Improving aeroelastic performance of HALE geometrically nonlinear flexible wings. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
![]() |
PDF
Final Report Thesis Najwa Zaqirah Binti Taufik (G202314890).pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 14 November 2025. Available under License Creative Commons Attribution No Derivatives. Download (2MB) |
Arabic Abstract
تهدف هذه الدراسة إلى تعزيز الاستقرار والتحكم الهوائي المرن في أنظمة الطائرات بدون طيار طويلة التحليق على ارتفاعات عالية (HALE)، من خلال دمج أجنحة مرنة مزودة بمشغلات كهرضغطية. تؤدي المرونة العالية والترددات الطبيعية المنخفضة لأجنحة HALE إلى انحرافات كبيرة، مما يؤثر على الاستقرار والاستجابة أثناء الطيران على ارتفاعات عالية وسرعات منخفضة. لمعالجة هذه التحديات، تم تطوير نموذج تحليلي قائم على الطاقة لتقييم السلوك الهوائي المرن، بما في ذلك التردد الطبيعي وظاهرة الرفرفة، في ظل التشوهات الهندسية غير الخطية، مع دمج القوى الهوائية وتأثيرات المشغلات الكهرضغطية. كما تم إجراء محاكاة تحليلية باستخدام برنامج MATLAB لتوصيف التأثيرات المرنة والكهرضغطية والتنبؤ بالأداء الهوائي المرن للطائرة. وتساعد هذه المحاكاة في تحديد التوزيع الأمثل للمشغلات، مع التركيز على مواقع التثبيت، ومساحة الرقعة النشطة، وأنواع المواد المختلفة للمشغلات الكهرضغطية، بهدف الحد من الظواهر غير المستقرة مثل الرفرفة والانهيار الديناميكي. تقدم هذه الدراسة إطارًا مبتكرًا لتصميم أجنحة HALE المثلى، مما يعزز من الاستقرار والكفاءة والمتانة في المهمات الجوية الطويلة وعلى ارتفاعات عالية.
English Abstract
This research enhances aeroelastic stability and control in High-Altitude Long-Endurance (HALE) unmanned aerial systems (UAS) by integrating the flexible wing materials embedded with piezoelectric actuators. The extreme flexibility and low natural frequencies of HALE wings lead to significant deflections, impacting stability and responsiveness during high-altitude and low speed flight operations. To address these challenges, an energy-based analytical model is developed to evaluate aeroelastic behaviors which are the natural frequency and flutter on the wings under nonlinear geometric deformations, integrating aerodynamic forces and piezoelectric contributions. Complementary analytical simulations in MATLAB model elastic and piezoelectric effects, predicting the aeroelastic performance of the HALE UAS. These simulations identify optimal actuator configurations, focusing on placement, the actuator patch area and the different type of materials of piezoelectric actuator used, to mitigate instabilities like flutter and divergence. This research establishes a novel framework for optimizing HALE wing designs, advancing stability, efficiency, and durability for long-duration high-altitude missions.
Item Type: | Thesis (Masters) |
---|---|
Subjects: | Engineering Aerospace |
Department: | College of Engineering and Physics > Aerospace Engineering |
Committee Advisor: | Eldin Abdelrahman, Wael Gamal |
Committee Members: | Vattathurvalappil, Suhail Hyder and Baluch, Abrar-Ul-Haq |
Depositing User: | NAJWA ZAQI BINTI TAUFIK (g202314890) |
Date Deposited: | 15 Jun 2025 07:12 |
Last Modified: | 15 Jun 2025 07:12 |
URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143512 |