No description available.

In order to improve the flight performance of the Martin Jetpack research was undertaken to investigate the aerodynamic issues that were limiting the P-11A Jetpack's flight envelope. Through research of existing ducted-fan aircraft, a flight model describing the unique aerodynamics of the Martin Jetpack was developed using Matlab®/Simulink® software. The dynamic flight model, which can be ran in real time, includes the reactions from: ducted-fans, aircraft body aerodynamics, control surfaces, gyration and landing gear interactions. Abstract Numerous experiments were designed to quantify and validate assumptions used in the development of the model equations. The experiments took advantage of the small size of the Jetpack by designing and building test apparatuses that measured reactions directly on the actual aircraft. This avoided scaling issues that are traditionally encountered when employing wind tunnels for aerodynamic measurements. Abstract Implementing the experimental results into the model led to the modifications of the existing Jetpack airframe to produce the P-11C Jetpack prototype, which significantly improved the performance of the aircraft. The collected flight data was used to validate the model and good agreement was achieved. Abstract Based on this research a new Jetpack prototype (P-12) was developed that combined the flight performance of the P-11C Jetpack with the ability to carry a man or manned sized payload. The model was used to design the layout and to size the control vanes for the P-12 Jetpack. Further research was performed to design larger rotor and stator blades required for the P-12 Jetpack prototype. Abstract The developed model allows the user to efficiently evaluate various control methodologies and changes to key aerodynamic features of the aircraft to aid in the design and flying of the Martin Jetpack. Abstract The outcome of this research is a better understanding of the ducted-fan technology, and via the development of the Jetpack flight model, correctly applying this understanding to improve the Jetpack's flight performance.

<p>Examensarbetet undersöker huruvida en blisk kan förses med ett heltäckande tak över bladtopparna. En blisk är en skiva och blad som är tillverkat i ett stycke. Som referens under arbetet används en befintlig blisk från provkompressorn Hulda. Målsättningen med att förse blisken med ett tak är att taket ska stabilisera konstruktionen genom att förstyva bladen och höja frekvenserna för de lägsta egenfrekvenserna samt eliminera läckflödet över bladen. Under arbetet undersöks material, tillverkningsmetoder, tillverkningskostnader samt de risker som finns vid användning av den takförsedda blisken. Utvärderingen baseras på tre koncept som genererats och utvalts under ett tidigare projektarbete. Koncepten är: Koncept 1, blisk och tak tillverkat i ett stycke titan. Koncept 2, blisk med separat titanring som förspänns. Koncept 3, blisk med tak tillverkat i ett stycke titan med förspänd kompositring som förstärkning. Materialet i blisken är sedan tidigare bestämt att vara en titanlegering. Som material till kompositen väljs kolfiberarmerad epoxi. För titanblisken väljs tillverkningsmetoderna svarvning och fräsning. Kompositringen tillverkas genom fiberlindning. Inledande beräkningar antyder att en förstärkning med lättviktsmaterial som i koncept 3 är mest gynnsamt. Detta styrks av resultatet från de statiska analyserna av koncept 1 och 2, där båda koncepten fallerar. I koncept 1 kan eventuellt de spänningskoncentrationer som uppstår avhjälpas med en omkonstruktion av bladens infästningar mot taket. I den statiska analysen av koncept 3 uppstår problem med att modellera kompositmaterialets egenskaper. FE-modellen är inte verklighetstrogen. Därför krävs en förbättring av denna för att verifiera konceptet. En jämförande modalanalys genomförs mellan referensblisken och koncept 1. Resultatet bekräftar antagandet att införandet av ett tak på en blisk höjer egenfrekvenserna.</p>

Examensarbetet undersöker huruvida en blisk kan förses med ett heltäckande tak över bladtopparna. En blisk är en skiva och blad som är tillverkat i ett stycke. Som referens under arbetet används en befintlig blisk från provkompressorn Hulda. Målsättningen med att förse blisken med ett tak är att taket ska stabilisera konstruktionen genom att förstyva bladen och höja frekvenserna för de lägsta egenfrekvenserna samt eliminera läckflödet över bladen. Under arbetet undersöks material, tillverkningsmetoder, tillverkningskostnader samt de risker som finns vid användning av den takförsedda blisken. Utvärderingen baseras på tre koncept som genererats och utvalts under ett tidigare projektarbete. Koncepten är: Koncept 1, blisk och tak tillverkat i ett stycke titan. Koncept 2, blisk med separat titanring som förspänns. Koncept 3, blisk med tak tillverkat i ett stycke titan med förspänd kompositring som förstärkning. Materialet i blisken är sedan tidigare bestämt att vara en titanlegering. Som material till kompositen väljs kolfiberarmerad epoxi. För titanblisken väljs tillverkningsmetoderna svarvning och fräsning. Kompositringen tillverkas genom fiberlindning. Inledande beräkningar antyder att en förstärkning med lättviktsmaterial som i koncept 3 är mest gynnsamt. Detta styrks av resultatet från de statiska analyserna av koncept 1 och 2, där båda koncepten fallerar. I koncept 1 kan eventuellt de spänningskoncentrationer som uppstår avhjälpas med en omkonstruktion av bladens infästningar mot taket. I den statiska analysen av koncept 3 uppstår problem med att modellera kompositmaterialets egenskaper. FE-modellen är inte verklighetstrogen. Därför krävs en förbättring av denna för att verifiera konceptet. En jämförande modalanalys genomförs mellan referensblisken och koncept 1. Resultatet bekräftar antagandet att införandet av ett tak på en blisk höjer egenfrekvenserna.

A shrouded blade was designed as a test case for flutter analysis of steam turbine. Flutter is a self-excitedvibration. It can lead to dramatic blade loss and high-cycle fatigue. Shrouded blade is more complicated onflutter analysis, because the mode shapes are more complex with bending and torsion components atdifferent phases. Moreover, the blade mode shape and frequency also vary with nodal diameter. Lack ofopen resource of shrouded blade, there were less researches about shrouded blade test case on flutter. The initial blade geometry was from Di Qi’s 3D free standing blade test case. The material of the blade isTitanium. The aim of current study is to design a 3D test case for realistic shrouded blade flutter analysis. The geometryof the proposed shrouded blade test case was fully described in this thesis report. ANSYS ICEM was usedfor presenting the geometry and generating mesh. ANSYS APDL was used for structural analysis.Parameters of shroud parts were based on literature reviews and engineers’ general suggestions. The modeshapes for the first family of modes were calculated and reported. / Ett höljeblad utformades som ett testfall för fladderanalys av ångturbin. Flutter är en självupphetsadvibration. Det kan leda till dramatisk bladförlust och högcykelutmattning. Höljeblad är mer kompliceratvid fladderanalys, eftersom modeformerna är mer komplexa med böjnings- och torsionskomponenter iolika faser. Dessutom varierar bladformsformen och frekvensen också med noddiameter. Brist på öppenresurs av höljet blad, det fanns mindre undersökningar om höljet blad test fall på flutter. Den ursprungligabladgeometrin var från Di Qis 3D frittstående bladprovfall. Bladets material är titan. Syftet med den aktuella studien är att designa ett 3D-testfall för realistisk hävd bladflöjtsanalys. Geometrinhos det föreslagna höljet av bladsprov beskrivs fullständigt i denna avhandlingsrapport. ANSYS ICEManvändes för att presentera geometrin och det genererande nätet. ANSYS APDL användes för strukturellanalys. Parametrar av höljesdelar baserades på litteraturrecensioner och ingenjörers allmänna förslag.Modeshistorierna för den första familjen av lägen beräknades och rapporterades.

No description available.

In mehrstufigen Axialverdichtern für Flugtriebwerke und stationäre Gasturbinen werden die Statoren entweder mit Deckband ausgeführt oder freistehend mit einem Radialspalt zur Rotornabe. Diese zwei üblichen konstruktiven Varianten zur Trennung von rotierenden und stehenden Bauteilen haben erheblichen Einfluss auf das Strömungsverhalten und die Verluste im nabennahen Bereich der Statorpassage. In den hinteren Stufen von mehrstufigen Axialverdichtern kommt dieser Problematik eine große Bedeutung bei, da mit sinkender Kanalhöhe der Anteil der Randverluste am Gesamtverlust steigt. Weiterhin ist mit relativ großen Spaltweiten im Verhältnis zur Kanalhöhe zu rechnen. Die vorliegende Arbeit vergleicht die Strömung an Statoren mit und ohne Deckband auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen in einem vierstufigen Niedergeschwindigkeits-Axialverdichter. Für beide Bauarten werden die Auswirkungen einer Variation der Spaltweite auf das Strömungsfeld mit stationären Drucksonden ermittelt und mit stationären CFD-Simulationen verglichen. Für Statoren mit Radialspalt zur Nabe wird eine verbesserte dreidimensionale Gestaltung vorgestellt und experimentell untersucht. Ziel der neuen Auslegung ist die Verringerung der Auswirkung der Spaltweitenvergrößerung auf Verluste, Minderumlenkung und Blockage. Die experimentelle Verifizierung der Neuauslegung wird von numerischen Simulationen zur detaillierten Analyse der Verbesserungen unterstützt.:Symbolverzeichnis Einleitung 1 Grundlagen der Strömung im Seitenwandbereich von Statoren / Stand des Wissens 1.1 Sekundärströmung an Statoren 1.2 Historische Entwicklung der Untersuchung von Statoren mit und ohne Deckband in Axialverdichtern 1.3 Reduzierung von Verlusten durch dreidimensionales Schaufeldesign 1.4 Zielstellung der aktuellen Untersuchung 2 Niedergeschwindigkeitsverdichter und Messtechnik 2.1 Allgemeiner Aufbau des Niedergeschwindigkeitsverdichters 2.2 Messtechnik am Niedergeschwindigkeitsverdichter 2.3 Auswertungsmethoden und Analyse der Messergebnisse 2.3.1 Normierung der Messwerte 2.3.2 Kennfeld 2.3.3 Strömungsfeldmessung an der Stufe 2.3.4 Druckverteilungen 2.3.5 Betrachtung der Messgenauigkeit 2.4 Experimentell untersuchteAufbauten 2.4.1 Referenz-Statoren ohne Deckband - Aufbau 16 2.4.2 Referenz-Statoren mit Deckband - Aufbau 17 2.4.3 Neuauslegung für Statoren mit großen Radialspalten - Aufbau 20 3 Numerische Untersuchungen 3.1 Numerisches Modell 3.2 Simulationsmodell 3.2.1 Vernetzung des Verdichters für den Referenzfall 3.2.2 Modellierung unterschiedlicher Radialspaltweiten 3.2.3 Modellierung der Deckbandkavität 3.2.4 Einfluss der Turbulenzmodellierung auf die Strömung an Statoren mit und ohne Deckband 3.2.5 Simulationen mit Non-Linear-Harmonic-Method 4 Statoren mit und ohne Deckband 4.1 Globales Betriebsverhalten des Verdichters für Referenzmessungen an Statoren mit und ohne Deckband 4.1.1 Drehzahllinie des Verdichters bei Radialspaltvariation über Stator 3 und 4 4.1.2 Drehzahllinie des Verdichters bei Deckbandspaltvariation im Stator 3 4.1.3 Globale Ergebnisse der CFD-Simulation für Statoren mit und ohne Deckband 4.2 Strömungsfeldmessungen für Statoren mit und ohne Deckband 4.2.1 Zuströmung zum dritten Stator 4.2.2 Vergleich der Strömung am dritten Stator mit und ohne Deckband 4.2.3 Auswirkung des Designs des dritten Stators auf Rotor 4 4.3 Bewertung der Ergebnisse für Statoren mit und ohne Deckband 5 Statoren ohne Deckband mit verringerter Sensitivität gegenüber großen Radialspaltweiten 5.1 Auslegung eines Stators ohne Deckband für große Radialspaltweiten 5.2 Globales Betriebsverhalten des Verdichters für neuausgelegte Statoren ohne Deckband 5.3 Strömungsfeldmessungen am neuausgelegten Stator mit großem Radialspalt 5.3.1 Zuströmung zum dritten Stator 5.3.2 Strömung am dritten Stator bei Radialspaltvariation 5.3.3 Auswirkung der Radialspaltvariation am dritten Stator auf Rotor 4 5.4 Bewertung der neuen Auslegung für Statoren mit großem Radialspalt 6 Zusammenfassung A Anhang A.1 Eigenschaften des CFD-Netzes A.2 CFD-Netze f¨ur Stator 3 mit Deckband A.3 Einfluss des Fillets am dritten Stator mit Deckband Literaturverzeichnis

Ducted fan vehicles possess a superior ability to maximize payload capacity while minimizing vehicle size. Their ability to both hover and fly at high speed is a key advantage for information-gathering missions, particularly when close proximity to a target is essential. However, the ducted fan's aerodynamic characteristics pose difficulties for stable vehicle flight and therefore require complex control algorithms. In particular, they exhibit a large nose-up pitching moment during wind gusts and when transitioning from hover to forward flight. Understanding ducted fan aerodynamic behavior and how it can be altered through flow control techniques are the two prime objectives of this work. This dissertation provides a new paradigm for modeling the ducted fan's nonlinear behavior and new methods for changing the duct aerodynamics using active flow control. Steady and piezoelectric synthetic jet blowing are employed in the flow control concepts and are compared. The new aerodynamic model captures the nonlinear characteristics of the force, moment, and power data for a ducted fan, while representing these terms in a set of simple equations. The model attains excellent agreement with current and legacy experimental data using twelve non-dimensional constants. Synthetic jet actuators (SJA) have potential for use in flow control applications in UAVs with limited size, weight, and power budgets. Piezoelectric SJAs for a ducted fan vehicle were developed through two rounds of experimental designs. The final SJA design attained peak jet velocities in the range of 225 ft/sec (69 m/s) for a 0.03â x 0.80â rectangular slot. To reduce the magnitude of the nose-up pitching moment in cross-winds, two flow control concepts were explored: flow separation control at the duct lip, and flow turning at the duct trailing edge using a CoandÄ surface. Both concepts were experimentally proven to be successful. Synthetic jets and steady jets were capable of modifying the ducted fan flow to reduce pitching moment, but some cases required high values of steady blowing to create significant responses. Triggering leading edge separation on the duct lip was one application where synthetic jets showed comparable performance to steady jets operating at a blowing coefficient an order of magnitude higher. / Ph. D.

Cette étude se propose d’analyser le comportement du double rotor contra-rotatif caréné dans lecadre des échelles réduites des microdrones, pour exploiter le potentiel d’amélioration desperformances stationnaires des rotors libres. La demande d’une performance propulsive de hautniveau, alors que les échelles sont très réduites constitue un véritable défi scientifique. De façongénérale, par rapport au rotor libre, l’ajout de la carène permet de piloter la contraction del’écoulement et offre un potentiel de poussée de carène. La tuyère par sa condition d’adaptationpilote le débit entrant à puissance donnée. L’augmentation du débit massique, par comparaison ausystème de rotor libre, amplifie la poussée à travers la dépression distribuée sur toute la surface decaptation. Pour comprendre les lois de fonctionnement d’un système propulsif caréné, il a d’abord été proposé un modèle théorique simplifié basé sur une extension de la théorie de Froude pour les rotors libres: le système rotor est assimilé à un disque actuateur, générateur de débit dans une conduite à section variable. Une simulation Navier Stokes 2D axisymétrique a permis d’optimiser les paramètres de forme du carénage. Les simulations ont confirmé l’influence déterminante des sections d’entrée et de sortie, et relativisé l’impact des formes possibles, pourvu que les variations de sections limitent le décollement de la couche limite. Après conception d’un banc d’essai utilisant un doublet de rotor coaxial placé dans cette carène optimisée, l’étude expérimentale complète et confirme les performances globales du système et qualifie l’écoulement méridien. Enfin, une simulation 3D instationnaire a été entreprise pour compléter l’analyse de l’écoulement autour des rotors. / This study aims to analyze the behavior of shrouded, contrarotating coaxial rotor in the reducedMAVs’ scale in order to exploit its potential to improve the free rotor steady performance. The highhover ability under low operational Reynolds number is therefore, a scientific challenge. Generally,comparing with free rotor, the addition of the shroud decreases the flow contraction and gives thepotential to generate an extra thrust. A suitable nozzle can control the mass flow for a given power.The increased mass flow, comparing with free rotor, amplifies the thrust offered by the lowpressure formed at the air entrance. To understand the principals of shrouded propulsion system, a simplified theory model was first proposed through the extension of Froude theory for free rotors: the double rotor is initially treated as an actuator disk, generating the flow at varied sections through the shroud passage. A 2D simulation which accounts for an axial flow of viscous effects within the actual shroud profile, confirmed effects of all defined geometrical parameters. It further demonstrated that within the non-stalling region of the different crosssections, shroud shape and inlet shape do not have asignificant impact on performance. The experimental study, carried out with coaxial rotor, contributed to the confirmation of the overall performance and the approximation of the flow field through the shroud. Meanwhile, the 3D simulation, developed to better model the actual coaxial rotor in counter rotation, was validated to well solve the steady performance. It was applied to complement the analysis of the flow around the coaxial rotor.

No description available.