Pervanelerin girdap halkası yöntemi ile aerodinamik analizi
Aerodynamic analysis of propellers by vortex ring method
Yazar: SADRETTİN KAYNAR
Danışman: PROF. DR. MAHMUT ADİL YÜKSELEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Aerodinamik tasarım = Aerodynamic design ; Analitik analiz = Analytical analysis ; Ayrık girdap yöntemi = Discrate vorteks method

Özet:
Bu çalışmada ana gaye Girdap Kafes Yöntemlerinin girdap halkaları kullanarak pervane analiz çalışmalarında kullanılmasıdır. Seçilen farklı profil verileri ve Froude disk, momentum ve pala elemanı teorileri kullanılarak, pervane tasarımı yapılıp ve farklı ilerleme oranları için aerodinamik katsayıları pala elemanı teorisi yardımıyla geliştirilen bir analiz yöntemi aracılığı ile bulunuyor. Sonuçların modern bir teori sonuçları ile karşılaştırılması tasarım ve analiz hakkında fikir sahibi olunmasını sağlayacaktır.
Modern teorilerden bir olan girdap kafes metotları ince profiller de uygulama alanı bulmakta ve gerçekçi sonuçlar vermektedir. Taşıyıcı eleman olarak profil kamburluğu alınmakta ve çözüm aranmaktadır (Katz ve Plotkin, 2001). Bu metotlardan biri olan girdap halkası yöntemi (GHY) ile kanat ve pervane üzerinde uygulamalar yapılmaktadır.
Girdap halkası yöntemi ile çözüm aranırken gerçekçi sonuçlar elde edilmeye çalışılacaktır. Nümerik çözümlerin gerçekçi sonuçlar verdiği literatür araştırması ve geçmiş çalışmalardan bilinmektedir. Girdap kafes yöntemlerinin nümerik olarak çözümünde en etkili yöntemlerden biri panel metodudur (Katz ve Plotkin, 2001). Bu tez kapsamında kanat ve pervane analizinde 3B panel metodu kullanılmaktadır.
Birinci bölümde tezin motivasyon kaynakları, literatür araştırması ve tezin amacına yer verilmiştir.
Sonraki bölümde tasarım ve analiz verileri karşılaştırılmak istenen pervanenin, tasarım ve analiz verilerinin elde edilme yolları hakkında genel bilgiye ve akış şemalarına yer verilmiştir. Örnek bir pervane tasarım ve analizi yapılıp sonuçlarına yer verilmiştir.
Üçüncü bölümde Prandtl taşıyıcı çizgi yöntemi, Nümerik taşıyıcı çizgi yöntemi, Girdap kafes yöntemi hakkında bilgi verilmiş ve hesaplama formüllerine değinilmiştir. Bu tez kapsamında kullanılacak olan girdap halkası yöntemi hakkında teorik bilgi verilmiş ve hesaplamada kullanılacak formüllere yer verilmiştir. Sonrasında kanat ve pervane üzerinde girdap halkası yönteminin uygulanması için gerekli formül, akış şeması ve bilgilere yer verilmiştir.
Dördüncü bölümde kanat üzerinde 3B panel metodu aracılığı ile girdap halkası yöntemi uygulaması yer almaktadır. Kanat ve pervane analizinde kullanılacak olan panel sayılarının belirlenmesi için kullanılan metot anlatılmıştır. Kullanılan metotla uygun panel sayıları belirlenmiştir. Farklı açıklık oranları (AO-AR) için bu hesap tekrarlanarak her biri için panel sayıları elde edilmiş ve kullanılan metodun akış şemasına yer verilmiştir. Elde edilen sonuçlar çizelgelerde verilmiştir. 
Girdap kafes yöntemlerinde iz bölgesi girdaplarının çok önemli olduğu ve belli bir uzaklığa kadar sonucu etkilediği bilinmektedir (Katz ve Plotkin, 2001). İz bölgesindeki girdap halkası sayısı belirlenmesi amacıyla algoritma geliştirilmiş ve son panel üzerinde meydana getirdiği değişiklik miktarlarına göre çizelgelerde verilmiştir. Bu veriler ışığında izdeki girdap halkası sayısı belirlenmiştir. 
Bulunan bu veriler kullanılarak, farklı kalınlık ve kamburluğa sahip profiller ile oluşturulmuş kanat ve pervane üzerinde analiz yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak grafik ve çizelgelerde verilmiştir.
Son bölümde elde edilen sonuçlar üzerinde yorumlar ve öneriler bulunmaktadır.

Abstract:
The main purpose of this work is to use the Vortex Lattice Methods in propeller analysis studies using vortex rings. The choice of different profile data and Froude disk, momentum and blade element theories, the propeller design was made and the aerodynamic coefficients for different advance ratio were found via an analysis developed with help of the blade element theory. Comparing the results with the results of a modern theory will ensure that you have an idea about design and analysis.
Vortex Lattice Method (VLM), which is one of the modern theory which is using with the thin profiles and give us realistic results. The lifting element is taken as the camber of profile and solution is sought (Katz & Plotkin, 2001). One of these methods is the Vortex Ring Method (VRM) which is applied on the wing and propeller.
While seeking solutions with the Vortex Ring Method, realistic results will be tried to be obtained. Numerical solutions are known from literature research and past studies that give realistic results. One of the most effective methods for numerical solution of vortex lattice methods is the panel method (Katz & Plotkin, 2001). In this thesis, 3D panel method is used for analysis of wing and propeller.
In the first part motivation sources of thesis, literature research and thesis purpose are given.
In the next section, general information and flow chart is given about the ways to obtain the design and analysis data. This data will be use to compare vortex ring method's aerodynamic coefficients data. A sample propeller design and analysis was carried out and its results were given.
In the third part, Prandtl lifting line method, Numerical lifting line method, Vortex lattice method are given and calculation formulas are mentioned. Theoretical information is given about the vortex ring method to be used in this thesis and the formulas to be used in calculation are given. Afterwards, the formula, flow chart and information for the application of the vortex ring method on the wing and the propeller are given.
In the fourth section, the analysis steps to be performed using the 3D panel method and the Vortex Ring Method on the wing and propeller are mentioned. The method, formulation and flow charts to be used at these analysis steps are given. The method used to determine the panel numbers to be used in the wing and propeller analysis is described. The panel numbers are determined according to the method used. This calculation was repeated for different Aspect Ratios (AR) to obtain panel numbers for each. Relevant results are given in charts and graphs.
It is known that wake vortexes are very important in the Vortex Lattice Methods and affect the result to a certain distance (Katz & Plotkin, 2001). Algorithms have been developed to determine the number of vortex rings in the wake area and results are given in the charts according to the amount of sensitivities. Sensitivity graphs are drawn and given in the tables. The number of vortex rings in the scene was determined in this data.
Using these data, analysis was made on the wing and propeller formed with profiles with different thickness and camber. The obtained results are given in comparative graphs and charts.
In the last section, there are comments and suggestions on the obtained results.