Yüksek hızlardaki hava akışının farklı kanat profillerine etkisi
Effect of high speed air flow on different airfoils
Yazar: YUSUF CAN AKAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN SELVER
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Dünyadaki enerji kaynaklarının bilinçsiz tüketilmesi, dünyanın dengesini hızla değiştirmektedir. Her gün artan enerji ihtiyacı ve buna bağlı enerji kaynaklarındaki azalma düşünüldüğünde, elimizdeki kaynakları çok verimli kullanmamız gerekir. Günümüzde en çok tüketilen enerji kaynağı petroldür. Petrolün hem üretimi zor hem de kullanıldığında çevreye zararlı gazlar salgıladığından dolayı mümkün oldukça az kullanılması gerekir. Uçaklar da uçuşları esnasında büyük yükler taşıdığından dolayı çok fazla miktarda yakıt tüketirler. Bu yakıt tüketimini azaltmak için birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmalardan en önemlisi uçak kanatlarında yapılan geliştirme çalışmalarıdır. Bu tez çalışmamızda yakıt tüketimini azaltmak için NACA-4415 kanat profilini inceleyip, bu kanat profilini daha iyi hale getirebilmek için revize edilmiş hali ile karşılaştırdık. Kanatlarda yapılan çalışmaların büyük bir çoğunluğu sonsuz uzunlukta kabul edilen iki boyutlu kanatlar üzerinde yapılmıştır. Bu çalışmada kullanılan kanatlar üç boyutlu olarak çizilip analizler ona göre yapılmıştır.

Kanat malzemesi için yoğunluğu düşük, mukavemet değeri yüksek alüminyum 7075-T6 malzeme kullanıldı. Kanat geometrisinin koordinatları internet üzerinden alınıp geometri oluşturuldu. Ardından oluşturulan NACA 4415 kanadına boşluklar oluşturularak NACA 4415-1 kanadı oluşturuldu. Her iki kanat, Ansys Fluent programının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile nümerik olarak çözdürüldü. Ardından kanatlar için statik analizler yapıldı. Kanatlarda oluşan sehim, kesme gerilmesi, çekme gerilmesi, basma gerilmesi, bileşke gerilme değerleri incelendi. Kanatlar on dört farklı hücum açısında test edildi. Sonuçlar incelendiğinde akış analizi ve statik analizin birçok değerinde önemli değişme olmazken kaldırma kuvvetleri ve itme kuvvetlerindeki değişiklik dikkat çekti. Kanat kütlesinin azalmasından dolayı uçakta gerekli motor kuvveti azaldı, Lâkin kaldırma kuvvetinde neredeyse hiçbir değişiklik olmadı. Bu sayede kaldırma kuvvetini değiştirmeden kanadın gerekli motor kuvveti azaltıldı. Kanattan çıkarılan hacim kanadın mukavemet değerlerinde azalmaya neden oldu. Oluşan boşluklar daha yüksek sehim ve gerilimine neden oldu.

Abstract:
The unconscious consumption of the world's energy resources is rapidly changing the balance of the world. Considering the ever-increasing energy demand and the resulting decrease in energy resources, we need to use the resources we have very efficiently. Today, the most consumed energy source is oil. Since oil is both difficult to produce and releases harmful gases to the environment when used, it should be used as little as possible. Because airplanes carry large loads during their flights, they consume a lot of fuel. Many studies are carried out to reduce this fuel consumption. The most important of these studies is the development studies on aircraft wings. In this thesis, we examined the NACA-4415 airfoil to reduce fuel consumption and compared this airfoil with its revised version to make it better. Most of the studies on wings have been done on two-dimensional wings, which are considered infinitely long. The wings used in this study were drawn in three dimensions and analyzed accordingly.

Aluminum 7075-T6 material with low density and high strength value was used for the wing material. The coordinates of the airfoil were taken over the internet and the geometry was created. Then the NACA 4415-1 wing was created by creating gaps in the NACA 4415 wing. Both airfoils were solved numerically with the Computational Fluid Dynamics of the Ansys Fluent program. The deflection, shear stress, tensile stress, compressive stress and resultant stress values of the wings were examined. Then, static analyzes were performed for the wings. The wings were tested at fourteen different angles of attack. When the results were examined, there was no significant change in many values of flow analysis and static analysis, while lifting forces and thrust forces drew attention. Due to the decrease in the wing mass, the required engine power in the aircraft decreased, but the lift force remained almost unchanged. In this way, the required engine force of the wing was reduced without changing the lift force. The volume removed from the wing caused a decrease in the strength values of the wing. The resulting gaps caused higher deflection and tension.