Dissertação

{en_GB=Experimental and Numerical Aeroelastic Study of Wings} {} EVALUATED

{pt=Este trabalho tem como foco o desenvolvimento de uma ferramenta numérica que permita a análise da interação entre a estrutura de uma asa e o fluido em seu redor e o teste em túnel de vento de modelos de meia asa para ajudar na validação da ferramenta numérica. A análise aerodinâmica é tem como base um método de painéis, enquanto que para a análise estrutural foi implementado um modelo de elementos finitos que usa elementos viga. Ambos módulos foram programados usando MATLAB. A forma da asa foi parametrizada usando a sua área, perfil aerodinâmico, razão de aspeto, afilamento, ângulo de flecha e ângulo de diedro. Cada módulo computacional foi verificado com sucesso recorrendo a outras fontes bibliográficas e foram unidas recorrendo a um módulo de interface fluido-estrutura. Um estudo paramétrico foi feito para ilustrar a influência da razão de aspeto sobre a velocidade de flutter. A ferramenta aeroelástica desenvolvida foi usada em conjunto com uma ferramenta de otimização numérica com a finalidade de obter três asas ótimas cuja funcionalidade era a maximização da razão de sustentação-arrasto, a minimização da massa da asa e a maximização da velocidade de flutter, respetivamente. Cada processo de otimização garante também que a performance da nova asa não é inferior à configuração inicial., en=This work focuses on the development of a numerical tool for aircraft wing fluid-structure interaction (FSI) analyses, in which the external airflow and the internal structure interact, as well as the wind tunnel testing of two half wing prototypes to help validate the accuracy of the numerical tool developed. A panel method was implemented for the aerodynamic analysis and a finite-element model using equivalent beam elements was implemented for the structural analysis, both coded in MATLAB language. The wing shape was parametrized using area, airfoil cross-section shape, aspect ratio, taper ratio, sweep angle and dihedral angle. Each analysis models were successfully individually verified against other bibliographic sources and then the two disciplines were coupled into the FSI numerical tool. A parametric study was also conducted to study the influence of the wing aspect ratio on flutter speed. The validated FSI tool was then used in an optimization framework to obtain three separate optimized wing shapes with the objectives of maximizing the lift-to-drag ratio, minimizing wing mass and maximizing wing flutter velocity respectively, whilst guaranteeing that the new wing performance is not worse than that of the baseline wing.}
{pt=Projeto de Aeronaves, flutter, velocidade de divergência, interacção fluido-estrutura, túnel de vento, optimização, en=Aircraft design, flutter, divergence speed, fluid-structure interaction, wind tunnel, optimization}

Julho 1, 2019, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

André Calado Marta

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar