Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Design and optimization of blended winglet on Northrop Grumman Global Hawk RQ-4 UAV

Seyed Mohammad Amir Hedayati

Abstract

The potential of implementing winglets to reduce the aircraft’s drag is the main subject of this study. Winglets from an engineering point of view, provide reduction of aircraft’s induced drag and reduce the vortices created at the wingtip while not generating additional forces at wing’s tips. Accordingly, they introduce enhancements in fuel efficiency, endurance, range, stability and control of the aircraft. The innovation of winglets has become widely used as a part of aircraft’s wing design. Therefore, lack of this device in the large Global Hawk RQ-4A UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is the main motive of this work. Secondary objective is to optimize the winglet design to obtain optimal shape for the aircraft. Thus, a parametric blended winglet model with three independent parameters had been developed on the basis of implementation of the Response Surface Methodology (RSM) as an optimization method. More refined analysis was performed with the use of application of Computational Fluid Dynamics (CFD). Numerical results prove that the analysis model correctly predicts the lift and drag behaviours. Results for the optimized winglet show that the drag coefficient has been decreased by 0.433 %, the lift coefficient has increased by 1.818 % and consequently the lift to drag ratio (L/D) has increased by 2.61 % compared to the initial wing design without winglets. Along with aerodynamic improvement, this can be considered as a large development for the aircraft’s mission capability and operating economics, such as significant drop in fuel consumption and noticeable improvement in range, payload capacity, operating altitude and cruising speed.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Seyed Mohammad Amir Hedayati (FPAE) Seyed Mohammad Amir Hedayati,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Projekt i optymalizacja integralnych wingletów na bezzałogowym statku powietrznym Northrop Grumman Global Hawk UAV
Supervisor
Zbigniew Rarata (FPAE/IAAM) Zbigniew Rarata,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka (Aerospace Engineering)
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
24-06-2019
Issue date (year)
2019
Pages
76
Internal identifier
MEL; PD-5197
Reviewers
Zbigniew Rarata (FPAE/IAAM) Zbigniew Rarata,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Sławomir Kubacki (FPAE/IAAM) Sławomir Kubacki,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
Winglety, Optymalizacja, Projektowanie eksperymentu, DOE, Metoda powierzchni odpowiedzi, RSM, Obliczeniowa mechanika płynów, CFD
Keywords in English
Winglets, Optimization, Design of Experiment, DOE, Response Surface Methodology, RSM, Computational Fluid Dynamics, CFD
Abstract in Polish
Głównym przedmiotem tego badania jest przedstawienie potencjału wdrożenia integralnych wingletów w celu zmniejszenia oporu aerodynamicznego samolotu. Winglety z technicznego punktu widzenia zapewniają redukcję oporu indukowanego, zmniejszając wiry krawędziowe powstające przy końcówce skrzydła, nie generując tym samym dodatkowych sił na końcówkach skrzydła. W związku z tym znacznie przyczyniają się do zwiększenia wydajności, oszczędności zużycia paliwa i zasięgu samolotu. Winglety są obecnie powszechnie wykorzystywane jako część konstrukcji skrzydeł samolotów. Dlatego brak tego rozwiązania w dużym samolocie jakim jest UAV Global Hawk RQ-4A (Bezzałogowy Statek Powietrzny) jest głównym motywem tej pracy.Głównym celem niniejszej pracy jest optymalizacja kształtu wingletów w celu podniesienia parametrów aerodynamicznych samolotu. W związku z tym opracowano parametryczny integralny model wingleta z trzema niezależnymi parametrami geometrycznymi wykorzystując metodę powierzchni odpowiedzi (RSM) jako metodę optymalizacji. Ewaluacje aerodynamiczne w optymalizacji były realizowane przy użyciu obliczeniowej mechaniki płynów (CFD). Wyniki liczbowe dowodzą, że model numeryczny prawidłowo przewiduje zachowania związane z generowaniem siły nośnej i siły oporu. Wyniki dla zoptymalizowanego układu wingletów pokazują, że współczynnik siły oporu został zmniejszony o 0,433%, współczynnik siły nośnej wzrósł o 1,818%, a w konsekwencji doskonałość aerodynamiczna wzrasta o 2,61% w porównaniu z początkowym projektem skrzydła bez zastosownia integralnych wingletów. Wraz z poprawą aerodynamiczną, można to uznać za duży postęp w zakresie osiągów samolotu, takich jak znaczny spadek zużycia paliwa oraz zauważalna poprawa zasięgu, zwiększenie ładowności, wysokości operacyjnej i prędkości przelotowej.
File
  • File: 1
    Theis_Report___Seyed_Hedayati.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 34912

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTbd24b4e402f54d18a55e87c6d26ae96b/
URN
urn:pw-repo:WUTbd24b4e402f54d18a55e87c6d26ae96b

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page