Analyse des Schlagfluges mit verformten Flügeln
Seiten
2017
Technische Uni Braunschweig NFL (Verlag)
978-3-928628-94-5 (ISBN)
Technische Uni Braunschweig NFL (Verlag)
978-3-928628-94-5 (ISBN)
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Abstract
The present thesis covers the design of a birdlike aerofoil and three-dimensional wing. The ob-
jecitve of this work is to transfer two-dimensional aerofoil kinematics to this three-dimensional
wing retaining values of thrust and propulsive efficiency and to give a prospect of the efficiency
of realistic and natural wing kinematics. Furthermore the effect of variying wing motion on the
generation of thrust and propulsive efficiency is studied using computational fluid dynamics and
grid deforming technique.
Therefore well analysed two-dimensional airfoil kinematics are extended to three-dimensional
flapping wings. Three-dimensional effects decrease the effective angle of attack and result in re-
duced values of thrust and propulsive efficiency. The induced angles of attack on finite wings
are identified with a stationary vortex system method and taken into to account by defining
the wing flapping motion. The results in thrust and propulsive efficiency of the wing’s design
section of moderate motion deflection cases with high propulsive efficiency show good agreement
compared with equivalent two-dimensional values. For cases with larger amount of deflections
the three-dimensional simulation did come close to the two-dimensional results. This is due to
large tip vortices and a flow separation on the pressure side during upstroke.
Analysis of wing motion with large deviations demonstrate limitations of the stationary vortex
system to identify the induced angles of attack. This limits illustrate the need to consider un-
steady effects into the identification of induced angles of attack using non-linear methods with
high order polynomials.
The results of this work demonstrate the flapping motion’s sensitivity to parameter changes. Übersicht
Die vorliegende Arbeit behandelt den Entwurf eines vogelähnlichen Profils und Flügels, sowie die
Übertragbarkeit zweidimensionaler Bewegungsparameter auf den im Dreidimensionalen beweg-
ten Flügel. Die numerische Vorgehensweise wird verifiziert und eine Prozesskette zur Übertragung
der Bewegungsparameter eines Profils auf den Flügel wird vorgestellt. Ferner werden variierende
Bewegungsformen des Flügels mit Hilfe der numerischen Simulation und einer Netzdeformati-
onstechnik hinsichtlich deren Wirkung auf Schub und Vortriebswirkungsgrad untersucht.
Im Zweidimensionalen optimale Bewegungsparameter für Schub und Vortriebswirkungsgrad ei-
ner kombinierten Hub-Drehbewegung werden auf eine für die Schuberzeugung relevante Position
im Flügelaußenbereich übertragen. Die nun auftretenden dreidimensionalen Effekte verringern
den effektiven Anstellwinkel, sodass Verluste in Schuberzeugung und Vortriebswirkungsgrad die
Folge sind. Für die hier untersuchten Fälle werden mit Hilfe eines auf der Prandtlschen Tragflügel-
theorie basierenden quasi stationären Verfahrens die an einem Tragflügel angreifenden induzier-
ten Anstellwinkel identifiziert. Es wird gezeigt, dass eine Neudefinition der im Zweidimensionalen
bereits validierten Bewegungsparameter einer harmonischen Schlag-Torsionsbewegung eines vo-
gelähnlichen Tragflügels dreidimensionale Effekte kompensiert. Durch die Berücksichtigung der
induzierten Anstellwinkel in die Bewegungsvorschrift werden die Werte für Schub und Vortriebs-
wirkungsgrad bei moderaten Flügelbewegungen mit den Ergebnissen reiner Profiluntersuchungen
in Übereinstimmung gebracht. Die proportional zur Spannweite verlaufende Korrektur der Be-
wegungsvorschrift kann als für moderate Bewegungen hinreichende Approximation angesehen
werden.
Die Grenzen und Einschränkungen der hier genutzten Verfahren zur Identifikation der induzier-
ten Anstellwinkel werden insbesondere bei der Untersuchung größerer Auslenkungen aufgezeigt.
Die Ergebnisse machen deutlich, dass Schlagbewegungen sehr empfindlich gegenüber geringen
Parameterveränderungen sind.
The present thesis covers the design of a birdlike aerofoil and three-dimensional wing. The ob-
jecitve of this work is to transfer two-dimensional aerofoil kinematics to this three-dimensional
wing retaining values of thrust and propulsive efficiency and to give a prospect of the efficiency
of realistic and natural wing kinematics. Furthermore the effect of variying wing motion on the
generation of thrust and propulsive efficiency is studied using computational fluid dynamics and
grid deforming technique.
Therefore well analysed two-dimensional airfoil kinematics are extended to three-dimensional
flapping wings. Three-dimensional effects decrease the effective angle of attack and result in re-
duced values of thrust and propulsive efficiency. The induced angles of attack on finite wings
are identified with a stationary vortex system method and taken into to account by defining
the wing flapping motion. The results in thrust and propulsive efficiency of the wing’s design
section of moderate motion deflection cases with high propulsive efficiency show good agreement
compared with equivalent two-dimensional values. For cases with larger amount of deflections
the three-dimensional simulation did come close to the two-dimensional results. This is due to
large tip vortices and a flow separation on the pressure side during upstroke.
Analysis of wing motion with large deviations demonstrate limitations of the stationary vortex
system to identify the induced angles of attack. This limits illustrate the need to consider un-
steady effects into the identification of induced angles of attack using non-linear methods with
high order polynomials.
The results of this work demonstrate the flapping motion’s sensitivity to parameter changes. Übersicht
Die vorliegende Arbeit behandelt den Entwurf eines vogelähnlichen Profils und Flügels, sowie die
Übertragbarkeit zweidimensionaler Bewegungsparameter auf den im Dreidimensionalen beweg-
ten Flügel. Die numerische Vorgehensweise wird verifiziert und eine Prozesskette zur Übertragung
der Bewegungsparameter eines Profils auf den Flügel wird vorgestellt. Ferner werden variierende
Bewegungsformen des Flügels mit Hilfe der numerischen Simulation und einer Netzdeformati-
onstechnik hinsichtlich deren Wirkung auf Schub und Vortriebswirkungsgrad untersucht.
Im Zweidimensionalen optimale Bewegungsparameter für Schub und Vortriebswirkungsgrad ei-
ner kombinierten Hub-Drehbewegung werden auf eine für die Schuberzeugung relevante Position
im Flügelaußenbereich übertragen. Die nun auftretenden dreidimensionalen Effekte verringern
den effektiven Anstellwinkel, sodass Verluste in Schuberzeugung und Vortriebswirkungsgrad die
Folge sind. Für die hier untersuchten Fälle werden mit Hilfe eines auf der Prandtlschen Tragflügel-
theorie basierenden quasi stationären Verfahrens die an einem Tragflügel angreifenden induzier-
ten Anstellwinkel identifiziert. Es wird gezeigt, dass eine Neudefinition der im Zweidimensionalen
bereits validierten Bewegungsparameter einer harmonischen Schlag-Torsionsbewegung eines vo-
gelähnlichen Tragflügels dreidimensionale Effekte kompensiert. Durch die Berücksichtigung der
induzierten Anstellwinkel in die Bewegungsvorschrift werden die Werte für Schub und Vortriebs-
wirkungsgrad bei moderaten Flügelbewegungen mit den Ergebnissen reiner Profiluntersuchungen
in Übereinstimmung gebracht. Die proportional zur Spannweite verlaufende Korrektur der Be-
wegungsvorschrift kann als für moderate Bewegungen hinreichende Approximation angesehen
werden.
Die Grenzen und Einschränkungen der hier genutzten Verfahren zur Identifikation der induzier-
ten Anstellwinkel werden insbesondere bei der Untersuchung größerer Auslenkungen aufgezeigt.
Die Ergebnisse machen deutlich, dass Schlagbewegungen sehr empfindlich gegenüber geringen
Parameterveränderungen sind.
| Erscheinungsdatum | 06.03.2018 |
|---|---|
| Reihe/Serie | NFL-Forschungsberichte ; 2017-28 |
| Verlagsort | Braunschweig |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 209 mm |
| Themenwelt | Technik ► Luft- / Raumfahrttechnik |
| Schlagworte | induzierter Anstellwinkel • Netzdeformation • Schlagflug • Vortriebswirkungsgrad |
| ISBN-10 | 3-928628-94-1 / 3928628941 |
| ISBN-13 | 978-3-928628-94-5 / 9783928628945 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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