Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Bölüm: Fen Bilimleri Enstitüsü
ÇALIŞMA ALANLARI
YÜKSEK LİSANS VE DOKTORA ÖĞRENCİLERİ
EMRE ŞAHİN (2013)
Uçakların girdap kafes yöntemiyle aerodinamik analizi
Türkiyenin Savunma Sanayisinde son yıllarda görülen önemli gelişmeler, 2023 hedefleri doğrultusunda Havacılık Sanayisine de yansımıştır. Bu çerçevede IHA, Başlangıç Eğitim Uçağı Hürkuş ve geleceğin yerli savaş ve eğitim uçağına ilişkin TX/FX projesi gibi çalışmalar gündeme oturmuştur. Bu gibi uçak geliştirme çalışmalarının kavramsal ve başlangıç tasarım aşamalarında basit ama hızlı aerodinamik araçlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Aerodinamik analiz çalışmalarında, günümüzde her ne kadar çok kabiliyetli CFD yöntemleri uygulamak mümkün gibi gözükse de bu gibi yöntemlerin karmaşık uçak geometrileri etrafındaki akımlar için uygulanmasında çözüm süreleri günler hatta aylara kadar çıkarak çok büyük kullanım zorluğu içermektedir. Ayrıca bu gibi hesaplamalar için çok büyük bilgisayar hızları ve hafızaları gerekmekte olup süper bilgisayarlara ihtiyaç duyulmaktadır. Kavramsal ve başlangıç tasarım aşamaları boyunca optimizasyon amacıyla uçak geometrisinin sıklıkla değişeceği de hesaba katılırsa CFD çalışmalarının maliyetinin ne kadar büyük olacağı ortaya çıkar. Bu nedenlerle uçak kavramsal ve başlangıç tasarımı aşamaları için olabildiğince basit, yaklaşık, ama hızlı aerodinamik analiz araçlarının kullanılması tercih edilir. CFD çalışmaları ise daha ziyade ayrıntılı tasarım ve geliştirme aşamalarında tercih edilir. Uçak ve benzeri hava araçlarının kavramsal ve başlangıç tasarım çalışmalarındaki aerodinamik analiz ihtiyacına yönelik basit yöntemler arasında en ön sırayı panel yöntemleri almaktadır. Bu tip yöntemlerden önemli birisi de Girdap Kafes Yöntemi olup geçmiş yıllarda çok kullanılan bu yöntem günümüzde de halen kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında uçak ve benzeri vasıtalar gibi çok sayıda taşıyıcı elemana (kanat, kuyruk, winglet vb) sahip taiyıcı yüzey sistemlerine ses altı hızlarda ve akım ayrılması görülmeyen hücum açılarında etkiyen aerodinamik kuvvetleri hesaplayabilecek bir yazılım geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yazılımın trapez üst görünümlü, ok açılı, dihedral açılı çok sayıda taşıyıcı yüzeyi modellemesi hedeflenmiştir. Girdap Kafes Yönteminde her bir taşıyıcı yüzey açıklık ve veter doğrultusunda küçük panellere bölünerek her bir panel üzerine birer atnalı girdabı yerleştirilmektedir. Atnalı girdabının ön kolu panelin aerodinamik taşımasını modelleyen ve genellikle ?bağlı girdap? olarak adlandırılan taşıyıcı bir girdap olup panelin çeyrek-veter çizgisi üzerinde yer almaktadır. Atnalı girdabının yan kolları firar kenarına kadar kanat simetri düzlemine paralel olarak yüzeyi izleyip firar kenarından itibaren serbest akım doğrultusunda sonsuza uzanmaktadır. Atnalı girdaplarının şiddetleri her bir panelin üç-çeyrek veter çizgisinin ortasında yer alan bir kontrol noktasında yüzeye dik akım hızının olmayacağı şeklindeki yüzey sınır koşulu uygulanarak elde edilen bir lineer denklem takımı çözülerek elde edilmektedir. Her bir panele etkiyen aerodinamik kuvvet bu panelin bağlı girdap orta noktasında bileşke akım hızları hesaplanıp Joukowsky taşıma kanunu uygulanarak elde edilmektedir. Sistemdeki tüm panellere etkiyen kuvvetler toplanarak her bir taşıyıcı yüzeye ve sistemin tamamına etkiyen taşıma ve indüklenmiş sürükleme kuvvetleriyle bunlara ilişkin aerodinamik katsayılar elde edilmektedir. Yöntem MatLab için programlanmış olup, formülasyonun ve programın doğruluğu çeşitli örnek çalışmalarla test edilmiştir. Tek kanat ve çift kanat üzerinde yapılan test çalışmaları simetrik kesitli kanatlarda taşıma katsayısı için yeterince doğru sonuçlar elde edebilmek için açıklık doğrultusunda en az 20 civarında panel alınması gerektiğini, veter doğrultusundaki panel sayısının taşıma için önemli olmadığını göstermiştir. Bu panel sayıları indüklenmiş sürükleme içinde uygun gözükmektedir. Ancak kambur kesitli kanatlar için veter boyunca panel sayısının önemli olduğu ve en az 10 civarında panel alınması gerektiğini ortaya koymuştur. Ayrıca VLM yöntemi sonuçları tek kanat halinde PLL yöntemi sonuçlarıyla karşılaştırılmış olup büyük açıklık oranlarında sonuçların yakın olduğu, açıklık oranı azaldıkça arada farklıkların ortaya çıktığı görülmüştür.
EMRE ŞAHİN (2013)
Pervane aerodinamiği için girdap kafes uygulamaları
Bir hava aracı tasarımı yapılırken ortaya çıkan geometriden doğabilecek aerodinamik yüklerin bilinmesi gerekir. Bu yükler deneysel çalışmalar ve teorik çalışmalar olmak üzere iki yolla elde edilir. Deneysel çalışmalar hem maliyet hem de zaman açısından dezavantajlı olduğu için sayısal çözüm tekniklerinin geliştirilmesi oldukça faydalıdır. Bu çalışmada pervane analizi üzerine bir inceleme yapılmıştır. Kullanılan yöntemin analojisi girdap kafes yöntemlerine dayanan non-lineer nümerik taşıyıcı çizgi yöntemidir. Literatürde taşıyıcı çizgi yöntemlerinin dihedral açılı ve ok açılı taşıyıcı elemanlar için hatalı sonuçlar vermesine rağmen girdap kafes yöntemleriyle ok açılı ve dihedral açılı her türlü taşıyıcı elemanın ve eleman kombinasyonlarının analiz edilebileceği belirtilmektedir. Ancak girdap kafes yöntemleri taşıyıcı elemanı kamburluk eğrisinden ibaretmiş gibi varsaydığından viskoz etkileri hesaba katamamaktadır. Bu nedenle kesit profil bilgisini kullanarak kamburluk ve viskoz etkileri hesaba katabilen non-lineer nümerik taşıyıcı çizgi teorisi taşıyıcı çizgi teorilerinin ve girdap kafes yöntemlerinin ara kesiti durumundadır. Çalışmada non-lineer nümerik taşıyıcı çizgi yöntemini kullanarak pervane analizi yapabilen bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Programın doğrulama çalışmaları kanat üzerinde yapılarak tatminkâr sonuçlar elde edilmiştir. Pervane üzerindeki uygulamalar için literatürden geometrisi ve performans değerleri bilinen test pervaneleri seçilmiştir. Bu pervane geometrileri Adkins (1994), Larrabee (1979) ve Bauer (1997)?nin çalışmalarından alınmıştır. Programın tasarım dışı noktalardaki başarısını hesaplamak için Yaggy (1960) tarafından çeşitli oturma açılarında geometrisi verilmiş bir pervane modeli kullanılmıştır. Bu pervane NACA 0009 kesitinden imal edilmiştir. Klasik teoride ihtiyaç duyulan kesit karakteristikleri çeşitli Reynolds sayısı ve hücum açısı aralıklarında Abbott (1945) ve Sheldahl (1981)?den alınmıştır.