Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13887
Title: Multiphysics computation analysis and structural optimization of small commercial aircraft wing
Other Titles: Υπολογισμός αεροδυναμικών φορτίων, ανάλυση και βελτιστοποίηση πτέρυγας μικρού αεροσκάφους
Authors: Δρακούλας, Γεώργιος
Keywords: Aerospace
Aircraft wing
Computational fluid dynamics (CFD)
Fluid-structure Interaction
Computational structural mechanics
Simulation
Optimization algorithms
Multiphysics
Οpen source
Genetic algorithm
Finite elements
Structural optimization
Keywords (translated): Αεροδιαστημική
Πτέρυγα αεροσκάφους
Υπολογιστική αεροδυναμική
Αλληλεπίδραση ρευστού-στερεού
Υπολογιστική μηχανική
Προσομοίωση
Αλγόριθμοι βελτιστοποίησης
Φυσική
Ανοιχτοί κώδικες
Γενετικός αλγόριθμος
Πεπερασμένα στοιχεία
Δομική βελτιστοποίηση
Abstract: The challenging and ever-changing transport sector poses new requests and challenges to the international community, rendering the design and improvement of an aircraft’s performance in the aerospace field nowadays the subject of detailed scientific studies. The demand for conceptual multiphysics simulations based on aircraft wing modeling that provides accurate results is increasing. On that front, the development of high-fidelity Computational Simulation Technology enables the engineers to model and solve complex multiphysics phenomena, thus reducing the need for physical experiments. Among the plethora of disciplines rising during the design cycle of an aircraft, is the simulation of the fluid-structure interaction between the flow and the structure. It is necessary to predict, in the early phase of the design process, the mutual dependence between the fluid and the structure to prevent undesired instabilities that could affect the flight performance. Due to its highly complex nature, several numerical techniques and software packages have been developed to simulate the fluid-structure coupling to various Reynolds number flows and predict the mechanical behavior of such components. Furthermore, the need for more lightweight and design-oriented structures with a balance between aerodynamic and operational performance, key to current mission requirements, has given rise to the discipline of design optimization. To transform the mathematical optimization background into useful design tools, several optimization packages have also been developed and adjusted to the needs of the aerospace industries to efficiently improve the performance of aircraft and generate optimization methodologies that support the Computational Fluid Dynamic (CFD) and Computational Structural Mechanics (CSM) studies. The Fluid-Structure Interaction (FSI) modeling and the Structural Optimization Algorithms (SOA), are gathering the attention of the mechanical industries, and multidimensional approaches are conducted to couple the software solvers. In this diploma thesis, the effect of fluid flow to the structural analysis of the commercial aircraft wing of CESSNA CITATION CJ4 is detailed studied, and further open-source optimization algorithms that reduce the overall weight of the aircraft wing are developed.
Abstract (translated): Ο συνεχώς μεταβαλλόμενος τομέας των μεταφορών και μετακινήσεων θέτει καθημερινά νέα αιτήματα και προκλήσεις για την διεθνή κοινότητα, καθιστώντας σήμερα, το σχεδιασμό καιν την βελτιώση της απόδοσης των αεροσκαφών στον αεροδιαστημικό τομέα αντικείμενο λεπτομερών επιστημονικών μελετών. Η ζήτηση και η ανάγκη για την ανάπτυξη πολυφυσικών (multiphysics) προσομοιώσεων που βασίζονται σε μοντέλα πτέρυγας αεροσκαφών και παρέχουν ακριβή αποτέμσατα, συνεχώς αυξάνεται. Υπό αυτές τις συνθήκες, η εξέλιξη της τεχνολογίας της υπολογιστικής προσομοίωσης, υψιλής πιστότητας επιτρέπει στους μηχανικούς να μοντελοποιήσουν και να λύνουν σύνθετα φυσικά φαινόμενα, μειώνοντας την ανάγκη για εργαστηριακά πειράματα. Ανάμεσα στην πληθώρα των επιστημονικών κλάδων που αυξάνονται κατά την διάρκεια του κύκλου σχεδιασμού ενός αεροσκάφους, είναι και η προσομοίωση τς αλληλεπίδρασης ρευστού και στεραιού (Fluid-Structure Interaction). Είναι απαραίτητο να προβλεθεί, στην πρώιμη φάση της διαδικασίας σχεδιασμού, η αμοιβαία εξάρτηση μεταξύ του ρευστού (υγρού ή αερίου) και της στεραιάς κατασκευής για την πρόβλεψη και την αποφυγή φαινομένων αστάθειας που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την απόδοση της πτήσης και να αποφέρουν καταστρεπτικά αποτελέσματα. Εξαιτίας του περίπλοκου χαρακτήρα της τύρβης κατά την διάρκεια μιας πτήσης, έχουν αναπτυχθεί αρκετές αριθμητικές τεχνικές και πακέτα λογισμικού για την προσομοίωση της σύζευξης ρευστού και στεραιού με διάφορες ροές αριθμού Reynolds και την πρόβλεψη της μηχανικής συμπεριφοράς τέτοιων εξαρτημάτων. Επιπλέον, η ανάγκη για πιο ελαφρές και προσανατολισμένες στον σχεδιασμό δομές με την ταυτόχρονη ανάλυση των ρευστοδυναμικών φορτίων και αλγορίθμων βελτιστοποίσης της εμπορικής πτέρυγας αεροσκάφους αποτέλεσαν το κλειδί της παρούσας έρευνας. Στην παρούσα διπλωματική διατριβή μετά τον σχεδιασμό της εμπορικής πτέρυγας αεροσκάφους CESSNA CITACION CJ4, μελετάται η επίδραση της ροής του ρευστού στην δομική ανάλυση της και αναπτύσονται ανοιχτοί κώδικες αλγορίθμων βελτιστοποίησης με σκοπό την μείωση του συνολικού βάρους.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_DRAKOYLAS_GEWRGIOS_1047282.pdf7.02 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.