Numerical analysis and optimization of motoglider's propeller structure

• Autorzy: Lis M.

Identyfikatory

DOI

10.5604/05096669.1226428

Warianty tytułu

PL

Numeryczna analiza i optymalizacja struktury śmigła motoszybowca

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of this paper is to present numerical analysis methodology and structural optimization process of composite propeller intended to be used in propulsion unit of an AOS-71 motoglider. Themain objective is to minimize the propeller's weight which is always desirable in aviation and additionally reduce materials usage which effects the total costs. At the beginning of the paper, somegeneral information is presented about requirements that propeller should meet. Afterwards, basic propeller technical data and its work conditions are shown. The main part of this paper focuses on all steps undertaken to get the final result which are 3D model creation including some simplifying assumptions in terms of propeller geometry, FEM mesh model construction that reflects structural layout and physical properties of the real object accurately enough and after that, preparations for numerical analysis and computation process itself in ANSYS software. The final outcome of the paper presents results from the analyses and discussion about usefulness of the process and conclusions in the future propellers constructions.

PL

Celem artykułu jest przedstawienie metodologii analizy numerycznej i optymalizacji struktury śmigła kompozytowego wchodzącego w skład zespołu napędowego motoszybowca AOS-71. Głównym celem jest minimalizacja masy śmigła, co jest zawsze pożądane w lotnictwie oraz redukcja zużycia materiałów konstrukcyjnych, co z kolei przekłada się na koszt wytworzenia śmigła. Na wstępie pokazano ogólne informacje odnośnie wymagań, jakim powinno sprostać badane śmigło. Następnie przedstawiono ogólne dane techniczne i warunki pracy śmigła. W dalszej kolejności opisane są kolejne etapy analizy prowadzące do finalnych wyników. Składa się na nie utworzenie modelu trójwymiarowego dla przyjętych założeń na temat geometrii, budowa siatki elementów skończonych, która możliwie dokładnie odwzorowuje rzeczywisty obiekt oraz przygotowania i analizy z wykorzystaniem program ANSYS. Finalnym wynikiem przedstawionym w artykule są rezultaty analizy oraz ocena metodologii i wnioski do projektowania przyszłych konstrukcji śmigieł.

Słowa kluczowe

EN

numerical optimization; composite structures; FEM; motoglider propeller

PL

optymalizacja numeryczna; struktury kompozytowe; MES; śmigło motoszybowca

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 4 (245)
• Strony: 87--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Lis M.

• Institute of Aviation, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Zasuwa, M., 2013, "Oblot motoszybowca z napędem elektrycznym AOS-71", from http://www.meil.pw.edu.pl/pl/MEiL/Aktualnosci/Ogloszenia-rozne/Oblot-motoszybowca-z-napedem-elektrycznym-AOS-71
• [2] Haintze, K., 2009, "Computer Methods in Optimalization of Fiber Composites Structures", Transactions of the Institute of Aviation, 200, pp. 60-71.
• [3] Lis, M., 2011, "Optymalizacja struktury konstrukcyjnej śmigła motoszybowca AOS-71", MSc thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland.
• [4] Różański, P. and Wnuk, G., 2009, "Badanie lotniczych struktur kompozytowych na przykładzie kadłuba wiatrakowca XENON", MSc thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland.
• [5] Sałacińska, A., 2016, "Przegląd wymaganych badań fizycznych do kwalifikacji materiałów kompozytowych". Transactions of the Institute of Aviation, 243, pp. 161-169.
• [6] Czajkowska, K., Szeląg, D., Lorenc, Z. and Czarnocki, P., 2011, "Odporność laminatu węglowo-epoksydowego na zmęczeniowy rozwój rozwarstwień w warunkach ISP", Transactions of the Institute of Aviation, 221, pp. 18-25.
• [7] Madhusudhan, B. M. and Srihari, P. V., 2014, "Design and Analysis of Composite propeller Blade for Aircraft", Journal of Engineering Research and Applications, 4(9), pp. 79-82.
• [8] Goraj, Z., 2007, "Load Composite Structure in Aeronautical Engineering", Transactions of the Institute of Aviation, 191, pp. 13-32.
• [9] Jaiganesh, V., Manivannan, S. and Manivannan, S., 2014, "Numerical Analysis and Simulation of Nylon Composite Propeller for Aircraft", Proceedings of the 12th Global Congress on Manufacturing and Management, Vol. 97, Vellore, India, pp. 1079-1088.
• [10] Bochenek, M., 2010, „Projekt wstępny i obliczenia śmigła kompozytowego", MSc thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland.
• [11] HyperMesh tutorials, 2011, from http://www.cadfamily.com/a/CAE_FEA_CFD/hyperworks/
• [12] Barbero, E. J., 2008, Finite element analysis of composite materials, 1st ed., CRC Press/Taylor & Francis Group, New York, NY.
• [13] Moaveni, S., 1999, Finite element Analysis. Theory and Application with ANSYS, 1st ed., Prentice Hall, New York, NY.
• [14] Jasiński, D., 2011, "Analiza numeryczna opływu śmigła motoszybowca AOS-71", Report not published, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland.
• [15] Romander, E. A. and Field, M., 2002, "Computational simulation of propellers in cruise". Proceedings of the 23rd Congress of International Council of the Aeronautical Sciences, Toronto, Canada.
• [16] Nagpurwala, Q. H., Subbaramu, M. D., Deshpande, M. D. and Shankapal, S. R, 2014, "Parametric studies on the Aerodynamic Performance of a Miniature Propeller for MAV Application", Proceedings of the 16th CFD Annual symposium, Bangalore, India.
• [17] Woelke, M., 2007, "Eddy Viscosity Turbulence Models Employed by Computational Fluid Dynamic", Transactions of the Institute of Aviation, 191, pp. 92-113.
• [18] Szafran, K., Shcherbonos, O. and Ejmocki, D., 2014, "Effects of Duct Shape on Ducted Propeller Thrust Performance", Transactions of the Institute of Aviation, 237, pp. 84-91.
• [19] Wiśniowski, W., 2010, "Badania rezonansowe obiektów latających - metody i analiza wyników". Transactions of the Institute of Aviation, 209.
• [20] Parafiniak, M. and Skalski, P., 2011, "Vibration Testing of a Helicopter Main Rotor Composite Blade", Transactions of the Institute of Aviation, 218, pp. 72-76.
• [21] ANSYS tutorials, 2011, from http://www.mece.ualberta.ca/tutorials/ansys/index.html
• [22] Havel Composites shop website, 2011, from http://www.havel-composites.com