Helikopter rotoru etrafında oluşan akışın gemi iz bölgeleriyle etkileşiminin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Computational fluid dynamics analysis of interaction of flow around helicopter rotor with ship airwake
Yazar: HÜSAMETTİN ALPEREN ALABAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ NACAKLI
Milli Savunma Üniversitesi / Hezarfen Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü / Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic

Özet:
Bu çalışmada, basitleştirilmiş gemi geometrisi etrafındaki akış ile rotoru temsilen gemi art hava iz bölgesinde askıda duran pervane geometrisinin oluşturduğu alt iz  (downwash) etkileşiminin, sonlu hacimler yöntemini kullanan ticari bir çözücü ile zamana bağlı üç boyutlu Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği simülasyonu yapılmıştır. Çalışmada rotor ve gemi geometrileri izole ve birlikte olarak gemi art izi ile rotor alt iz bölgelerinin dinamik etkileşimi incelenmiş ve kullanılan yöntem rüzgâr tüneli verileri ile doğrulanmıştır. Rotor için melez çözüm ağı, gemiyi temsil eden basit firkateyn şekli (SFS) için ise yapısal olmayan çözüm ağı kullanılmıştır. İzole rotor, izole gemi ve rotor-gemi etkileşimli analizlerde URANS (Daimi Olmayan Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes) çözümleri gerçekleştirilmiştir. Serbest akış etkisindeki gemi üstyapısı ve rotor pallerinin oluşturduğu türbülanslı akışın doğasını modelleyebilmek için Standart 𝑘 - 𝜀 türbülans modeli kullanılmıştır. Helikopter rotorunu temsilen kullanılan 4 palli 10x6 pervane geometrisi, 5.14 m/sn hıza sahip 1/50 ölçekli basit firkateyn şekli üzerinde 9 farklı konumda 5000 RPM açısal hızda çalıştırılarak helikopter-gemi arasındaki dinamik etkileşim incelenmiştir. Elde edilen itki katsayıları ve hız konturları, literatürdeki parçacık görüntülemeli akış ölçüm (PIV) uygulaması sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this study, time dependent three dimensional Computational Fluid Dynamics simulations of the interaction of flow around simplified frigate shape with downwash of hovering propeller acting as a rotor in simplified frigate ship airwake were performed with a commercial flow solver which uses finite volume method. Ship and rotor shapes were investigated in isolation and coupled for dynamic interaction of ship airwake with rotor downwash and the method used was verified with wind tunnel data. Hybrid mesh was used for rotor and unstructured mesh was used for simple frigate shape which represents the ship. URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) solutions were performed at rotor in isolation, ship in isolation and coupled simulations. Standard k-ε turbulence model was used for modeling the nature of turbulent flow created by the ship superstructure and rotor blades in free stream effect. The dynamic interaction was investigated by operating a 4 bladed 10x6 propeller shape which used to represent the helicopter rotor at 5000 RPMs in 9 different positions on a 1/50 scale simple frigate shape with 5.14 m/s velocity. The obtained thrust coefficients and velocity contours were compared with particle image velocimetry (PIV) application in the literature.