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Uncertainty analysis of test data at the NRC 1.5 meter trisonic wind tunnel

Fakhraei, Samin (2016). Uncertainty analysis of test data at the NRC 1.5 meter trisonic wind tunnel. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

An uncertainty analysis algorithm has been developed at the National Research Council of Canada (NRC) 1.5 meter trisonic wind tunnel in Ottawa, Ontario, in order to assess the data quality in the half-model experiments carried out by Bombardier Aerospace. The analysis follows the methodology recommended by the AIAA Standard S-071A-1999 to propagate the systematic and random errors in the measured variables through the complete data reduction routine, in order to calculate the overall uncertainties of the tunnel freestream parameters and the key aerodynamic force and moment coefficients in the form of a 95-percent confidence interval. Detailed breakdowns of the total uncertainties have been obtained to separately investigate the systematic and random components, and to identify the variables that have the largest contribution to the uncertainties. With the implementation of the developed algorithm, the uncertainties of the results are precisely quantified at every measurement point throughout an experiment. Hence, the analysis can be performed over a range of test conditions, aircraft model configurations, and angles of attack. The data of the most recent Bombardier experiments have been used to present the outcomes. The analyses reveal that the freestream properties are achieved with high accuracy at the NRC Wind tunnel, as the uncertainties in the freestream Mach number and dynamic pressure are respectively limited to 0.4% and 0.7% of the desired nominal values. The uncertainties in the coefficients of lift and drag vary over the pitch sweep during a test due to the functional dependence on the normal and axial force, as well as the angle of attack. The magnitudes and the component breakdowns of the uncertainties in these coefficients also vary with the tunnel operating condition and from one test article to another. Nevertheless, the force and pressure measurements consistently appear to be the dominant contributors. Hence, any attempts to improve the data quality should focus on the half-model balance and the pressure measurement instruments to reduce their uncertainty. The analysis results have been validated through an alternative error propagation methodology, and also by comparing the calculated random uncertainties to the observed variability in the result parameters. However, the algorithm can benefit from more comprehensive estimates of the bias and precision errors in the measurements of the force balance.

Titre traduit

Analyse d'incertitude des données à la soufflerie trisonique de 1,5 m du CNRC

Résumé traduit

Un algorithme d’analyse d’incertitudes a été développé à la soufflerie trisonique de 1,5 m du Conseil National de Recherches du Canada (CNRC) à Ottawa, en Ontario. L’objectif était d’évaluer la qualité des données obtenues au cours des essais sur demi-maquette effectués par Bombardier Aerospace. L’analyse a été réalisée selon la méthodologie recommandée par le standard AIAA S-071A-1999 afin de propager des erreurs systématiques et aléatoires dans les variables mesurées à travers toute la procédure de réduction des données. Les incertitudes globales sur les paramètres de l’écoulement libre de la soufflerie et de la force aérodynamique fondamentale ainsi que les coefficients de moment ont ainsi été calculés sous la forme d’intervalles de confiance à 95%. Les incertitudes totales ont été décomposées pour examiner distinctement les composantes systématiques et aléatoires et pour identifier les variables qui contribuent le plus largement aux incertitudes. L’implémentation de l’algorithme ainsi développé a permis de quantifier précisément les incertitudes sur les résultats, à chaque point de mesure au cours des essais. Par conséquent, l’analyse peut être menée avec un large panel de conditions d’étude, de configurations du modèle d’avion et d’angles d’attaque. Les données des expériences les plus récentes de Bombardier ont été utilisées pour présenter les résultats. Les analyses révèlent que les propriétés de l’écoulement libre sont atteintes avec une grande précision dans la soufflerie du CNRC. En effet, les incertitudes sur le nombre de Mach et la pression dynamique de l’écoulement libre sont respectivement de 0.4% et 0.7% des valeurs nominales escomptées. Les incertitudes sur les coefficients de portance et de trainée varient avec l’angle d’inclinaison au cours des tests, du fait de la dépendance aux forces normale et axiale, ainsi qu’à l’angle d’attaque. L’amplitude et la décomposition des incertitudes sur ces coefficients varient également avec les conditions de fonctionnement de la soufflerie et d’un test à l’autre. Cependant, les mesures de force et de pression sont systématiquement les contributeurs dominants dans l’incertitude globale. Ainsi, tous les efforts d’amélioration de la qualité des données devraient être concentrés sur la balance de la demi- maquette et les instruments de mesure de pression, afin de réduire leurs incertitudes. Les résultats des analyses ont été validés grâce à une méthode alternative de propagation des erreurs ainsi que par la comparaison des incertitudes aléatoires calculées avec la variabilité observée des paramètres de sortie. Cela étant, des estimations plus détaillées des biais et des erreurs de précision dans les mesures de la balance dynamométrique pourraient être bénéfiques à l’algorithme.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Bibliographie : pages 77-79.
Mots-clés libres: Incertitude Modèles mathématiques. Souffleries aérodynamiques. donnée, erreur, propagation, qualité, trisonique, analyse d’incertitudes
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Weiss, Julien
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 30 sept. 2016 19:32
Dernière modification: 10 déc. 2016 17:14
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1731

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