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Theses Year : 2018

Aeroelastic Similarity of a Flight Demonstrator via Multidisciplinary Optimization

Similitude Aéroélastique d’un Démonstrateur en Vol via l’Optimisation Multidisciplinaire

Abstract

The search for more efficient aircraft configurations leads designers to explore new concepts such as the blended wing body, the strut-braced wing, or the box wing. Unlike the classical wing-fuselage configuration, which is well known and understood, few is known about the in-flight behavior of these new aircraft concepts. In that context, the design, construction, and testing of unmanned aeroelastically scaled models presents itself as a low-risk means of acquiring experimental knowledge on these new concepts. An aeroelastically scaled model exhibits the same scaled aeroelastic behavior as the full-scale reference aircraft. Typically, the same aeroelastic behavior implies matching the displacements for some given scaled airflow conditions, as well as the scaled flutter or static divergence speeds. To address the similarity problem, we divide the approach in three parts. In the first one we deal with the aeroelastic similarity problem when the aerodynamic flow scaling conditions can be completely preserved. In that situation, the problem is reduced to simply matching the scaled modal dynamic response of the wing through optimization of the structure and mass properties. In the second part, we focus on the wing planform design optimization to match the flutter response when the airflow scaling parameters cannot be achieved. Last, we address the similarity of the static aeroelastic deflections, also when the airflow similarity cannot be achieved, through the optimization of both structural properties and aerodynamic shape at the same time.
La recherche de configurations d’aéronefs plus efficaces mène les ingénieurs à explorer de nouveaux concepts tels que l’aile volante, l’aile haubanée ou l’aile en jointive. Contrairement à la configuration classique aile-fuselage, qui est bien connue et étudiée, le comportement en vol de ces nouveaux concepts d’avion est peu connu. Dans ce contexte, la conception, la construction et les essais de modèles à l’échelle aéroélastiquement semblables se présentent comme un moyen peu risqué d’acquérir des connaissances expérimentales sur ces nouveaux concepts. Un modèle aéroélastiquement semblable présente le même comportement aéroélastique (mis à l’échelle) que l’avion de référence à échelle réelle. En général, le même comportement aéroélastique implique de reproduire les mêmes déplacements pour des conditions du flux d’air données, ainsi que les mêmes vitesses de flottement ou de divergence statique mises à l’échelle. Pour résoudre le problème de similitude, l’approche est divisée en trois parties. Dans le premier cas, nous traitons le problème de similitude aéroélastique lorsque les paramètres de similitude du flux aérodynamique peuvent être complètement préservés. Dans cette situation, le problème consiste simplement à reproduire la réponse dynamique modale de l’aile mise à l’échelle en optimisant les propriétés de la structure et de la masse. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur l’optimisation du design de la forme de l’aile pour reproduire la réponse du flottement lorsque les paramètres de remise à l’échelle du flux aérodynamique ne peuvent pas être atteints. Finalement, nous abordons la similitude des déflexions aéroélastiques statiques, même lorsque la similitude du flux d’air ne peut pas être atteinte, grâce à l’optimisation simultanée des propriétés de la structure et de la forme aérodynamique.
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Dates and versions

tel-02023612 , version 1 (18-02-2019)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02023612 , version 1

Cite

Joan Mas-Colomer. Aeroelastic Similarity of a Flight Demonstrator via Multidisciplinary Optimization. Human-Computer Interaction [cs.HC]. DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : l’Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE), 2018. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02023612⟩

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