Den här kandidatuppsatsen undersöker möjligheten att konstruera ett system som med hjälp av ett rörligt aerodynamiskt element reglerar den nedåtkraft ett fordon utsätts för vid olika störningar. För att manipulera det aerodynamiska elementet utvecklas en aktuator. Flera olika mekaniska lösningar samt motorer och enkodrar undersöks för att ta fram en prototyp som uppfyller krav om tillräcklig kraft vid 80% bibehållen maxhastighet samt låg energiförbrukning. Den lösning som uppfyller alla krav och därmed används i den slutgiltiga prototypen är skruvdrift. Kraften som aktuatorn måste klara av tas fram med hjälp av Flow Simulation i Solidworks och är 100N inklusive en säkerhetsfaktor på 1.5. FEM-analys används för att validera prototypens mekaniska komponenter. Alla komponenter visar sig klara målet om belastning på 100N. Ett kaskadreglersystem tas fram för att reglera fordonets nedåtkraft och därmed dämpa påverkan från störningar så som plötsligt förändrade vindförhållanden. Då det inte finns några möjligheter att testa systemet i riktiga vindförhållanden tas en simuleringsmiljö fram. Fordonets hjulupphängning modelleras som ett mekaniskt system med massor, fjädrar och dämpare som sedan utsätts för olika krafter. Modellen beskrivs som ett system av differentialekvationer och implementeras tillsammans med reglersystemet i Simulink. Det aerodynamiska elementets påverkan på fordonets nedåtkraft vid olika vinklar tas fram med Flow Simulation i Solidworks. Vid validering av reglersystemet utvärderas varje reglerloop för sig. Hastighetsreglering utformas och testas för att kunna hålla en jämn hastighet även vid belastning. Positionsregleringens krav är att köra aktuatorn med dess maxhastighet vid en stegformad börvärdesändring samt hålla översläng under 1%. Både hastighets- och positionsregleringen uppfyller sina krav. Hur störningar kan se ut i verkligheten är okänt i detta arbete, därför utvärderas regleringen av nedåtkraft genom frekvensanalys. Systemet utsätts för sinusformade störningar med olika frekvenser, förstärkningen vid alla olika frekvenser tas fram och sammanställs som ett Bodediagram. Diagrammet visar tydligt hur väl systemet klarar av att dämpa störningar med olika frekvenser.Även regleringen av nedåtkraft uppfyller målet om att hålla översläng under 1%. / This bachelor thesis explores the possibility to design a system that uses a movable aerodynamic element to control the downforce of a vehicle as it's exposed to different disturbances. An actuator is developed in order to manipulate the aerodynamic element. Different mechanical solutions, as well as motors and encoders, are evaluated to design a prototype that fulfills the requirements of adequate force while maintaining 80% of the maximum velocity as well as low energy consumption. The solution that fulfills all requirements and therefore is used in the final prototype is a lead screw drive. The required force that the actuator needs to withstand is decided with Flow Simulation in Solidworks. The required force is 100N including a safety factor of 1.5. FEA analysis is used to evaluate all mechanical components. The analysis shows that all components can handle the required force. A cascade control system is developed to control the downforce of the vehicle and thus dampen the impact from disturbances like suddenly changed wind conditions. A simulation environment is developed since testing the system in a real environment isn't an option. The vehicle's suspension is modeled as a mechanical system with masses, springs, and dampeners that are exposed to different forces. The model is described as a system of differential equations and is implemented in Simulink together with the control system. The aerodynamic element's impact on the vehicle's downforce at different angles is produced by Flow Simulation in Solidworks. Every control loop is validated separately. The velocity control is designed and tested to keep a steady velocity, even at load. The requirement of the position control is to drive the actuator at max speed after a unit step setpoint change while having an overshoot of less than 1%. Both the velocity control and the speed control fulfill their requirements. What the disturbances might look like is unknown, which is why the downforce control is evaluated by exposing the system to sinusoidal disturbances of different frequencies. The amplification for all frequencies are compiled as a Bode plot that clearly shows how well the system can dampen disturbances with different frequencies. The downforce control also fulfills the requirement of keeping the overshoot under 1%.

I detta examensarbete utvärderas olika standarder för dimensionering av bullerskyddsskärmar vid järnvägar. Utvärderingen bygger på de järnvägsförhållandena som råder i Sverige. Standarderna som utvärderas är SS-EN 1991–2, SS-EN 16727-2-2:2016 och den tyska standarden RIL 804.5501. I standarderna SS-EN 1991–2 och SS-EN 16727-2-2:2016 återfinns två olika handberäkningsmetoder som kan användas vid dimensionering medan det i RIL 804.5504 presenteras en mer avancerad lastmodell som är framtagen för dimensionering med hjälp av dynamiska FEM-analyser. Standarderna utgår från olika lastfördelningar som förbipasserande tåg genererar på bullerskyddsskärmar. Det dynamiska tillskottet som dessa laster genererar på bullerskyddsskärmar beräknas/uppskattas även på olika sätt enligt standarderna. Utvärderingen av de olika standarderna har i detta examensarbete genomförts genom att handberäkningsresultaten enligt standarderna SS-EN 1991–2 och SS-EN 16727-2-2:2016 har jämförts med resultat från dynamiska FEM-analyser för olika typer av bullerskyddsskärmar. Dynamiska FEM-analyser med belastning enligt RIL 804.5501 har även genomförts på ett urval av dessa bullerskyddsskärmar. Handberäkningsmetoderna i standarderna som jämförs bygger på att man räknar om en tänkt statisk last från tågen till en dynamisk last med hjälp av en dynamisk koefficient. Standarden SS-EN 1991–2 presenterar ingen handberäkningsmetod för framtagande av denna dynamiska koefficient. Därför har handberäkningar för denna standard genomförts med de dynamiska koefficienterna 2, 4 och den som presenteras i standarden SS-EN 16727-2-2:2016. Samtliga standarder utgår från att tåget belastar bullerskyddsskärmen med en puls vid tågets främre del (först ett tryck följt av ett sug) och en vid tågets bakre del (först ett sug följt av ett tryck). För standarden SS-EN 1991–2 är belastningen konstant i både vertikalled och horisontalled. För standarden SS-EN 16727-2-2:2016 är belastningen avtagande i vertikalled och konstant i horisontalled. Belastningen som presenteras i RIL 804.5501 är avtagande i både vertikalled och horisontalled. Analyserna som har genomförts visar på att bullerskyddsskärmar riskerar att bli överdimensionerade ifall den dynamiska koefficienten på 4 används schablonmässigt vid dimensionering enligt standarden SS-EN 1991–2. Detta gäller bullerskyddsskärmar med hög egenfrekvens (~10 Hz) och tätt placerade pelare (c-c mått på ~3 meter). Det har även visats att en dynamisk faktor på 2 inte är tillräcklig vid dimensionering enligt standarden SS-EN 1991–2 för bullerskyddsskärmar som har glest placerade pelare (c-c mått på ~4–5 meter) och/eller låg egenfrekvens (~4–5 Hz). Dessa resultat gäller för tåghastigheter på 200 km/h. Ett annat viktigt resultat är att skillnaden mellan standarderna SS-EN 1991–2 med en dynamisk faktor enligt SS-EN 16727-2-2:2016 och helt enligt SS-EN 16727-2-2:2016 är väldigt liten för bullerskyddsskärmar med höga egenfrekvenser och kort höjd (~3 meter). Detta visar på att det kan vara lämpligare att använda den simplare lastmodellen enligt SS-EN 1991–2 för sådana fall. Analyserna som har genomförts visar även att pulsen vid tågets bakre del kan samverka på ett ogynnsamt sätt med pulsen från tågets främre del under vissa tåghastigheter. I analyserna har detta fenomen konstaterats för ”bullerskyddskärm 5” (som analyserades med tåghastigheterna 200, 225, 250, 275 och 300 km/h) där ett deformationstillskott konstaterades för den bakre pulsen vid hastigheterna 250, 275 och 300 km/h. Dessa analyser har även belyst behovet av att bullerskyddsskärmens egenfrekvens bör anpassas så den inte samverkar med frekvensen som lastpulserna har. Detta eftersom deformationerna även var större vid den främre pulsen för vissa tåghastigheter (deformationerna vid hastigheten 250 km/h var störst). Pulserna har i genomförda analyser haft avståndet 165 meter. Den utmattning som bullerskyddsskärmar utsätts för har även varit av intresse att utreda. För att bedöma detta har bullerskyddsskärmarnas oscillation plottats över tid då de blir belastade av pulserna från tågen i de dynamiska FEM-analyserna. Utifrån de diagram som detta har resulterat i går det att konstatera att utböjningarna då bullerskyddsskärmarna blir belastade enligt SS-EN 1991–2 och SS-EN 16727-2-2:2016 skiljer sig en del från utböjningarna då bullerskyddsskärmarna blir belastade enligt RIL 804.5501. Bullerskyddskärmarna tenderar att oscillera mindre för en punkt på bullerskyddsskärmen då den befinner sig mellan de två pulserna då de blir belastade enligt RIL 804.5501 jämfört med de två andra standarderna. Eftersom belastningen enligt RIL 804.5501 tycks representera ett verkligt belastningsfall bättre (avtagande last både i horisontalled och vertikalled tillsammans med bredare lastpulser) finns en risk att man överskattar utmattningspåkänningarna ifall man utgår från lasterna enligt SS-EN 1991-2 och SS-EN 16727-2-2:2016. För att verifiera detta behöver dock mätningar i fält utföras för att kontrollera ifall lastutbredningen enligt RIL 804.5501 kan appliceras på tåg i Sverige.

<p>The objective of this thesis work was to construct and implement an algorithm into the programADAPDT to calculate the zero-lift drag profile for defined aircraft geometries. ADAPDT, shortfor AeroDynamic Analysis and Preliminary Design Tool, is a program that calculates forces andmoments about a flat plate geometry based on potential flow theory. Zero-lift drag will becalculated by means of different hand-book methods found suitable for the objective andapplicable to the geometry definition that ADAPDT utilizes.</p><p>Drag has two main sources of origin: friction and pressure distribution, all drag acting on theaircraft can be traced back to one of these two physical phenomena. In aviation drag is dividedinto induced drag that depends on the lift produced and zero-lift drag that depends on the geometry of the aircraft.</p><p>How reliable and accurate the zero-lift drag computations are depends on the geometry data thatcan be extracted and used. ADAPDT‟s geometry definition is limited to flat plate geometrieshowever although simple it has the potential to provide a huge amount of data and also delivergood results for the intended use. The flat plate representation of the geometry proved to beleast sufficient for the body while wing elements could be described with much more accuracy.</p><p>Different empirical hand-book methods were used to create the zero-lift drag algorithm. Whenchoosing equations and formulas, great care had to be taken as to what input was required sothat ADAPDT could provide the corresponding output. At the same time the equations shouldnot be so basic that level of accuracy would be compromised beyond what should be expectedfrom the intended use.</p><p>Finally, four well known aircraft configurations, with available zero-lift drag data, weremodeled with ADAPDT‟s flat plate geometry in order to validate, verify and evaluate the zeroliftdrag algorithm‟s magnitude of reliability. The results for conventional aircraft geometriesprovided a relative error within 0-15 % of the reference data given in the speed range of zero toMach 1.2. While for an aircraft with more complicated body geometry the error could go up to40 % in the same speed regime. But even though the limited geometry is grounds foruncertainties the final product provides ADAPDT with very good zero-lift drag estimationcapability earlier not available. A capability that overtime as ADAPDT continues to evolve hasthe potential to further develop in terms of improved accuracy.</p> / <p>Målet med detta examensarbete var att skapa och implementera en algoritm som införmöjligheten att beräkna nollmotstånd för givna flygplansgeometrier i programmet ADAPDT.ADAPDT, kort för AeroDynamic Analysis and Preliminary Design Tool, är ett program som,baserat på potential strömnings teori, beräknar krafter och moment på en geometri uppbyggd avplana plattor. Nollmotståndet kommer att baseras en kombination av handboksmetoder somfunnits lämpliga och applicerbara på geometridefinitionen given i ADAPDT.</p><p>Motstånd har sitt ursprung i två fysikaliska fenomen: friktion och tryckfördelning, ur vilka alltmotstånd som agerar på ett flygplan härrör. Inom flyget delar man in motståndet ilyftkraftsberoende inducerat motstånd samt geometriberoende nollmotstånd.</p><p>Hur pålitliga och noggranna motståndsberäkningarna kan förväntas vara beror på mängdengeometriska data som finns att tillgå. ADAPDT:s geometridefinition är begränsad till planaplattor men trots detta finns potential att leverera stora mängder data och resultat med rimlignoggrannhet. Plan plattgeometrin visade sig, för kroppsgeometrin, väldigt begränsad ochotillräcklig medan ving element kunde beskrivas med större noggrannhet.</p><p>En rad olika empiriska handboksmetoder användes för att skapa nollmotståndsalgoritmen. Vidvalet av formler och ekvationer var det viktigt att välja sådana som ADAPDT kunde försetillräckligt med data till. Samtidigt fick formlerna inte vara alltför simpla så att måttet avnoggrannhet i resultaten vart alltför låg mot för vad som, för ändamålet, är förväntat.</p><p>Slutligen valdes fyra kända flygplan, med nollmotståndsdata tillgängligt, att modeleras medADAPDT:s plan plattgeometri för att validera, verifiera och utvärdera algoritmens mått avtillförlitlighet. Resultaten för mer konventionella flygplanskonfigurationer visade på ett relativtfel mellan 0-15 % mot de givna referensflygplanens nollmotståndsdata inom hastigheterna 0 tillMach 1,2. För mer komplicerade konfigurationer steg det relativa felet omedelbart upp mot 40% inom samma hastighetsregim. Men även om den begränsade geometridefinitionen iADAPDT är grunden för mycket osäkerheter förser den slutliga produkten ändå programmetmed en väldigt god möjlighet till skattning av nollmotståndet som inte tidigare fanns. Enmöjlighet som över tid, allteftersom ADAPDT forstätter att utvecklas, har all potential till attförbättras med avseende på noggrannhet och tillförlitlighet.</p>

The objective of this thesis work was to construct and implement an algorithm into the programADAPDT to calculate the zero-lift drag profile for defined aircraft geometries. ADAPDT, shortfor AeroDynamic Analysis and Preliminary Design Tool, is a program that calculates forces andmoments about a flat plate geometry based on potential flow theory. Zero-lift drag will becalculated by means of different hand-book methods found suitable for the objective andapplicable to the geometry definition that ADAPDT utilizes. Drag has two main sources of origin: friction and pressure distribution, all drag acting on theaircraft can be traced back to one of these two physical phenomena. In aviation drag is dividedinto induced drag that depends on the lift produced and zero-lift drag that depends on the geometry of the aircraft. How reliable and accurate the zero-lift drag computations are depends on the geometry data thatcan be extracted and used. ADAPDT‟s geometry definition is limited to flat plate geometrieshowever although simple it has the potential to provide a huge amount of data and also delivergood results for the intended use. The flat plate representation of the geometry proved to beleast sufficient for the body while wing elements could be described with much more accuracy. Different empirical hand-book methods were used to create the zero-lift drag algorithm. Whenchoosing equations and formulas, great care had to be taken as to what input was required sothat ADAPDT could provide the corresponding output. At the same time the equations shouldnot be so basic that level of accuracy would be compromised beyond what should be expectedfrom the intended use. Finally, four well known aircraft configurations, with available zero-lift drag data, weremodeled with ADAPDT‟s flat plate geometry in order to validate, verify and evaluate the zeroliftdrag algorithm‟s magnitude of reliability. The results for conventional aircraft geometriesprovided a relative error within 0-15 % of the reference data given in the speed range of zero toMach 1.2. While for an aircraft with more complicated body geometry the error could go up to40 % in the same speed regime. But even though the limited geometry is grounds foruncertainties the final product provides ADAPDT with very good zero-lift drag estimationcapability earlier not available. A capability that overtime as ADAPDT continues to evolve hasthe potential to further develop in terms of improved accuracy. / Målet med detta examensarbete var att skapa och implementera en algoritm som införmöjligheten att beräkna nollmotstånd för givna flygplansgeometrier i programmet ADAPDT.ADAPDT, kort för AeroDynamic Analysis and Preliminary Design Tool, är ett program som,baserat på potential strömnings teori, beräknar krafter och moment på en geometri uppbyggd avplana plattor. Nollmotståndet kommer att baseras en kombination av handboksmetoder somfunnits lämpliga och applicerbara på geometridefinitionen given i ADAPDT. Motstånd har sitt ursprung i två fysikaliska fenomen: friktion och tryckfördelning, ur vilka alltmotstånd som agerar på ett flygplan härrör. Inom flyget delar man in motståndet ilyftkraftsberoende inducerat motstånd samt geometriberoende nollmotstånd. Hur pålitliga och noggranna motståndsberäkningarna kan förväntas vara beror på mängdengeometriska data som finns att tillgå. ADAPDT:s geometridefinition är begränsad till planaplattor men trots detta finns potential att leverera stora mängder data och resultat med rimlignoggrannhet. Plan plattgeometrin visade sig, för kroppsgeometrin, väldigt begränsad ochotillräcklig medan ving element kunde beskrivas med större noggrannhet. En rad olika empiriska handboksmetoder användes för att skapa nollmotståndsalgoritmen. Vidvalet av formler och ekvationer var det viktigt att välja sådana som ADAPDT kunde försetillräckligt med data till. Samtidigt fick formlerna inte vara alltför simpla så att måttet avnoggrannhet i resultaten vart alltför låg mot för vad som, för ändamålet, är förväntat. Slutligen valdes fyra kända flygplan, med nollmotståndsdata tillgängligt, att modeleras medADAPDT:s plan plattgeometri för att validera, verifiera och utvärdera algoritmens mått avtillförlitlighet. Resultaten för mer konventionella flygplanskonfigurationer visade på ett relativtfel mellan 0-15 % mot de givna referensflygplanens nollmotståndsdata inom hastigheterna 0 tillMach 1,2. För mer komplicerade konfigurationer steg det relativa felet omedelbart upp mot 40% inom samma hastighetsregim. Men även om den begränsade geometridefinitionen iADAPDT är grunden för mycket osäkerheter förser den slutliga produkten ändå programmetmed en väldigt god möjlighet till skattning av nollmotståndet som inte tidigare fanns. Enmöjlighet som över tid, allteftersom ADAPDT forstätter att utvecklas, har all potential till attförbättras med avseende på noggrannhet och tillförlitlighet.

World Solar Challenge är en tävling i Australien vars syfte är att främja utvecklingen av förnyelsebar energi. Här deltar olika universitet runt om i världen och för att bygga en solcellsdriven bil som drivs av solens energi. Den ska sedan köras en sträcka mellan Darwin och Adelaide på dryga 300 mil genom Australien på kortast möjligast tid. Projektet görs för Tekniska Högskolan i Jönköping till en kommande kurs som studenter kan söka sig till för att delta i World Solar Challenge 2013. I kursen ingår att bygga en solcellsbil som man sedan tävlar med. Genom att sätta upp krav som är nödvändiga och önskvärda i en funktionsanalys får projektet en utgångspunkt och ett stöd som bestämmer hur konceptet ska se ut och vilka krav som måste uppfyllas. De restriktioner som tävlingsledningen för World Solar Challenge upprättat kan omvandlas till nödvändiga krav i funktionsanalysen. Researchen, restriktionerna och de teorier som de aerodynamiska aspekterna pekat på bestämmer hur konceptet är utformat. Resultatet i projektet är en solcellsbil som med hjälp av sin sammanhängande form får goda aerodynamiska egenskaper och kan på det sättet konkurrera om en topplacering i World Solar Challenge. Konceptet kallas Sting och är ett trehjuligt fordon med en solcellsyta på 6m2 som är den tillåtna ytan för kiselsolceller. Genom att placera förarhytten framtill påverkar inte luftmotståndet bakänden lika mycket, som är den del som utsätts för mest turbulens. Bakänden kan på detta sätt smalnas av och föra samman luftströmmarna igen utan att det uppstår turbulens. Designen av Sting kommer från fyra värdeord vilka är: snabb, miljövänlig, aerodynamisk och alternativa energikällor. Genom detta projekt kan konceptet utvecklas vidare i den kommande kursen hos Tekniska Högskolan i Jönköping . Slutsatsen är att konceptet uppfyller de krav som funktionsanalysen innehåller och att konceptet kan ligga till grund för kursen med en bra utgångspunkt.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Univ., 2004. / Härtill 8 uppsatser.

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2008

Thèse no 1958 sciences EPF Lausanne. / Literaturverz.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Detta projekt undersöker möjligheterna att bedöma   discar avsedda för discgolf efter en skala grundad i vetenskapliga tester.   Tester görs i vindtunneln hos Sportstech Research Centre vid   Mittuniversitetet i Östersund i samarbete med Kastaplast AB. Lyckade tester   skulle kunna leda till standardiserade och mer noggranna bedömningar av   discar. Något som underlättar för både kunder och tillverkare. Avsikten är   att framförallt bedöma en discs speedrating men projektet undersöker också   möjligheterna för att se samband gällande glide och turn. Testerna kan även   så ett frö till vidare tester för att skapa djupare förståelse för discars   beteende i luften. / This project   examines the possibilities of rating discs intended for use in discgolf after   a scale based on scientific tests. Tests are conducted in the wind tunnel at   Sportstech Research Centre at Mid Sweden University in Östersund in   collaboration with Kastaplast AB. Successful tests could lead to standardized   and more accurate ratings of disc that would facilitate for both customers   and manufacturers. Intentions are to foremost rate a discs speed rating but   will also examine the possibilities of seeing connections regarding glide and   turn. Tests may also lead to future studies regarding the understanding of   disc flight. / <p>Betyg: 181001</p>