Ανάπτυξη Μεθόδου Αλληλεπίδρασης Ροής-Δομής για Ανάλυση Αεροτομών Δύο Στοιχείων Μεταβαλλόμενης Γεωμετρίας
Viscous-Inviscid Fluid-Structure Interaction Method for the Analysis of Multielement Morphing Airfoils
Méthode de couplage visqueux/non-visqueux et interaction fluide-structure pour l'analyse de profils d'ailes multi-éléments avec morphing
Résumé
In the present diploma thesis, the development of a two-body viscous-inviscid interaction method (Foil2E) is described as an extension of the Foil2W code of the Laboratory of Aerodynamics of the School of Mechanical Engineering of National Technical University of Athens, based on the XFOIL code. The method is weakly coupled with ABAQUS to perform fluid-structure interaction analysis for morphing multielement airfoils using Nitinol wire actuators. Firstly, the basic principles of VII methods and the fluid phenomena that occur and need to be modeled are presented. Then, the panel method for the purely inviscid flow is described as well as the viscous displacement model for the equivalent inviscid flow (EIF) and the integral boundary layer model including the e^n transition criterion. Finally, the thesis concludes with the numerical formulation for the VII as it was implemented in Foil2E, the validation of the code using experimental data from AGARD and the results of the FSI analysis of an airfoil with morphing fowler flap. Viscous-inviscid interaction codes are well suited for rapid and interactive aerodynamic analysis. Hence, Foil2E code could be of great use in the analysis of high-lift slotted airfoils, biplane and canard configurations. Moreover, due to the low computational cost and time of VII methods, the present method is promising for rapid quasi-3D FSI computations including the material models for Nitinol, as developed by the Structural Analysis and Smart Materials (SAAM) group of the department.
Dans la présente thèse, le développement d’une méthode de couplage visqueux/non-visqueux à deux corps (Foil2E) est décrit comme une extension du code Foil2W du laboratoire d’aérodynamique de l’École de Génie Mécanique de l’Université Technique Nationale d’Athènes (NTUA), qui est basé sur le code XFOIL. La méthode est faiblement couplé avec ABAQUS pour réaliser une analyse d’interaction fluide-structure de morphologies de profils multiéléments à l’aide d’actionneurs à fil de nitinol. Tout d'abord, les principes de base des méthodes VII et les phénomènes des fluides qui se produisent et qui doivent être modélisés sont présentés. Ensuite, nous décrivons la méthode du panneau pour l’écoulement purement non visqueux, ainsi que le modèle de déplacement visqueux pour l’écoulement non-visqueux équivalent (EIF) et le modèle de couche limite intégrale incluant le critère de transition e^n. Enfin, la thèse se termine par la formulation numérique du VII telle qu’elle a été mise en œuvre dans Foil2E, la validation du code à l’aide de données expérimentales d’AGARD et les résultats de l’analyse FSI d’un profil aérodynamique avec morphing volet. Les codes d'interaction visqueux-non visqueux conviennent bien à l'analyse aérodynamique rapide et interactive. Par conséquent, le code Foil2E pourrait être d’une grande utilité dans l’analyse de configurations d’ailes à fentes, de biplans et de canards à grande portance. En outre, en raison du faible coût en temps des méthodes VII, la méthode actuelle est prometteuse pour les calculs rapides quasi-3D FSI, y compris les modèles de matériaux pour le nitinol, développés par le groupe Analyse Structurale et Matériaux Intelligents (SAAM) du département.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)