Hava araçları dışındaki anten akış düzenleyici kapaklarının aerodinamik parametrelerinin araştırılması
Investigation of aerodynamic parameters of antenna flow regulator covers outside of aircraft
Yazar: FURKAN MAMUR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPASLAN ALKAN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda havacılık endüstrisi her geçen gün hızla büyüme göstermektedir. Bu büyüme ile birlikte hava araçlarının teknolojileri hızla artmakta ve geleneksel hava araçlarının tasarımları yetersizleşmeye başlamaktadır. Özellikle insansız hava araçları (İHA) gibi yüksek teknoloji içeren hava araçları gün geçtikçe cazibeli bir konu haline gelmektedir ve hava araçlarının tasarımları, içinde barındırdığı teknolojilere göre yenileşmeye gitmektedir. Bu gibi gelişmelerden dolayı yeni nesil hava araçları, akademik olarak üzerinde çalışılması gereken bir konu haline gelmiştir. İHA'ların en önemli ve olmazsa olmaz özelliği yer tabanlı bir kontrolcü ile hava aracı arasındaki iletişim sistemidir. Bu iletişim, bir takım radarlar ve antenler ile sağlanmaktadır. Bu antenler sadece İHA'larda değil aynı zamanda diğer geleneksel hava araçlarında da oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, antenlerin hava araçlarına entegrasyonu için kullanılmakta olan akış düzenleyici ara braket veya kapakların aerodinamik performansa etkisi incelenmektedir. Bunun için günümüzde üretilmekte olan İHA'ların ölçüleri dikkate alınarak benzer kanat profili ve boyutları kullanıp bir İHA kanatı tasarımı yapılmıştır. Ardından hava araçlarında başlıca kullanılan anten geometrilerini temsilen dört tip anten tasarlanmıştır. Bu antenlerin her biri için, İHA kanatına entegrasyonunu sağlayan iki tip akış düzenleyici kapak tasarımı yapılmıştır. Kesit alanları farklı olan bu akış düzenleyici kapaklarının, kanat aerodinamiği üzerindeki farklılıkların incelenmesi amacıyla analiz geometrileri oluşturulmuştur. Hazırlanan analiz geometrilerinin, Ansys-Fluent programında hava aracı hücum açısı 0° ve 10° için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri yapılmıştır. Yapılan analizlerde taşıma kuvveti, sürükleme kuvveti, basınç dağılımı ve türbülans kinetik enerji dağılımı parametreleri incelenmiştir. Anten 1 ve Anten 4 gibi, diğer antenlere kıyasla daha küçük antenler için küçük kesit alanlı ve küt tasarıma sahip akış düzenleyicilerin taşıma ve sürükleme kuvveti bakımından daha iyi performans sergilediği gözlemlenmiştir. Fakat türbülans kinetik enerji dağılımı bakımından V1 akış düzenleyici kapak, Anten 1'de daha kötü performans sergilemiştir. Anten 2 ve Anten 3 gibi, nispeten ortalama veya büyük olarak değerlendirilebilen antenler için, daha büyük kesit alanına ve yumuşak tasarıma sahip olan V2 akış düzenleyicilerin daha iyi performans sergilediği gözlemlenmiştir. Fakat Anten 3 için yapılan analizde, hücum açısı arttıkça küt tasarıma sahip V1 akış düzenleyicisinin türbülans kinetik enerji dağılımı bakımından daha iyi performans sergilediği gözlemlenmiştir.

Abstract:
In recent years, aviation industry have been growing rapidly day by day. With this growth, the technologies of aircraft are increasing rapidly and the designs of traditional aircraft are starting to become inadequate. In particular, high-tech aircraft such as unmanned aerial vehicles are becoming an attractive issue day by day, and the designs of aircraft are innovating according to the technologies they contain. Due to such developments, new generation aircraft has become a subject that needs to be studied academically. The most important and indispensable feature of unmanned aerial vehicles (UAV) is the communication system between a ground-based controller and the aircraft. This communication is provided by a number of radars and antennas. These antennas are widely used not only in UAVs but also in other conventional aircraft. In this study, the effect of flow regulator brackets or covers used for the integration of antennas to aircraft on aerodynamic performance is examined. For this, a UAV wing design was made by using similar wing profiles and dimensions, taking into account the dimensions of the UAVs being produced today. Then, four types of antennas were designed to represent the antenna geometries mainly used in aircraft. For each of these antennas, two types of flow regulator cover designs have been made that allow integration into the UAV wing. Analysis geometries of these flow regulator covers, which have different cross-sectional areas, were created in order to examine the differences on the wing aerodynamics. Computational fluid dynamics (CFD) analyzes of the prepared analysis geometries were performed for the aircraft angle of attack 0° and 10° in the Ansys-Fluent program. In the analyzes carried out, the parameters of lift force, drag force, pressure distribution and turbulence kinetic energy distribution were examined. It has been observed that for smaller antennas, such as Antenna 1 and Antenna 4, flow conditioners with small cross-sectional area and blunt design perform better in terms of lift and drag force. However, in terms of turbulent kinetic energy dissipation, the V1 flow regulating cover performed worse in Antenna 1. For antennas that can be considered relatively average or large, such as Antenna 2 and Antenna 3, it has been observed that V2 flow regulators with larger cross-sectional area and soft design perform better. However, in the analysis for Antenna 3, it was observed that the blunt design V1 flow regulator performed better in terms of turbulent kinetic energy distribution as the angle of attack increased.