Verified Unsteady Model for Analysis of Contra-Rotating Propeller Aerodynamics
Validovaný nestacionární model pro analýzu aerodynamiky protiběžných vrtulí
Typ dokumentu
disertační prácedoctoral thesis
Autor
Štorch Vít
Vedoucí práce
Nožička Jiří
Oponent práce
Cyrus Václav
Studijní obor
Termomechanika a mechanika tekutinStudijní program
Strojní inženýrstvíInstituce přidělující hodnost
ústav mechaniky tekutin a termodynamikyObhájeno
2018-03-02Práva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
The doctoral thesis is focused on the development of a new computational model for analysis of contra-rotating propellers, its testing and verification, and application on selected important problems of contra-rotating propeller aerodynamics. An insight into both past and current state-of-the-art methods for numerical simulation of propellers is provided with focus on contra-rotating propellers. Two of the discussed methods, simpler lifting line method and 3D panel method complemented by boundary layer, are used for rotating blade representation. An unsteady force-free wake model is attached to both blade models for induced velocity determination. Robust 3D panel method is coupled with a two-equation integral boundary layer with a new interaction law that enables seamless solution of boundary layer in regions of strong interaction. As a result, the instantaneous velocity fields, wake shapes, pressure forces and friction forces on the blades are available together with overall performance data for arbitrary contra-rotating propeller geometry. The components of the complex model are tested and validated step by step using well defined problems. The newly developed computational tool is used for analysis of a propeller set and the results are compared with experimental data. Finally, effects of rotational rate ratio, propeller distance, advance ratio and angle of free stream velocity are described and a comparison of contra-rotating propeller to an equivalent single propeller is performed. Disertační práce je zaměřena na vytvoření nového výpočetního modelu pro analýzu protiběžných vrtulí, jeho ověření a aplikaci na vybrané případy proudění protiběžnými vrtulemi. Práce poskytuje přehled původních a současných metod pro numerické modelování vrtulí se zaměřením na protiběžné vrtule. Dvojice vybraných výpočetních přístupů, metoda nosné čáry a 3D panelová metoda s mezní vrstvou, jsou použity k simulaci listů vrtulí. Nestacionární volný model úplavu je připojen k listům vrtule ztvárněným oběma přístupy, tak, aby bylo možné získat pole indukovaných rychlostí. Osvědčená 3D panelová metoda je spřažena s integrálním dvourovnicovým modelem mezní vrstvy pomocí nového interakčního postupu, který umožňuje bezproblémové řešení rovnic mezní vrstvy v oblastech silné interakce. Výpočetní model umožňuje získávat okamžitá rychlostní pole, tvary úplavů, rozložení tlaku a třecích sil po listech spolu s celkovými výkonnostními parametry pro libovolné tvary vrtulí. Jednotlivé součásti rozsáhlého výpočetního modelu jsou testovány a ověřovány na základě řešení dílčích zjednodušených úloh. Tento nový výpočetní nástroj je posléze použit pro analýzu proudění protiběžnými vrtulemi včetně porovnání s experimentálně získanými výsledky. V závěru práce jsou popsány reakce soustavy protiběžných vrtulí na změnu poměru otáček, vzdálenost rotorů, poměrnou rychlost a úhel nabíhajícího proudění. Rovněž je provedeno porovnání protiběžných vrtulí s odpovídající samostatnou vrtulí.
Kolekce
- Disertační práce - 12000 [279]