Bachelor's Thesis

CFD analysis of a closed wing

Final Thesis 1.3 MB

Author of thesis: Matej Kmeť

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Edmund Havran

Reviewer: Ing. Štěpán Kaspar

Abstract:

This thesis analyses effectivity of a spiroid winglet applied to a sailplane for aerodynamic efficiency improvement. It compares aerodynamic efficiency of a basic wing without any wingtip device with aerodynamic efficiency of a wing with spiroid winglet using CFD simulation. After a brief introduction into induced drag and wingtip devices, the thesis describes the geometry of the analyzed spiroid winglet and simulation settings. The thesis also mentions the mesh dependency study and selection of the best simulation settings. The comparison showed that the aerodynamic efficiency of the wing with spiroid winglet is 2,81 % lower than one of the wing without a wingtip device. Finally, the thesis gives recommendations for future research, for example optimization of the shape of the spiroid winglet or considering the negative effect of added weight.

Keywords:

sailplane, CFD, closed wing, spiroid winglet, induced drag

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval svou bakalářskou práci, kdy student představil komisi motivaci, cíle práce, použitou metodiku a dosažené výsledky. Následně student odpověděl na 1 otázku oponenta následovně: 1. - odpověděl ke spokojenosti komise. V následné rozpravě k práce student zodpověděl tyto dotazy: Jak funguje indukovaný odpor? - odpověděl; Při jakém úhlu náběhu bylo CFD počítáno? - odpovězeno; Jak jsou vyjádřeny tlaky a jak vypadají okolo křídla? - odpovězeno; Jak funguje winglet? - odpovězeno; Jaký vliv bude mít winglet na konstrukci? - odpovězeno; Jakých výsledků dosáhl spiroidní winglet na jiných křídlech? - odpovězeno.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Aerospace Engineering

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

Ing. Robert Popela, Ph.D. (předseda)
Ing. Jan Navrátil, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lukáš Dubnický, Ph.D. (člen)
Ing. Jakub Mašek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Šplíchal, Ph.D. (člen)
Ing. František Löffelmann, Ph.D. (člen)
Ing. Rostislav Koštial, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Edmund Havran

Študent riešil bakalársku prácu zaoberajúcu sa výpočtom prúdenia okolo krídla vetroňa. Cieľom bolo navrhnúť a porovnať koniec krídla typu spiroid winglet a základného krídla bez koncových prvkov. Výpočet prúdenia pomocou CFD sa v rámci bakalárskeho štúdia nevyučuje a študent musel absolvovať rozsiahle samoštúdium či už aerodynamiky ako takej tak aj výpočetného softvéru. Zvládol to veľmi obdivuhodne.

V rešeršnej časti sú identifikované všetky podstatné informácie k úspešnému riešeniu práce. Metódy výpočtu boli určené správne. Výsledky sú správne analyzované a vizualizované. Možno vytknúť nepoužitie "iso-surface" namiesto Q-kritéria, ktoré sa viac hodí na výpočty pomocou LES metodológie. Ako vyplýva z kapitoly diskusia, študent správne pochopil javy prúdenia, vedel z nich vyvodiť závery a správne určil ďaľšie možné pokračovanie vývoja. 

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

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Štěpán Kaspar

Předložená bakalářská práce zkoumá vliv spiroidního wingletu na aerodynamickou efektivitu křídla kluzáku. Práce úspěšně splnila všechny stanovené cíle a požadavky zadání. Text je logicky uspořádaný a student v něm prokázal, že velmi dobře pracuje s odbornou literaturou. Grafická i stylistická úroveň práce je na dobré úrovni.

Při řešení problému student postupoval logicky a vhodně použil dostupné metody výpočtové dynamiky tekutín (CFD) v softwaru Ansys Fluent. Velmi kladně hodnotím jeho dobrý vlastní přínos v oblasti návrhu geometrie, který racionálně vycházel z dostupné literatury. Oceňuji poctivý přístup k tvorbě Poly-Hexcore sítě a realizaci studie citlivosti výsledků na její jemnost. Volba turbulentního modelu k-omega SST plně odpovídá charakteru úlohy.

Získaná data autor výborně interpretoval. Korektně zdůvodnil, proč zkoumaná konkrétní geometrie wingletu zhoršila aerodynamickou efektivitu o 2,81 %, přičemž správně identifikoval vliv nárůstu smáčené plochy a parazitického odporu. Prostorová vizualizace struktur vírů pomocí Q-kritéria je na vysoké úrovni. Dosažené výsledky jsou výborně aplikovatelné v praxi, jelikož práce studuje již používaný prvek a poskytuje inženýrům lepší pochopení jeho fyzikálního chování.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Ve své práci dospíváte k závěru, že navržený spiroidní winglet zhoršil aerodynamickou efektivitu křídla o 2,81 % , což v diskuzi přisuzujete mimo jiné nárůstu smáčené plochy a interferenčnímu odporu. Kdybyste měl nyní navrhnout ‚Verzi 2.0‘ tohoto wingletu pro následnou CFD analýzu, jaké konkrétní geometrické změny byste provedl a jaký fyzikální efekt byste od každé z nich očekával?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová