Doğadaki canlılardan esinlenilerek aerodinamiği iyileştirilmiş kanat yapısının insansız hava araçlarında kullanımı
Numerical analysis of aerodynamic performance of bird wing shapes inspired by nature for unmaned aerial vehicles
Yazar: HASAN HÜSEYİN DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. ÇAĞRI VAKKAS YILDIRIM
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Sivil Havacılık = Civil Aviation

Özet:
Literatürdeki çalışmalarla, uçağın uçuş performansının (kalış süresi, uçuş menzili, uçuş yüksekliği ve maksimum yük) kanat yapısı ve şekli ile önemli ölçüde etkilediği kanıtlanmıştır. Bu nedenle, son çalışmalar, tasarlanacak uçağın özelliklerine göre kanat yapısını en verimli şekilde seçmeye çalışmaktadır. Uçak kanadı aerodinamik parametrelerinin ideal tasarımı, bilim insanlarının doğadaki canlılardan ilham almasına neden oldu. Uçağın kanat yapısındaki iyileşme, kanat taşıma / sürükleme oranını önemli ölçüde etkileyeceğinden, uçağın uçuş performansı da en üst düzeye çıkarılacaktır. Bu ilham kaynağı ile çalışma, doğada farklı özelliklere sahip (Albatros, Şahin, Martı, Kırlangıç ve Atmaca) 5 farklı kuş, şekil, benzer kanat açıklığı, kanat alanı ve kanat en-boy oranı, kanat profili ve uçuş hızı aynı koşullar alınarak bir tahlil yapıldı. Tüm blade analizleri 3 D'de k-ε, Menter Shear Stress Transport (SST) türbülans modeli ile 3 farklı Re sayısında analiz edildi ve aerodinamik parametreler belirlendi. Aerodinamik parametrelerin sonuçlarına göre, hangi kuşkanadı yapısının isteğinize uygun olduğunu seçebilirsiniz. Örneğin, havada uzun süre kalma yeteneğine ihtiyacınız varsa, yüksek Emax değeri ve yüksek kanat açıklığı olan şekli seçmelisiniz. Bu durumda, sonuçlar incelendiğinde, en yüksek Emax değeri Albatros olarak 150000 Re sayısında 8.64 olarak elde edildi. Analiz sonuçlarına göre, Kırlangıç ve Şahin gibi düşük kanat açıklığına sahip yapılar, daha yüksek kritik hücum açılarına sahip. Bunun aksine, bu kanat yapılarına sahip kuşlar, kanat alanları daha düşük olduğu için ani manevralar yapabilirler. Genellikle, gövde hücum açısı hız arttıkça azalır.

Anahtar kelimeler: Kanat şekli, İlham, Hücum açısı

Abstract:
It has been proven by studies in the literature that the flight performance of aircraft (duration of stay, flightrange, flight altitude and maximum payload) significantly affects the wing structure and shape. For this reason, recent studies are trying to choose the wing structure in the most efficient way according to the characteristics of theaircraftto be designed. The ideal design of aircraft wing aerodynamic parameters has led scientists to be inspired by living things in nature. Since the improvement in the wing structure of the aircraft will significantly affect the wing carry/drag ratio, the flight performance of the aircraft will also be maximized. In our work with this inspiration source, 5 different birds (albatross, falcon, seagull, swiftandharrier) with different characteristics in nature, wing shape, similar wingspan, wing area and aspect ratio, taking into account the same conditions (wing profile and flight speed) a streamlined analysis has been done. All blade analyzes were analyzed in 3 D with k-ε, Menter Shear Stress Transport (SST) turbulence model in 3 different Re numbers and aerodynamic parameters were determined.  According to the results of aerodynamic parameters, you can choose which bird wing structure meets your request. For example, if you need the ability to stay in the airfor a long time, you should choose the shape with high Emax value and high wingspan. In this case, when the results are examined, the highest Emax value was obtained as 8.64 in 150000 Re number as albatross. According to the analysis results, structures with low wing span, such as the swift and the falcon, enter a stall at lower angles of attack. On the contrary, bird swith the sewing structures can make sudden maneuvers because their wing areas are lower. Generally, the stalk angle of attack decreases within creasing speed.

Keywords: Wingshape, İnspire, Angle of attack