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Main Title: An aeroelastic reduced order model for dynamic response prediction to gust encounters
Translated Title: Ein aeroelastisches Model reduzierter Ordung für die Vorhersage der dynamischen Antwort beim Treffen auf Böen
Author(s): Quero Martín, David
Advisor(s): Luckner, Robert
Referee(s): Luckner, Robert
Krüger, Wolf-Reiner
Bruns, Julius Maria
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The main contribution of this work is the development of a method which bridges the gap between the computational effort required by high-fidelity aeroelastic methods and the loss of accuracy of low-fidelity methods in transonic flow regimes. The aeroelastic Reduced Order Model (ROM) aims to predict not only the aircraft response to gust encounters but also the airframe loads as provided by higher fidelity methods. The method is shown for discrete vertical gust encounters but is applicable to any other atmospheric disturbance scenarios. The application of the method is especially interesting in aerodynamic regions where classical linear aerodynamic methods show modeling limitations. The method is based on the modification of the unsteady Aerodynamic Influence Coefficient (AIC) matrices and uses a small number of Computational Fluid Dynamics (CFD) reference computations. The so called aerodynamic correction modes conform the basis for the aerodynamic description of the aeroelastic ROM. An extension into the nonlinear aerodynamic region is done, where the aerodynamic effects due to the atmospheric perturbation and to the aircraft motion may not be superposed. Two methods are developed, one based on the concept of quasilinearization and another one including the quasilinearization and a linearization around a nominal trajectory. It is shown that for weak nonlinearities the quasilinearization method is able to properly describe the main nonlinear effects for the practical cases considered. The ROM is applied to a NACA64A010 profile in the transonic regime and applications to free flexible aircraft for different aerodynamic fidelity level models, namely Euler and RANS models, are further considered. A special focus is laid on the impact on the incremental cut loads acting over the airframe.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode, die die Lücke zwischen dem benötigten Rechenaufwand von hochgenauen aeroelastischen Verfahren und dem Genauigkeitsverlust von klassischen Verfahren im transonischen Bereich schließen kann. Das aeroelastische Model Reduzierter Ordnung (ROM) kann sowohl die aeroelastische Antwort als auch die Lastenverteilung am Flugzeug mit der Genauigkeit von hochgenauen Verfahren vorhersagen. Die Methode wird für eine vertikale, diskrete Böe entwickelt, kann jedoch auf andere atmosphärische Störungen angewendet werden. Die Anwendung ist besonders interessant in den aerodynamischen Bereichen, in denen die klassischen Verfahren in der physikalischen Modellierung begrenzt sind. Der Ansatz basiert auf der Korrektur der Matrizen der Einflusskoeffizienten (AIC) und benötigt eine kleine Anzahl von hochgenauen (CFD) Referenzrechnungen. Die sogenannten aerodynamischen Korrekturmoden sind die Basis für die aerodynamische Beschreibung des aeroelastischen ROM. Eine Erweiterung zum nichtlinearen aerodynamischen Bereich wird vorgestellt, wobei die aus den atmosphärischen Störungen und der Bewegung des Flugzeuges entstehende aerodynamische Effekte nicht überlagert werden können. Zwei Verfahren werden entwickelt, das Eine basiert auf der Quasilinearisierung und das Andere arbeitet mit einer zusätzlichen Linearisierung um die nominale Bahn. Es wird gezeigt, dass für schwache Nichtlinearitäten die Quasilinearisierungsmethode die Haupteffekte in den untersuchten Fällen beschreiben kann. Das ROM Verfahren wird am NACA64A010-Profil im transonischen Bereich aufgezeigt. Anschließend werden freie flexible Flugzeugkonfigurationen mit verschiedener Modellierungsgenauigkeit, bzw. Euler und RANS Modellen, zusätzlich berücksichtigt. Hier liegt der Schwerpunkt auf den inkrementellen Schnittlasten am Flugzeug.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6506
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6014
Exam Date: 23-Mar-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 14-Jul-2017
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): reduced order model
unsteady correction
gust encounter
dynamic loads
Model reduzierter Ordnung
instationäre Korrektur
Böen
dynamische Lasten
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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