Aerodinamičko-strukturalna optimizacija uzgonskih površina letelica
Aerodynamic-structural optimization of aircraft lifting surfaces
Doktorand
Vidanović, Nenad D.Mentor
Rašuo, BoškoČlanovi komisije
Bengin, AleksandarDinulović, Mirko
Grbović, Aleksandar
Kastratović, Gordana
Metapodaci
Prikaz svih podataka o disertacijiSažetak
Istraživanjem tokom izrade ove disertacije sprovedena je multidisciplinarna
studija kojom je izvršeno numeričko modeliranje interakcije fluid-struktura uzgonskih
poršina letelica. Numeričko modeliranje fenomena interakcije na relaciji fluid-struktura
sprovedeno je posrednim sprezanjem aerodinamičkih i strukturalnih proračuna, a sa
visokim stepenom pouzdanosti numeričkog predviđanja. Primenom predloženog
algoritma postignuta je veća tačnost aerodinamičko-strukturalnih analiza u odnosu na
postojeće postavke, dok je sama pouzdanost numeričkih proračuna utvrđena u odnosu
na sprovedene aerodinamičke i strukturalne eksperimente.
U okviru definisanih karakterističnih (kritičnih) režima tokom procesa
eksploatacije, izvršen je izbor optimalnog aerodinamičkog oblika koji ispunjava
taktičko-tehničke zahteve projektovanja, kao i propisana ograničenja, a na osnovu čega
su aerodinamičko-strukturalne karakteristike letelice unapređene. Postupak optimizacije
je baziran na korišćenju aproksimativnog mo...dela, koji je opisan statističkim metodima,
dok je sam optimajzer evolucionog tipa. Predloženo modularno okruženje predstavlja
osnovni metod multidisciplinarne optimizacije opslužen od strane jedinstvenog
optimajzera.
U okviru kreiranog monolitičkog okruženja sprovedena je optimizacija krila
balističkog projektila kratkog dometa. Metodom meta-modeliranja prostora pretrage
značajno je povećan broj mogućih optimalnih geometrija koje zadovoljavaju i ciljeve i
ogreničenja. Osnovni doprinos predstavlja aerodinamičko-strukturalno unapređivanje
inicijalne geometrije analiziranog, realnog balističkog projektila. Optimizacijom su
postojeće karakteristike i performanse projektila podignute na viši nivo, čime je u
okviru realnih režima eksploatacije ostvareno povećanje finese, a time i dometa
projektila, dok je sa aspekta sigurnosti pouzdanost samog projektila poboljšana. Ceo
postupak je doprineo da troškovi razvojnog programa budu značajno umanjeni, a što se posebno ogleda u uštedama na polju eksperimentalnih i numeričkih resursa. Ostvarenim
rezultatima analizirane letelice postignuti su realni uslovi za potencijalni razvoj jednog
takvog raketnog sistema, a sam razvojni program je u mnogome unapređen i može
poslužiti za razvoj i drugih letelica. Kreiranje numeričkog okruženja koje omogućava
ovakav vid analize predstavlja značajan naučni i praktični doprinos pri spregnutom
modeliranju ponašanja strukture izložene dejstvu fluida.
In this research a multidisciplinary study of numerical modeling of fluidstructure
interaction phenomenon was carried out. Numerical modeling of fluidstructure
interaction of lifting surfaces was accomplished thru closely coupled
aerodynamic and structural computational domains, with high computational reliability
and accuracy which were established regarding conducted aerodynamic and structural
experiments. The proposed algorithm gives better numerical accuracy of aerodynamicstructural
analysis compared to existing similar methods.
Multipoint and multidiscipline aerodynamic shape optimization, with respect to
predefined objectives and constrains, was carried out in order to achieve the
improvement of initial aerodynamic-structural performances of aircraft. The
multidisciplinary feasible method proposed in this thesis, is a single level method driven
by meta-modeling based evolutionary optimizer.
The proposed monolithic environment was used for optimization of a realistic
short range b...allistic missile fin. This kind of analysis enabled increased number of
feasible optimal geometries of fin, while its special feature was the overall improvement
of ballistic missile initial geometry. Within realistic multipoint regimes, the initial
performances of missile were optimized and upgraded, especially the missile fitness,
and therefore range. At the same time, the reliability of missile overall behavior was
improved. The whole procedure significantly decreased the costs of developing
program, especially in use of experimental and numerical resources. The achieved
results, regarding the ballistic missile, provide real conditions for potential development
of such and similar aircrafts, with upgraded developing program. The established multimodular
design optimization environment which enabled this kind of analysis presents
significant scientific and practical contribution of fluid-structure interaction numerical
modeling.