Çeşitli kanat ucu modelleri için sürükleme  
kuvvetinin azaltılmasının hesaplamalı akışkanlar 
dinamiği yöntemleri ile incelenmesi
Study on reducing the drag force for various wing tip models by using computational fluid dynamics methods
Yazar: ERKAN YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. ERGÜVEN VATANDAŞ ; YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM KOÇ
Hava Harp Okulu Komutanlığı / Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü / Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
Günümüzde artan yakıt maliyetleri, artan nüfusla birlikte enerji tüketiminin artması ve enerji kaynaklarının giderek azalması nedeniyle bilim adamları mevcut olan kaynakları etkili bir şekilde kullanmanın ve enerji tasarrufu yapmanın yollarını araştırmaya başlamışlardır. Birçok alanda olduğu gibi Havacılık ve Uzay Endüstrisinde de bu araştırmalara özellikle son dönemlerde ağırlık verilmeye başlanmıştır. Daha az yakıt kullanıp uzun mesafeler kat etmek havacılıktaki ana hedeflerden birisi olmuştur. Bu hedeflerin gerçekleştirilebilmesi için  gelişen teknoloji ile birlikte  aerodinamik yapı üzerinde yapılan iyileştirmelere,  kompozit malzemelerin kullanılmalarına ve aerodinamik yapının verimliliği için yapılan araştırmalara ağırlık verilmiştir. 
Birçok uçağın tasarımı birbirine benzemekte olup, perfermonsa ve operasyona dayalı gereksinimler karşılandıktan sonra uçaktaki ana bileşenlerin konfigürasyonları sabitlenmiştir. Sadece ufak değişiklikler yapılmasına izin verilmiştir. Sonradan performansı artırmaya yönelik olarak yapılan modifikasyonlar daha çok kanatlara ve gövdeye yapılan aerodinamik iyilieştirmeler ya da eklentiler şeklinde olmuştur. 
Uçaklardaki yakıt tüketimi  uçağın maruz kaldığı sürükleme kuvveti ile orantılıdır. Sürükleme kuvveti akışkan hava içerisinde hareket eden uçağa havanın uyguladığı direnç olarak ifade edilir. Bu sürükleme kuvveti; parazit ve indüklenmiş sürüklemeden oluşmaktadır. İndüklenmiş sürükleme taşımanın sonucu ortaya çıkan kanat alt yüzeyindeki yüksek basınçlı hava akımının kanat uçlarında kanat üst bölgesindeki alçak basınca doğru dairesel yörüngeyle kaçışları sonucu oluşmaktadır. Bu oluşumlara kanat ucu girdabı yada vorteks adı verilmektedir. 
Kanat ucu girdaplarını önleme metodu ise vorteks'in  oluştuğu kanat uçlarına bunu önleyecek bazı parçalar koymaktır. Bu parçalar bazı uçaklarda yakıt deposu olarak, bazılarında füze olarak ve büyük bir çoğunluğunda da değişik formlara sahip plakalar şeklinde karşımıza çıkarlar. Günümüzde kanat uçlarında oluşan bu kanat ucu girdaplarını engelleyebilmek için winglet adı verilen kıvrık kanat yapılar kullanılmaktadır.
Bu çalışmada mevcut İHA kanadı için en uygun winglet geometrisi HAD yöntemleri ile analiz yapılarak araştırılacaktır. Bu amaçla kendi tasarladığımız farklı geometrilere sahip wingletler üzerinde analizler  yapılacaktır. Klasik winglet tasarım paremetrelerinden farklı olarak sabit cant açısında tasarladığımız kare, üçgen, yuvarlak, ok açılı ve kuş kanadı wingletler üzerinde analizler yapılacaktır. Yalın kanada  winglet ilavesi ile sürükleme kuvvetinin azaltılması  amaçlanmıştır. Bu kapsamda hangi winglet geometrinin sürükleme kuvvetini daha fazla düşürdüğü araştırılacaktır. Bu analizleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yöntemleri (HAD) kullanarak, HAD analiz programı vasıtasıyla gerçekleştireceğiz. Öncelikle wingletler hakkında kısaca bilgi verilecek, ardından konunun daha iyi anlaşılması için aereodinamik kuvvetler hakkında temel bilgiler  verilecektir ve analiz programında yapılan işlem basamaklarından bahsedilecektir. Son olarak da yapılan  analiz sonuçlarının çıktıları alınarak oluşturulan geometriler arasında kıyaslamalar yapılacaktır.
Yapılan analizler sonucunda kuş kanadı (feather) geometrisine bağlı kalarak tasarladığımız wingletli kanadın sürükleme kuvvetinde daha fazla bir azalma olması beklenirken, sürükleme kuvvetinde en az azalmanın bu winglette meydana geldiği görülmüştür. Üçgen geometriye sahip wingletin sürükleme kuvvetinde %7,85 oranında bir azalma meydana getirirken kanat performansını da %7,05 oranında artırdığı hesaplanmıştır.

Abstract:
Recently due to increasing fuel costs, increasing energy consumption together with increasing population and decreasing energy resources scientists have started to search for ways to use existing sources effectively and save energy. Like in many areas in industry of  Aerospace especially recently these searches have the focus. Taking lomg distances with less energy consumption has become one of the main targets. In order to realize these targets together with devoloping technology in aircrafts; investigations have been focused on to the use of composite materials, improvements on aerodynamic structure and increasing efficiency of aerodynamic structure. 
Besides the design of many aircrafts resemble one another, after meeting the requirements based on performance and operation, main components of configurations of aircraft have been fixed. Only minor modifications in design are allowed. Further modifications to imrove performance are made more on wings and the body as aerodynamic modifications or add-ons.
Fuel consumption of aircrafts is  proportional to the drag force which the aircraft is directly subject to. Drag force is the resistance applied by air on the aircraft advancing in the air. Drag force consist of parasite drag and induced drag. Induced drag occurs when high pressure air flow on lower surface and low pressure on the upper surface of the wing rotate in a circular orbit towards wing tips. These formations are called as vortex.
 Since vortex will increase drag force, aircrafts will need more power it will increase fuel consumtion to meet this need. Higher fuel consumtion directly increases flight cost. More fuel means more flight means the civil air transport costs and flight costs to be at the forefront of this vortex is quite effective in terms of cost. Another negative effect is inversely proportional to the square of the speed of the wing tip induced drag created by the vortex. Accordingly, the departure of an aircraft and seen the most significant effect of eddies are when they fly with landing monument or high angles of attack.
Vortices size is the size of the air depends on the speed and configuration. Large eddies in more efficient aircraft they leave behind is a few km from the runway after landing or take-off from a runway and found 5-10 minutes to lose their impact. If this time is quite a long time for airports with heavy traffic. The hold of the aircraft about to be or will be lifted in the air and in the meantime, especially when considering the cost of fuel consumed by the indirect effects of the flight costs to swirl in the air is also very high. In addition to entering the domain of aircraft wing tip vortices should keep track is quite long distances in the air. Suddenly control surfaces of an aircraft enters the vortex domain becomes ineffective and aircraft faced a risk of genocide, such examples in the history of aviation accidents is available.Wing tip vortices at the wing tips is composed of air, and again shows the effect of the blade end. To reset this effect needs to be done is to produce a wing of infinite length; Even in such a case it can not be said. So what has to be done is to keep as far away from the body of the aircraft wing tips as possible. So wingspan ratio must be kept high. To increase the wingspan ratio of the distance between the wing tip (intermediate body except the distance) may be increased in circumstances where the technology permits, chord length (chord line) should be kept short. Such a solution will certainly gain if they will be referenced but on the other hand lost the ability to maneuver the aircraft. If kept in the aircraft's maneuverability forefront bet it is not referred to the solution. Today, long-range aircraft that are referenced in this solution is to cause more catheter from the current fuel providing fuel savings.
A solution method for the wing tip vortices at the wing tip is manufactured of elliptical form. The elliptical shape of the wing chord length is shortened toward the wing root end. This wing shape very similar to the shape of the wings of birds as a true parabolic tapered end. In particular showed outstanding achievements in the 2nd World War II British Spitfire aircraft wing aircraft had an elliptical shape. However, maintenance and manufacture of such blade structure not presently preferred because it is more complex and costly.
Especially when the wing tip section to correct any damage and it is difficult to secure a place at the same symmetry with that part of the renovation of the former, if necessary. Or if one side loses its function, while the new ones will be assembled with the other wing of the new wing must be symmetrical. If you can not get enough of symmetry efficiency is not achieved wings, it even aircraft's flight characteristics and performance may also be affected.
Winglets do not have any standard structure. In designing or later heard an aircraft winglets installed on the requirements for any aircraft winglet properties vary for each aircraft and depends on the aircraft models. A winglet size up, angled from the horizontal (cant angle), and with the vertical an angle (toe angle) is directly related to the aircraft's performance is critical. If any aircraft will be modified and will be installed winglets on the structural changes that will affect the following three points should be noted:
•	The static loads (loads resulting from the weight winglet)
•	Dynamic load of flight (induced forces that occur during flight winglet)
•	Vibration (vibration and impacts that occur during flight)
The winglet design is inspired by the shark fins. US first bringing curved wings based in Seattle, was founded by Aviation Partners Boeing engineers old people. (API) company. The first trial in partnership with Boeing is a result of studies conducted in the Boeing 737.
Outsourcing of manufactured curved wing structures consisting of a single-ended bits and folds his being inclined upwards, which reduces drag and increases thrust performance has been calculated to increase the range of a new generation of Winglet aircraft. Dr. Richard Whitcomb used several aircraft and has designed a Winglet aerodynamic efficiency can be increased up to 7%. This is clearly proven the benefits of winglet though materials and production technologies resulting inefficiencies result in high production and maintenance costs could be integrated into all aircraft due. However, especially after the rapid rise in operating costs and fuel prices in 2002, with winglets to over-care costs of production brought back on the agenda.
We will do this work in our analysis on Baykan Çaldıran UAV wing. The present wing winglet addition is intended to reduce the drag forces. To this end, work will be carried out with different geometry winglet design our own. Classic winglet design unlike we have designed in terms of constant curvature parametres square, triangle, round, swept wings and the bird will be done analysis on the winglet. The geometry of which will be investigated further reduce the drag forces. This analysis methods of computational fluid dynamics (CFD) using software will perform. Priorities will be given brief information about the winglet. Then the issue will be briefly about aereodinamik forces to be better understood. Then, the process steps will be briefly held in software. Finally, the CFD analysis will be done.
The analysis result of the winglet to the wing feather more drag force is expected to be a reduction in drag force at least reduction was observed to occur. The winglet of the drag force in the performance of triangular geometry wings carrying a 7.85% rate reduction has been calculated that an average increase of 7.05%.