Uçak kanatlarının transonik aeroelastik simülasyonu
Transonic aeroelastic simulations of aircraft wings
Yazar: ZELİHA ÇAMUR
Danışman: DOÇ. DR. SEHER EKEN
Samsun Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Aeroelastik analiz = Aeroelastic analysis ; Akışkan-yapı etkileşimi = Fluid-structure interaction ; Akışkanlar = Fluids ; Transonik akış = Transonic flow ; Uçak kanatları = Aircraft wings

Özet:
Transonik rejimde düşük hızlarda meydana gelen çırpınma kararsızlığının doğru tahmin edilerek, uçağın uçuş zarfından elimine edilmesi gereklidir. Bu rejimde, çırpınma tahmini için klasik çırpınma yöntemleri doğrusal olmayan aerodinamik etkileri göz önüne almadığı için yetersiz kalmaktadır. Son yıllarda, bilgisayar teknolojilerinin gelişimine bağlı olarak uçağın dinamik aeroelastik davranışını ve transonik çırpınma kararsızlık sınırlarını yeterli doğrulukta hesaplayan yöntemlerin geliştirilmesine yönelik birçok çalışma yapılmaktadır. Benzer bir motivasyon ile, bu tez çalışmasında, transonik rejimde ortaya çıkan çırpınma kararsızlığını tahmin eden tamamen açık-kaynaklı programların kullanımına dayanan bir yöntem geliştirilmiştir.  Bu yöntemde, açık kaynaklı hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ve hesaplamalı yapı dinamiği (HYD) programlarını bağlaştırılan bir akışkan-yapı etkileşim sistemi kurulmaktadır. HAD-HYD programları PreCICE bağlaşım kütüphanesi kullanılarak güçlü bağlaşım yöntemi ile bağlanmıştır. HAD yöntemlerinin kullanıldığı akışkan sistemini çözmek için SU2, yapı denklemleri çözmek için CalculiX programı kullanılmıştır. Tamamı açık kaynaklı programları olacak şekilde kurgulanan simülasyon sürecinde, geometri ve çözüm ağı için GMSH ve sonuçların görüntülemesi için PARAVIEW açık kaynaklı uygulamaları kullanılmıştır. Oluşturulan bağlaşım sistemi kullanılarak, 2-boyutlu ve 3-boyutlu kanat modelleri için transonik aeroelastik simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Aeroelastik simülasyonları gerçekleştirilen kanat modelleri literatürde yer alan doğrulama problemlerinden NACA 64A010 profili (Isogai kanadı) ve Goland+ kanat modelleridir. Her iki kanat modeli içinde kararsızlık sınırları belirlenerek, literatürdeki çalışmalar karşılaştırılarak, sonuçların uyumu tartışılmıştır.

Abstract:
The flutter instability occurring at low speeds in the transonic regime must be accurately predicted and eliminated from the aircraft's flight envelope. In this regime, classical flutter methods are insufficient for flutter prediction because they do not consider nonlinear aerodynamic effects. In recent years, depending on the development of computer technologies, many studies have been carried out to develop methods that calculate the dynamic aeroelastic behavior of the aircraft and the transonic flutter instability limits with sufficient accuracy. With a similar motivation, a method has been developed in this thesis, based entirely on the use of open-source programs to predict flutter instability occurring in the transonic regimen. In this method, a fluid-structure interaction system is established which couple open source computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) programs. CFD-CSD programs are coupled by  strong coupling method using PreCICE coupling library The SU2 program was used to solve the fluid system using CFD methods, and the CalculiX program was used to solve the structural equations. In the simulation process, all of which are open source programs, GMSH for geometry and mesh, and PARAVIEW open source applications are used for displaying the results. Using the generated coupling system, transonic aeroelastic simulations for 2-dimensional and 3-dimensional wing models were performed. The wing models for which aeroelastic simulations were performed are the NACA 64A010 profile (Isogai wing) and Goland+ wing models, which are validation problems in the literature. The instability limits for both wing models were determined, the studies in the literature were compared and the compatibility of the results was discussed.