Robust Aeroelastic Tailoring for Highly Flexible Aerostructures using Composite Material

使用复合材料实现高度灵活的航空结构的稳健气动弹性剪裁

基本信息

  • 批准号:
    2581922
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The project I am proposing is titled 'Robust Aeroelastic Tailoring for Highly Flexible Aerostructures using Composite Material 'under the supervision of Dr Jie Yuan, with the aim of developing robust numerical tools for aeroelastic analysis. In modern aircraft design numerical tools are required to consider the dynamic characteristics of structures in response to fluid flows and when composite materials are also taken into account the models can become extremely complex. It is an exciting area of research, where further work is required that I aim to contribute to. This will be achieved through in-depth research, numerical analysis, coding, and computational experimentation.The main challenge that will be tackled is development of tools to effectively consider structural uncertainties that come with composite materials and nonlinearities in aeroelastic analysis. With these tools' analysis will be performed to predict the flutter characteristics of aerospace structures and methods of mitigating any negative response will be investigated. Once a tool is completed it will hopefully be capable of accurate predictions in composite-made flexible aerospace structures such as high aspect ratio wings, tiltrotor systems and fan blade systems in engines.There are many areas of the field to engage with, but before starting any work an extensive literature review will take place to deepen my knowledge of flutter modelling and the most up to date research in the area. Once a confident understanding is achieved and an in-depth knowledge of the direction the most contemporary research is heading is reached, the development of numerical tools will start. Similar to the methods carried out in my previous project work, the tools will be based around integration of mathematical models constructed to describe specific aircraft structures, employing Lagrange's energy equations and characteristic equations of aerodynamic behaviour. At first, low degrees of freedom will be considered to set up a base, but once confidence and a firm methodology has been built, higher degrees of freedom will be investigated and modelled. Dealing with nonlinearities is a key factor in the project that Limit Cycle Oscillations will aid with. Quantifying the effects of uncertainties in composite materials is another important role the tools must play, where complex modelling and understanding of materials will be required. Implementing state of the art numerical solvers with stochastic polynomial chaos expansion (PCE) models to handle uncertainties is a possibility. Finally, if required, FEA and CFD experimentation will take place, either to support results obtained form the constructed tools or collaborate with them. Hopefully through this work groundwork will be set for future researchers at the University to continue and expand further, while also developing tools that are to an industry standard.
我提议的项目名为“使用复合材料实现高度灵活的航空结构的鲁棒气动弹性剪裁”,在袁杰博士的监督下,旨在开发用于气动弹性分析的鲁棒数值工具。在现代飞机设计中,需要数值工具来考虑结构响应流体流动的动态特性,并且当还考虑复合材料时,模型可能变得极其复杂。这是一个令人兴奋的研究领域,我希望为此做出进一步的工作。这将通过深入研究、数值分析、编码和计算实验来实现。要解决的主要挑战是开发工具来有效考虑复合材料带来的结构不确定性和气动弹性分析中的非线性。将使用这些工具进行分析来预测航空航天结构的颤振特性,并将研究减轻任何负面响应的方法。一旦工具完成,它将有望能够准确预测复合材料制造的柔性航空航天结构,例如高展弦比机翼、倾转旋翼系统和发动机中的风扇叶片系统。该领域有很多领域需要研究,但在开始之前对于任何工作,都会进行广泛的文献综述,以加深我对颤振建模的了解以及该领域的最新研究。一旦获得了自信的理解并深入了解了最新研究的发展方向,数值工具的开发就会开始。与我之前的项目工作中采用的方法类似,这些工具将基于为描述特定飞机结构而构建的数学模型的集成,采用拉格朗日的能量方程和空气动力学行为的特征方程。起初,低自由度将被考虑建立基础,但一旦建立了信心和坚定的方法论,就会对更高的自由度进行研究和建模。处理非线性是极限循环振荡将有助于的项目中的一个关键因素。量化复合材料中不确定性的影响是该工具必须发挥的另一个重要作用,其中需要对材料进行复杂的建模和理解。使用随机多项式混沌展开 (PCE) 模型来实现最先进的数值求解器来处理不确定性是可能的。最后,如果需要,将进行 FEA 和 CFD 实验,以支持从构建的工具获得的结果或与它们合作。希望通过这项工作,将为大学未来的研究人员继续和进一步扩展奠定基础,同时开发符合行业标准的工具。

项目成果

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