Piper J3 model uçağının aerodinamik katsayılarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi ile bulunması
Aerodynamic coefficients and derivatives estimation of Piper J3 model aircraft by computational fluid dynamics (CFD)
Yazar: FEVZİ TOPÇU
Danışman: PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Aerodinamik = Aerodynamics ; Uçak tasarım yöntemi = Aircraft design method

Özet:
Piper J3 sahip olduğu basit tasarım özellikleri, kolay temin edilebilmesi ve düşük üretim maliyeti sayesinde yıllardır uçuş eğitimlerinde yaygın bir şekilde kullanılan, hafif hava aracı olma özelliğini taşımaktadır. Bunun yanı sıra Piper J3 model uçağının değişik ölçeklerde üretilen modelleri de akademik çalışmalarda test uçağı olarak oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.Hava araçlarında kullanılan otomatik kontrol sistemi araçların uçuş süresi boyunca istenilen görevleri yerine getirmesi ve uçuş güvenliğinin sağlanması için tasarlanmış elektronik ve yazılımsal sistemlerdir. Bu sistemleri tasarlayabilmek için öncelikle uçağın hareketlerini temsil eden matematiksel denklemlerin elde edilmesi gerekmektedir. Bu matematiksel denklemlerden elde edilen türevler ve katsayılar hava aracının tasarımına özgü aerodinamik katsayıları temsil etmektedir.Bu tez çalışmasında bir insansız hava aracının kontrol ve aviyonik sistemlerinin test edilmesi için hazırlanan 1/3 ölçekli Piper J3 model uçağının HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yöntemi ile aerodinamik katsayılarının çıkarılması amaçlanmıştır.Bu amaç doğrultusunda öncelikle 1/3 ölçekli Piper J3 model uçağının geometrik boyutları alınarak bilgisayar ortamında sayısal BDT (Bilgisayar Destekli Tasarım) modeli oluşturulmuştur. Bilgisayar modelinin oluşturulması sırasında literatür araştırmalarından elde edilen kanat profili kullanılarak kanat yapısı elde edilmiştir. Ayrıca aslına sadık kalınarak uçağın gövde ve kuyruk yapıları da modellenmişidir. Katı model oluşturma işleminden sonra HAD analizi için modelin sayısallaştırma işlemi yapılmıştır. Bu işlem için ticari bir HAD yazılımı olan Fluent yazılım paketinden yararlanılmıştır.Fluent HAD çözümlerinde kullanılacak yöntemin ve türbülans modelinin doğru bir şekilde seçilebilmesi için NACA raporları kullanılarak bir doğrulama çalışması yapılmıştır. Bu çalışma neticesinde belirlenen türbülans modeli ve çözüm yöntemi kullanılarak HAD çözümleri tamamlanmıştır. HAD çözümleri neticesinde elde edilen sonuçlar kullanılarak aerodinamik katsayılar çıkarılmıştır.

Abstract:
Having simple design, low manufacturing cost and availability make Piper J3 is commonly using light air vehicle. Moreover, with the different size of the model version of Piper J3 is using very common for academic purpose such as wind tunnel test, flight test and numerical studies.Automatic control systems in air vehicles are electronic and software systems that ensure the flight control and security. Designing these systems requires to mathematical equations, which simulate the actions of the air vehicle. These equations represent the aerodynamic parameters of the designed air vehicle.In this paper, we aimed to get aerodynamic parameters and stability derivatives of an unmanned air vehicle that designed for testing avionic systems with computational fluid dynamics methods.For this purpose firstly we crate CAD model of 1/3 scaled Piper J3 aircraft. The wind profile is used USA-35B. In addition, we designed the body and tail with using the main model. After creating solid model, we prepared the computational model for computational fluid dynamics analysis. We used a commertial code called FLUENT for this purpose.Determining the computational fluid dynamic methods such as turvulence model and solution steps in FLUENT, a validation test case vas made by using NACA reports. After this validation, we find the optimum turbulence model and solving methods. Finally, we get the aerdynamic coefficients and stability derivatives of Piper J3 with using CFD results.