Sabit kanatlı insansız hava araçlarında kanat uç vortekslerinin aerodinamik kuvvetlere etkisi
The effect of tip vortexs on aerodynamic forces in fixed-wing unmanned aerial vehicle
Yazar: YUSUF İLHAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF IŞIKER
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aerodinamik = Aerodynamics ; Basınç katsayısı = Pressure coefficient ; Vorteks = Vortex ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Son yıllarda hem sivil hem de askeri alanlarda kullanımı yaygınlaşan İnsansız Hava Araçlarında(İHA) optimal tasarım parametresi uçuş süresidir. Uçuş süresindeki en önde gelen parametre aracın aerodinamik performansıdır. Sabit kanatlı İnsansız Hava Araçlarının(İHA) aerodinamik performansını belirleyen parametrelerden biride uç vorteksleridir. Bu çalışmada uç vortekslerinin kanatın basınç dağılıma etkisi hem deneysel hem de nümerik olarak araştırılmıştır. Bu amaçla kanadın biri tam ortasında (Uç vortekslerin etkisinin olmadığı bölge) diğeri kanatın serbest ucuna yakın iki eksende basınç ölçümleri alınmıştır. Referans olarak sabit kanatlı İnsansız Hava Araçlarında(İHA) yaygın olarak kullanılan NACA 2415 kanat profili seçilmiştir. Deneysel çalışmalarla eş zamanlı yürütülen nümerik analizler açık kaynak kodlu bir yazılım olan OpenFOAM ile yürütülmüştür. Deneysel çalışmalar toplamda 13 farklı atak açısı ile gerçekleştirilirken nümerik analizler 7 farklı atak açısı ve 5.6*103, 1.13*104 ve 2.26*104'de Reynolds sayılarında gerçekleştirilmiştir. Kanat aerodinamik kuvvetleri hesaplanmış ve yapılan ölçümler sonucunda, havanın kanat alt kısmında firar kenar bölgesinden önceki bölgelerde en yüksek sapma miktarlarının meydana geldiği tespit edilmiştir. 0°-10° atak açılarında basınç katsayıları sapma miktarı artış trendinde iken 15°-30° aralıklarında azalma trendinde olduğu görülmüştür. Tüm sonuçlar göz önüne alındığında göze çarpan kısım atak açısı ile Reyndols sayılarındaki artışın beraberinde kanat üzerindeki basıncı artırdığı ve paralelinde kanat uç kısımlarında oluşan vorteks miktarında artış olduğudur.

Abstract:
The optimal design parameter for Unmanned Aerial Vehicles (UAV), which has become widespread in both civil and military fields in recent years, is flight time. The most important parameter in flight time is the aerodynamic performance of the vehicle. One of the parameters determining the aerodynamic performance of fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAV) is the tip vortexes. In this study, the effect of tip vortices on the pressure distribution of the blade was investigated both experimentally and numerically. For this purpose, pressure measurements were taken in two axes, one in the middle of the wing (the region where the tip vortices are not affected) and the other close to the free end of the wing.
The NACA 2415 airfoil, which is widely used in fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAV), was chosen as a reference. Numerical analyzes carried out simultaneously with the experimental studies were carried out with OpenFOAM, an open source software. While the experimental studies were carried out with 13 different attack angles in total, numerical analyzes were performed with 7 different attack angles and Reynolds numbers at 5.6*103, 1.13*104 and 2.26*104. The wing aerodynamic forces were calculated and as a result of the measurements, it was determined that the highest deflection amounts occurred in the lower part of the air wing before the trailing edge region. It was observed that while the pressure coefficients were in an increasing trend at 0°-10° attack angles, they were in a decreasing trend at 15°-30° intervals. Considering all the results, the striking part is that the increase in the angle of attack and the Reyndols number increases the pressure on the wing, and in parallel, there is an increase in the amount of vortex formed in the wing tips.