Morphing technologies design toolbox and application to hydrofoil design
Date
2021-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: This thesis presents a morphing technology design toolbox and a conceptual de-sign of a morphing centreboard which improves the performance of a 505 class sailing dinghy by eliminating leeway upwind,λ= 0◦, and increasing VMG upto 9.5 %. From specifications stemming from the fluid dynamic investigation, the morphing centreboard concept changes shape from a NACA 0010 to a NACA 4410 profile yielding Cl0= 0.4719 atAoA= 0◦. The design toolbox consists of a lexi-con, classification and categorisation scheme applicable to fluid dynamic morphingtechnologies. Over two hundred morphing research entries are filtered in the de-sign toolbox according to the design specifications of the morphing centreboard yielding eleven appropriate research entries. A preliminary structural investigation provides information on the surface (strains of up to 50 % are found) and the sub-structure and actuation (linear and bending actuators must overcome peak force sand bending moments of 2000 N and 300 Nm respectively). After the preliminary structural investigation multistable composite actuation and structural members together with a segmented composite/elastomer skin are the final conceptual technology solutions proposed for the morphing centreboard.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie tesis bied ’n morphende tegnologie ontwerpgereedskapkis en ’n konseptueleontwerp van ’n morphende-swaard aan. Die morphende-swaard verbeter die werkver-rigting van ’n 505 klas seilboot deur die wind-op seilruimte,λ= 0◦, te elimineeren VMG 9,5 % te verhoog. Vanuit spesifikasies uit die vloeidinamiese onder-soek moet die morphende-swaard konsep vorm verander van ’n NACA 0010 na ’nNACA 4410 profiel toe. Die verandering lewer ’nCl0van 0.4719 op teenAoA= 0◦.Die ontwerpgereedskapskis bestaan uit ’n leksikon-, klassifikasie- en kategoriser-ingskema wat van toepassing is op vloeidinamiese morphende-tegnologieë. Meeras tweehonderd navorsingsinskrywings word in die ontwerpgereedskapskas gefiltervolgens die ontwerpspesifikasies van die morphende-swaard, wat elf toepaslike na-vorsingsinskrywings oplewer. ’N Voorlopige strukturele ondersoek bied inligtingoor die oppervlak (vervorming van tot 50 %) en die struktuur en aktuator (lineêreen buigende aandrywers moet die piek kragte en buigmomente van onderskeidelik2000 N en 300 Nm oorkom). Na die voorlopige strukturele ondersoek is multista-biele saamgestelde aktuators en struktuuronderdele tesame met ’n gesegmenteerdesaamgestelde/elastomeer vel die finale konseptuele tegnologiese oplossings wat virdie morphende-swaard voorgestel woord.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie tesis bied ’n morphende tegnologie ontwerpgereedskapkis en ’n konseptueleontwerp van ’n morphende-swaard aan. Die morphende-swaard verbeter die werkver-rigting van ’n 505 klas seilboot deur die wind-op seilruimte,λ= 0◦, te elimineeren VMG 9,5 % te verhoog. Vanuit spesifikasies uit die vloeidinamiese onder-soek moet die morphende-swaard konsep vorm verander van ’n NACA 0010 na ’nNACA 4410 profiel toe. Die verandering lewer ’nCl0van 0.4719 op teenAoA= 0◦.Die ontwerpgereedskapskis bestaan uit ’n leksikon-, klassifikasie- en kategoriser-ingskema wat van toepassing is op vloeidinamiese morphende-tegnologieë. Meeras tweehonderd navorsingsinskrywings word in die ontwerpgereedskapskas gefiltervolgens die ontwerpspesifikasies van die morphende-swaard, wat elf toepaslike na-vorsingsinskrywings oplewer. ’N Voorlopige strukturele ondersoek bied inligtingoor die oppervlak (vervorming van tot 50 %) en die struktuur en aktuator (lineêreen buigende aandrywers moet die piek kragte en buigmomente van onderskeidelik2000 N en 300 Nm oorkom). Na die voorlopige strukturele ondersoek is multista-biele saamgestelde aktuators en struktuuronderdele tesame met ’n gesegmenteerdesaamgestelde/elastomeer vel die finale konseptuele tegnologiese oplossings wat virdie morphende-swaard voorgestel woord.
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2021.
Keywords
Morphing, Toolboxes, Hydrofoils -- Design, Sailing, UCTD