Master's Thesis

Design and experimental verification of a flutter demonstrator in a wind tunnel

Final Thesis 5.06 MB Appendix 2.56 MB

Author of thesis: Bc. Samuel Gomola

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Navrátil, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Šplíchal, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis deals with the design and experimental verification of a flutter demonstrator intended for the wind tunnel of the Institute of Aerospace Engineering, FME BUT in Brno. The work opens with a review of flutter phenomena and existing demonstrators, on the basis of which three design variants are proposed and the most suitable one was selected by the following evaluation. For the chosen variant, a detailed construction is developed using 3D printing and commercially available modular structural profiles and parts, complemented by a load/failure analysis of the critical sections. Numerical analyses, namely modal analysis and P-k flutter analysis, are then carried out in MSC Patran/Nastran, preceded by experimental determination of the spring coeficient of the elastic elements. The final part covers vibration measurement of the dynamic properties of the physical model and wind tunnel testing itself, whose results are compared with the numerical prediction.

Keywords:

flutter, demonstrator, 3D printing, P-k analysis, modal analysis, design, measurement, vibratory measurement, flutter critical velocity, frequency, wind tunnel

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student prezentoval svoji závěrečnou práci ve které řešil návrh a experimentální ověření demonstrátoru flutteru v aerodynamickém tunelu. V následné rozpravě student popisoval vlivy zjednodušení MKP modelu na přesnost výsledků a citlivost jednotlivých parametrů na jejich nepřesnou definici. Následná obecná rozprava se týkala výrobní dokumentace, vlivu proudění v aerodynamickém tunelu na zkoumanou problematiku, způsobu modelování jednotlivých prvků modelu a provedených měření. Student otázky položené komisí zodpověděl.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Aerospace Technology (N-LKT-P)

Specialization

Aircraft Design (STL)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D. (předseda)
Ing. Milan Dvořák, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc. (člen)
Ing. Miroslav Šplíchal, Ph.D. (člen)
Ing. David Jágr (člen)
Ing. Josef Bajer (člen)
doc. Ing. Jan Zouhar, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Navrátil, Ph.D.

Diplomová práce studenta Bc. Samuela Gomoly se zabývá návrhem a numerickým i experimentálním ověřením demonstrátoru flutteru pro výukové a výzkumné účely. Téma práce zahrnuje řešení komplexního inženýrského problému vyžadujícího propojení poznatků z oblasti aeroelasticity, konstruování a dynamiky konstrukcí.

Po odborné stránce je práce zpracována na velmi dobré úrovni. Student prokázal schopnost samostatně navrhnout, vyrobit a sestavit funkční technický celek. Současně dokázal aplikovat poznatky získané během studia, zejména z oblasti aeroelasticity a modelování v prostředí MKP. Za významný přínos práce považuji experimentální ověření demonstrátoru prostřednictvím experimentální modální analýzy a zejména jeho úspěšné testování v aerodynamickém tunelu.

Plné shody mezi numerickými a experimentálními výsledky nebylo dosaženo, což je vzhledem ke komplexnosti řešené problematiky do určité míry očekávatelné. Student však provedl kritickou analýzu možných příčin těchto rozdílů a navrhl konkrétní opatření pro další zpřesnění demonstrátoru. Vzhledem k rozsahu provedených prací a dosaženým výsledkům považuji všechny cíle práce za splněné.

 

Student pracoval vesměs samostatně, zejména při návrhu a realizaci demonstrátoru. Konzultace využíval pravidelně, především při řešení problémů souvisejících se sestavením numerického modelu v prostředí MSC Patran/Nastran.

Práce je logicky uspořádána a její grafická úroveň je velmi dobrá. Práce je zpracována ve slovenském jazyce, proto se nevyjadřuji k detailům jazykové a gramatické správnosti textu.

Diplomová práce splňuje zadání ve všech bodech a svým rozsahem i kvalitou zpracování odpovídá požadavkům kladeným na diplomovou práci.

Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm A – výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Šplíchal, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá návrhem a experimentálním ověřením demonstrátoru flutteru, přičemž jejím hlavním cílem je porovnání numerické predikce s experimentálními výsledky. Autor navrhl několik variant konstrukčního řešení demonstrátoru, které byly hodnoceny na základě zvolených kritérií. Tyto varianty však ve skutečnosti představují spíše dílčí konstrukční obměny jednoho základního konceptu než skutečně odlišná řešení.  Hodnocení variant postrádá hlubší oporu, zejména z hlediska vlivu jednotlivých variant na dynamické vlastnosti systému a jejich promítnutí do následného MKP modelu.
Použitý MKP model je zjednodušený, založený na drátovém modelu s koncentrovanými hmotami a idealizovanými pružnými prvky, což se projevuje především v rozdílech absolutních hodnot vlastních frekvencí a kritické rychlosti flutteru. Shoda mezi výpočtem a měřením je proto spíše kvalitativní než kvantitativní – numerický model správně zachycuje trendy a závislosti na poloze těžiště a tuhosti, avšak přesnost predikce zůstává omezená. Autor sice do modelu zahrnul experimentálně stanovené tuhosti pružných elementů, vliv nelinearit, parazitního tlumení a výrobních tolerancí je však do modelu zahrnut pouze nepřímo a zůstává převážně na úrovni slovní diskuse. Určité rozpaky rovněž vyvolává způsob procentuálního porovnání výsledků, zejména interpretace „procent shody“ a značení pomocí symbolu Δ, které může působit zavádějícím dojmem.
Diskuse rozdílů mezi výpočtem a měřením je věcná, avšak místy by si zasloužila hlubší kvantifikaci odchylek a citlivostní analýzu vlivu jednotlivých parametrů. Přes uvedené výhrady práce splňuje zadání a demonstruje základní funkčnost navrženého přístupu.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jaký vliv mají Vámi použitá zjednodušení modelu na přesnost výsledků?
  2. Který z parametrů modelu považujete za nejcitlivější na změny a jak by jeho nepřesné určení ovlivnilo výsledky Vaší analýzy?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová