Düşük Reynolds sayılı aerodinamik analizde girdap kafes ve panel yöntemlerinin karşılaştırılması
The comparison of vortex lattice and panel methods in low Reynolds number aerodynamic analysis
Yazar: MEHMET MURAT AKÇAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİSİL TİMURALP ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ZAFER ÖZNALBANT
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Aerodinamik = Aerodynamics ; Aerodinamik tasarım = Aerodynamic design ; Panel yöntemi = Panel method ; Uçaklar = Airplanes ; Vorteks yöntemi = Vortex method

Özet:
Uçak tasarım sürecinin en önemli fazı kavramsal tasarım aşamasıdır, çünkü bu fazda alınan kararlar uçağın genel geometrisini tanımlamaktadır. Karar aşamasında yapılan aerodinamik analizler sonucundaki statik aerodinamik katsayılar üzerinden performans gereksinimlerinin değerlendirilmesiyle uçağın geometrisi ortaya çıkmaktadır. Uçak geometrisi bu faz süresince iteratif ve sürekli olarak değiştiğinden optimum sonuca ulaşabilmek için hem zaman hem de maliyet etkin tasarım ve analiz araçları kullanmak elzemdir. Bu sebeple kavramsal tasarım sürecinde hızlı ve basit çözümler sunan Panel ve Girdap Kafes Yöntemleri düşük maliyetli yöntemler olup, son yıllarda uçak tasarım süreçlerinin başlangıç aşamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. 
Panel ve Girdap Kafes Yöntemleri; potansiyel akış teorisini temel alarak sıkıştırılamaz, doğrusal, viskoz olmayan, irrotasyonel akım şartlarında cisimlerin yüzeyini küçük panellere ayırarak akışın etkilerini bu paneller üzerinde tanımlar. Bazı yazılımlar ile Panel ve Girdap Kafes Yöntemlerinin matematiksel modellerini kullanarak düşük ve orta hücum açılarında bir kanada ait statik aerodinamik katsayıları elde edilebilir.
Bu tezde düşük Reynolds sayılı aerodinamik analizde düşük mertebeli aerodinamik analiz metotlarından Panel, Girdap Kafes ve yarı deneysel yöntemler kullanarak hava aracının aerodinamik modellenmesi için gereken katsayıların kestirilmesi ve kendi aralarında kıyaslanmasını hedeflemektedir. Çalışmanın ilk aşamasında yöntemlerin başarısı hakkında bilgi edinmek ve yöntemleri karşılaştırmak için rüzgâr tüneli deney sonuçları bulunan farklı açıklık oranlarına sahip dikdörtgen görünümlü NACA 4415 kanat geometrisi XFLR5, OpenVSP ve Dijital DATCOM yazılımlarında modellenerek aerodinamik analizler gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada Trainer 60 uçak geometrisi aynı yazılımlarla modellenerek aerodinamik analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlarında statik aerodinamik katsayılar kullanılarak yöntemler ve yazılımlar karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The conceptual design phase is the most crucial phase of the aircraft design process as it determines the aircraft's overall geometry through decisions made during this phase. The shape of the airplane is determined by performing aerodynamic analyses that evaluate the performance requirements using static aerodynamic coefficients during the decision stages. In order to reach the optimal result during this phase, it is important to utilize design and analysis tools that are both time-efficient and cost-effective as the aircraft geometry changes iteratively and continuously. The conceptual design process has seen the frequent use of panel and vortex lattice methods, which provide fast and simple solutions and are low-cost, in the early stages of aircraft design processes in recent years.
Panel and Vortex Lattice Methods; based on potential flow theory, describe the effects of flow on surfaces by dividing the surface of objects into small panels under incompressible, linear, inviscid, and irrotational flow conditions. By employing software, it is possible to calculate the lift, drag, and moment coefficients of a wing at low and medium angle of attack using the mathematical models of Panel and Vortex Lattice Methods.
In this thesis, it is aimed to estimate and compare the coefficients required for the aerodynamic modeling of an aircraft by using low-order aerodynamic analysis methods, such as Panel, Vortex Lattice and semi-empirical methods, in low Reynolds number aerodynamic analysis. In the initial phase of the study, the success of the methods was assessed and compared the methods, based on wind tunnel test results of NACA 4415 wing geometries with different aspect ratios, which were modeled and analyzed aerodynamically in XFLR5, OpenVSP, and Digital DATCOM software. In the second phase, the Trainer 60 aircraft was modeled and analyzed aerodynamically with the same software. The methods and software were compared by interpreting the results of the analyses based on static aerodynamic coefficients.