Genlik modülasyonlu dalgalı geometriye sahip uçak kanadının aerodinamik performansının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the aerodynamic performance of a tubercle airfoil with amplitude modulation
Yazar: MEHMET SEYHAN
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA SARIOĞLU ; PROF. DR. YAHYA ERKAN AKANSU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aerodinamik = Aerodynamics ; Balinalar = Whales ; Sürükleme katsayısı = Drag coefficient ; Taşıma katsayısı = Transport coefficient ; Uçak kanatları = Aircraft wings

Özet:
Bu çalışmada düşük Reynolds sayılarında simetrik kanat modellerinin hücum kenarında daha gerçekçi bir yaklaşımla modellenen kambur balina yüzgeç geometrisinin kanat aerodinamiği üzerine etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu hücum kenarı dalga geometrisinin etkisini anlamak için rüzgâr tüneli içerisinde ayrıntılı kuvvet ölçümünün yanısıra basınç ölçümü, duman tel, iplikçik ve yüzey yağ akış görüntüleme üzerine deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Deneyler, hücum kenarı dalgalı NACA 0015 için 30 ve NACA 0020 için 5 farklı kanat modeli üretilerek 50000 ile 120000 arasında değişen Reynolds sayılarında (Re) gerçekleştirilmiştir. Akış görüntüleme sonuçlarına göre dalgalı kanat modelinin düz kanatta oluşan iki boyutlu laminer ayrılma kabarcığı oluşumunu bozarak birbirine ters dönen girdap çiftleri, dalgalı firar kenarı ayrılması, periyodik ve periyodik olmayan gibi kendine özgü akış yapıları elde edilmiştir. Ayrıca artan Re sayısı ile dalgalı kanat modellerinin maksimum taşıma katsayılarında azalma görülmesine rağmen dalgalı kanat modellerinin maksimum taşıma katsayıları stol sonrası açılarda düz kanat modelinden daha yüksektir. NACA 0015 ve 0020 kesitine sahip hücum kenarı dalgalı kanat modelleri arasından, a1 = 0.025c, a2 = 0.0125c, 1 = 0.5c ve 2 = 0.125c parametrelere sahip dalgalı
W15 modeli özellikle stol sonrası açılarda en yüksek aerodinamik performansa sahip model olarak belirlenmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to investigate the effects of humpback whale fin geometry, which is modeled with a more realistic approach on the leading-edge of symmetrical airfoil models at low Reynolds numbers (Re), on airfoil aerodynamic characteristics. To understand the effect of this leading-edge tubercle, an experimental study was performed via pressure measurement, smoke wire, tuft and surface oil flow visualizations as well as detailed force measurement at a wind tunnel. Experiments were conducted in the range of 5×104 - 1.2×105 of Reynolds number by producing 30 for NACA 0015 and 5 for NACA
0020 different models with leading-edge tubercles. According to the flow visualization results, unique flow structures like counter-rotating vortex pairs, wavy trailing edge separation, periodic and aperiodic flow patterns were obtained by disrupting the laminar separation bubble formation in the straight airfoil with the help of the tubercle airfoil. Although the maximum CL of the wavy airfoil models decreased with increasing Re, the maximum CL of the wavy airfoil models were higher than the straight airfoil models at poststall regions. Among the NACA 0015 and 0020 with leading-edge tubercle airfoil models, W15 model, having the parameters a1=0.025c, a2=0.0125c, 1=0.5c and 2=0.125c, was determined as the highest aerodynamic performance model especially after stall angles.