Konstrukce morfujícího flaperonu s využitím předepjatého potahu

Morphing flaperon design using a pre-stressed skin

dissertation

cs

Morfování, tedy plynulá změna tvaru, je v souvislosti s nosnými plochami letadel často zkoumaný vývojový směr. Tato práce se zaměřuje na možnosti morfování profilu křídla a v rešeršní části nabízí systematickou kategorizaci různých konstrukcí. Za účelem vývoje morfujícího flaperonu jsou shrnuty i poznatky ke konstrukci sportovních kluzáků. Na základě rešeršní části je vytipována skupina klíčových vlastností, které mohou sloužit jako vodítko pro vhodný návrh morfující konstrukce. Podle vybraných vlastností je navrženo morfování na odtokové hraně, tedy ekvivalent flaperonu. Zvolený přístup návrhu vestavby morfování do laminárního profilu si klade za cíl vzájemný soulad mezi laminárním profilem a morfující konstrukcí. Pro řešení konfliktních požadavků na tuhost i poddajnost konstrukce, zachování bezpečnosti konstrukce, splnění požadovaného tvaru morfování a nízkou ovládací sílu, je sestavena optimalizační úloha. Vstupními parametry jsou geometrické charakteristiky zástavby s materiálovými vlastnostmi a ovládací sílou. Výstupní parametry tvoří součinitele bezpečnosti, kvalita dodržení tvaru a ovládací síla. Úloha je řešena s pomocí genetického algoritmu, ve kterém jsou dílčí kritéria složena pomocí vážicích koeficientů. Následně je výpočtový postup ověřen měřením vzorků poddajného potahu. Ty jsou s pomocí přípravku namáhány stejným kombinovaným zatížením, jako potah navrhovaného morfujícího flaperonu. Bylo dosaženo přijatelné shody mezi ověřovacím výpočtem a měřením. Představený postup návrhu morfující mechanizace odtokové hrany je tak možno použít a rozvíjet v dalších vývojových krocích.

Morfování, tedy plynulá změna tvaru, je v souvislosti s nosnými plochami letadel často zkoumaný vývojový směr. Tato práce se zaměřuje na možnosti morfování profilu křídla a v rešeršní části nabízí systematickou kategorizaci různých konstrukcí. Za účelem vývoje morfujícího flaperonu jsou shrnuty i poznatky ke konstrukci sportovních kluzáků. Na základě rešeršní části je vytipována skupina klíčových vlastností, které mohou sloužit jako vodítko pro vhodný návrh morfující konstrukce. Podle vybraných vlastností je navrženo morfování na odtokové hraně, tedy ekvivalent flaperonu. Zvolený přístup návrhu vestavby morfování do laminárního profilu si klade za cíl vzájemný soulad mezi laminárním profilem a morfující konstrukcí. Pro řešení konfliktních požadavků na tuhost i poddajnost konstrukce, zachování bezpečnosti konstrukce, splnění požadovaného tvaru morfování a nízkou ovládací sílu, je sestavena optimalizační úloha. Vstupními parametry jsou geometrické charakteristiky zástavby s materiálovými vlastnostmi a ovládací sílou. Výstupní parametry tvoří součinitele bezpečnosti, kvalita dodržení tvaru a ovládací síla. Úloha je řešena s pomocí genetického algoritmu, ve kterém jsou dílčí kritéria složena pomocí vážicích koeficientů. Následně je výpočtový postup ověřen měřením vzorků poddajného potahu. Ty jsou s pomocí přípravku namáhány stejným kombinovaným zatížením, jako potah navrhovaného morfujícího flaperonu. Bylo dosaženo přijatelné shody mezi ověřovacím výpočtem a měřením. Představený postup návrhu morfující mechanizace odtokové hrany je tak možno použít a rozvíjet v dalších vývojových krocích.

Morphing, the smooth change of shape, is a frequently investigated development direction in the context of aircraft wings. This paper focuses on the possibilities of wing profile morphing and offers a systematic categorization of different designs in the research section. In order to develop a morphing flaperon, findings on the design of sport gliders are also summarized. Based on the research, the key features are identified that can serve as a guide for the appropriate design of a morphing structure. According to the selected properties, a trailing edge morphing is proposed as the flaperon substitute. The chosen design approach of building the morphing into the laminar profile aims at a mutual consistency between the laminar profile and the morphing structure. To solve the conflicting requirements of stiffness and compliance of the structure, maintaining the factors of safety, meeting the required morphing shape and low actuation force, an optimization problem is set up. The input parameters are the geometric characteristics of the structure with material properties and control force. The output parameters are safety coefficients, shape compliance quality and control force. The multi objective problem is solved using a genetic algorithm where the sub-criteria are combined using weighing coefficients. The computational procedure is verified with measurements of the compliant skin samples. These are subjected to the same combined load as the morphing flaperon skin samples using the fixture. Acceptable agreement between the verification calculation and the measurements was achieved. Therefore, the presented design procedure for the morphing trailing edge can be used and developed in future research.

Morfování, profil křídla, flaperon, vztlaková mechanizace, kluzák, genetický algoritmus

Morphing, airfoil, flaperon, high lift device, sailplane, genetic algorithm

29.04.2024

Brno

1–142

142