Set-up of a generic, aeroelastic simulation model for demonstration and software testing purposes
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Uppställning av en generell aeroelastisk simulationsmodell för demonstrations- och mjukvarutestningsändamål (Swedish)
Abstract [en]
This thesis presents the development and comprehensive analysis of an open-source aeroelastic model for the Douglas DC-3 with some modifications. The model serves as a platform for software testing, capturing essential aeroelastic phenomena. It features a conventional configuration with two engines, control surfaces, and a wing with a leading-edge sweep angle of 15.5°, dihedral angle of 5°, aspect ratio of 9.2, and cambered airfoil, operating in a subsonic regime.The development process included finite element modeling using beam elements, aerodynamic modeling with the Doublet Lattice Method (DLM), and mass modeling, including a complex fuel mass model. Four distinct mass configurations were analyzed. Trim case analyses were performed using both Loads Kernel and SOL144 in MSC Nastran, revealing significant differences between rigid and flexible configurations. Maneuver load analyses were conducted exclusively using Loads Kernel.Additionally, gust loads were studied using the (1-cos) Discrete Gust Model, demonstrating coupling with the short-period mode due to high static margin. Flutter checks showed matching results between Loads Kernel and MSC Nastran, with flutter speeds of 195 m/s and 203 m/s, respectively, confirming the model’s plausibility for aeroelastic analysis.
Abstract [sv]
Denna avhandling presenterar utvecklingen och en omfattande analys av en öppen källkods aeroelastisk modell för Douglas DC-3 med vissa modifieringar. Modellen fungerar som en plattform för programvarutestning och fångar viktiga aeroelastiska fenomen. Den har en konventionell konfiguration med två motorer, styrytor och en vinge med en framkantssvepvinkel på 15,5°, en dihedralvinkel på 5°, ett aspektförhållande på 9,2 och en välvd vingprofil, som opererar i ett subsoniskt regime.Utvecklingsprocessen inkluderade finita element-modellering med balkelement, aerodynamisk modellering med Doublet Lattice Method (DLM) och massmodellering, inklusive en komplex bränslemassmodell. Fyra distinkta masskonfigurationer analyserades. Trimsituationer analyserades med både Loads Kernel och SOL144 i MSC Nastran, vilket avslöjade betydande skillnader mellan stela och flexibla konfigurationer. Manöverlastanalyser genomfördes exklusivt med Loads Kernel.Dessutom studerades vindbybelastningar med (1-cos) Diskret Gustmodell, vilket visade koppling med kortperiodläget på grund av hög statisk marginal. Fladdertester visade matchande resultat mellan Loads Kernel och MSC Nastran, med fladderhastigheter på 195 m/s respektive 203 m/s, vilket bekräftade modellens tillförlitlighet för aeroelastisk analys.
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2024:284
Keywords [en]
Aeroelasticity, Douglas DC-3, Finite Element Modeling, Doublet Lattice Method, Trim Analysis, Maneuver Loads, Gust Loads, Flutter Analysis
Keywords [sv]
Aeroelasticitet, Douglas DC-3, Finite Element Modeling, Doublet Lattice Method, Trimsituationanalys, Manöverbelastningar, Vindbybelastningar, Fladdertester
National Category
Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-353885OAI: oai:DiVA.org:kth-353885DiVA, id: diva2:1900946
External cooperation
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Subject / course
Aeronautical Engineering
Educational program
Master of Science - Aerospace Engineering
Supervisors
Examiners
2024-09-252024-09-252024-09-25Bibliographically approved