Numerical methods for pitch morphing blade design for vertical-take-off-landing unmanned aerial systems

Abstract

Bu çalışmada, dikey iniş kalkış yapan insansız hava araçlarında şekil değiştirebilme teknolojilerinin titreşim azaltma üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir. Helikopterler dikey iniş kalkış yapabilen insansız hava sistemleri olarak ana araştırma alanı seçilmiştir. Büküm değiştirme teknolojisinin helikopter palleri üzerinde uygulanmasının titreşimi arttıran kararsız aerodinamiğin etkilerini azaltacağına inanılmaktadır. Bu teknolojiyi elde etmek için, akıllı malzeme olarak adlandırılan piezoelektrik fiberler ±450 oryantasyonunda pervane paline monte edilmektedir.Bu tezde, şekil değiştirebilen palin detaylı tasarımından ziyede, şekil değiştirebilmne kabiliyetinin titreşim azaltma üzerindeki etkisi üzerine çalışılmıştır. Bu nedenle, paller insansız helicopter olarak bilinen Shark-120 nin dataları kabul edilerek tasarlanmıştır. Dikey kalkış iniş sistemi için kalkış konfigürasyonu temel parametredir. Kanadın yapısal modeli ANSYS/Workbench paket programı kullanılarak oluşturulmuş ve bütün analizler ANSYS/Workbench paket programı kullanılarak yapılmıştır. Çalışma sonucunda akıllı malzemelerin aktif büküm değiştirme metodu kullanımıyla helicopter palleri üzerinde titreşim azaltımında oldukça etkili olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, MFC eyleyici uzunluğu ve kullanılan voltajın titreşim azaltımı oranına etkisi incelenmiştir.

In this study, effects of morphing technologies on vibration reduction at vertical take-off landing unmanned aerial systems are observed. Helicopters are selected to be the main scope of investigation as a vertical take-off unmanned system. The effects of unsteady aerodynamics that amplifies the modes of vibration are believed to be reduced by the implementation of a twist morphing technology on the helicopter rotor blades. To obtain the twist technology, active piezoelectric fibers which are commonly called smart materials is embedded at ±45 deg orientation on the rotor blade. By applying a required amount of electrical voltage difference, they produce strain-induced twisting motions of the blade.The effects of morphing on vibration reduction of the rotor blade were studied rather than the detailed design of the morphing blades. Therefore, blades are adopted from and then modelled a known unmanned helicopter's data such as Shark-120. The structural model of the wing was developed by using ANSYS/Workbench package program and all the analyses were conducted by using ANSYS/Workbench package program. The study shows that using piezoelectric actuator in active twist rotor method to reduce vibration of helicopter blade is highly efficient. Also, different piezoelectric arrangements and optimum voltages are determined. According to study, results conclude that torsion mode is used to determine the optimum placement of MFC actuators. Also, the length of the MFC actuator and the voltage used in actuators affect rate of reduction in vibration.