Hava araçları için bump tipi süpersonik hava alığı tasarımı
Bump type supersonic intake design for air vehicles
Yazar: OĞUZHAN ÇABUK
Danışman: DOÇ. DR. NUREDDİN DİNLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
Hava solumalı jet motorlu ses üstü hava araçlarında,  hızı ses altı hızlara düşürmek için farklı hava alığı tipleri kullanılmaktadır. Günümüzde yeni nesil savaş uçaklarının hava alığı tasarımında özellikle ağırlık, karmaşıklık ve radar görünürlüğü gibi konularda üstün yönleri nedeniyle literatürde "bump" veya "diverterless" olarak bilinen hava alığı tipi öne çıkmaya başlamıştır. Bu nedenle tez çalışması kapsamında bump tipi hava alığı tasarımı ve performansı üzerine çalışma yapılmıştır. Tez çalışmasında öncelikle bump tipi hava alığı tasarımı için konik şok sayısal çözümü gerçekleştirilmiş ve yüzey tasarım metodu tanımlanarak, bilgisayar destekli tasarım ortamında otomatik çizecek bir kod yapısı oluşturulmuştur. Yüzey performansının çıkarılması için hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri kullanılmıştır. Bu kapsamda OpenFOAM-HISA çözücüsü kullanılarak bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği metodu tanımlanmış ve bu metot için doğrulama çalışmaları ile çözüm ağından bağımsızlık çalışmalar yapılmıştır. Doğrulanan çözüm metodu kullanılarak 8 farklı bump yüzeyi ile bu yüzeylerin tasarımlarında kullanılan 2 farklı koninin tasarım hızlarındaki performanslarının tespiti için hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda bump yüzeyinin ses üstü tasarım hızındaki şok yapısı ve şok sonrası akış özellikleri, konik şok ve konik şok sonrası akış özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Bump yüzeyinin geometrik olarak konik şok yapısında bir şok oluşturduğu ve bump sıkıştırma yüzeyin sonundaki akış özelliklerinin de konik şok sonrası akış özelliklerine yakın mertebede olduğu görülmüştür. Ayrıca bump yüzeyi üzerinde simetri ekseninden yüzey açıklığı boyunca basınç değerinin düştüğü ve bu nedenle yüzeyin üstündeki düşük enerjili sınır tabaka akışının yüzey kenarlarına yönlendirildiği tespit edilmiştir. Bump tasarım parametrelerinden radyal açı değeri ve koni yarı tepe açısının artmasıyla beraber sınır tabaka yönlendirme kabiliyetinin de arttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Different intake types are used in air-breathing jet powered supersonic aircraft to reduce the speed to subsonic speeds. In the design of intake for modern generation fighter, the type of intake known as "bump" or "diverterless" has gained prominence in the literature due to its superior characteristics in terms of weight, complexity, and radar visibility. In this thesis, the design and performance of bump type intake were investigated. First of all, numerical solution of conical shock for the bump type air intake design was realized and a code structure was created that will automatically create in the computer aided design environment by defining the surface design method. Bump surface performance was determined using computational fluid dynamics analyses. In this context, validation studies for computational fluid dynamics method using OpenFOAM-HISA solver and mesh independency studies were carried out. Computational fluid dynamics analyzes were performed to determine the performance of 8 different bump surfaces and 2 different cones used in the design of bump surfaces at design Mach number. As a result of the thesis, the shock structure and shock flow properties of the bump surface at supersonic design speed were compared with the conical shock and conical shock flow properties. It has been observed that the bump surface generates a shock that resembles the geometric structure of a conical shock and the flow properties at the end of the bump compression surface are close to the flow properties after the conical shock. It has also been observed that the pressure value decreases along the span of the surface from the symmetry axis on the bump surface, and therefore the boundary layer flow on the surface is diverted to the outside of the bump surface. An increase in the radial angle and cone angle, which are key design parameters of the bump compression surface, was observed to enhance the boundary layer divert capability of the surface.