External compression air intake flow control by bleed system in supersonic flight conditions
Süpersonik uçuş koşulunda dış sıkıştırmalı hava alığı akışının emme sistemi ile kontrolü
- Tez No: 1024518
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aerodinamik, Delikli levha, Hava alığı, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Optimizasyon, Süpersonik akış, Türbülanslı sınır tabakası, İntegral sınır tabaka, Şok dalgaları, Aerodynamics, Perforated plate, Air intake, Computational fluid dynamics (HAD), Optimization, Supersonic flow, Turbulent boundary layer, Integral boundary layer, Shock waves
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dış sıkıştırmalı süpersonik hava alıkları, operasyonel zarfları boyunca doğası gereği şok dalgası/sınır tabaka etkileşimine (SWBLI) maruz kalmakta; bu durum toplam basınç geri kazanımını, Aerodinamik Arayüz Düzlemindeki (AIP) akış kalitesini ve hava alığı pompajının (buzz) başlangıcı yoluyla aerodinamik kararlılığı tehdit etmektedir. Bu tez, tek-rampalı dış sıkıştırmalı bir hava alığında sınır tabaka emme sistemlerinin tasarımı ve optimizasyonu aracılığıyla 1,4 - 1,9 aralığındaki Mach sayıları için SWBLI kontrolünün sistematik sayısal incelemesini sunmaktadır. Reynolds-Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) tabanlı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) simülasyonları yapılmış ve rüzgâr tüneli verileriyle doğrulanmış; çalışma, bir ila dört-denklemli kapanış modellerini kapsayan bir türbülans modeli kıyaslama çalışmasıyla desteklenmiştir. Viskoz olmayan boyutlandırma analizi, geleneksel yüksek- Mach boyutlandırmasının kompaktlık açısından getirdiği dezavantajı ortaya koymakta ve emme sistemi entegrasyonunu hava alığı boyutunu maksimum hız gereksiniminden ayıran bir mekanizma olarak öne çıkarmaktadır. Ardından, emme talebini doğrudan sıkıştırılabilir sınır tabaka şekil faktöründen tahmin eden fizik tabanlı bir metodoloji geliştirilmiştir. Yüksek Reynolds sayılarında delikli emme plakalarının içsel basınç düşümünü nitelendirmek için, geleneksel boru-içi ölçümlerdeki tıkanma kaynaklı sapmayı aşan iki tamamlayıcı HAD tabanlı metodoloji de geliştirilmiş; hızlı Euler sayısı tahmini için 48 plaka geometrisini kapsayan 395 noktalı bir veri kümesi üzerinde bir vekil model eğitilmiştir. Emme plakalarının 125 noktalı tam faktöriyel optimizasyonu, katı duvarlı referansa göre PR-break kararlılık sınırını yaklaşık %10 - 28 daha düşük kütle-debi oranına kaydırmıştır. Son olarak, parametrik bir çalışma, emme yoluyla SWBLI kontrolü ile AIP'deki girdaplı akış bozulması arasında niceliksel bir bağlantı kurarak tasarım odaklı bir emme-geri kazanım-girdaplı akış tasarım uzlaşması çalışması sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
External compression supersonic inlets are inherently susceptible to shockwave/ boundary-layer interaction (SWBLI) across their operational envelope, which decreases performance by reducing total-pressure recovery, flow quality at the Aerodynamic Interface Plane (AIP), and aerodynamic stability through the onset of inlet buzz. This thesis presents a systematic numerical investigation of SWBLI control in a single-ramp external-compression inlet through the design and optimization of boundary-layer bleed systems, covering freestream Mach numbers from 1.4 to 1.9. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) CFD simulations are performed and validated against wind-tunnel data, supported by a turbulence-model benchmarking study spanning one- to four-equation closures. An inviscid sizing analysis demonstrates the compactness penalty of conventional high-Mach sizing and motivates bleed integration as a means of decoupling inlet size from maximum-speed requirements. A physics-based methodology is then introduced to estimate bleed demand directly from the compressible boundary-layer shape factor, yielding operating-map bleed charts over the full Mach and mass-flow-ratio envelope. Two complementary CFD-based methodologies are also developed to characterize the intrinsic pressure drop of perforated bleed plates at high Reynolds numbers, overcoming the blockage bias of conventional in-pipe measurements, and a surrogate model is trained on a 395-point dataset spanning 48 plate geometries for rapid Eulernumber prediction. A 125-point full-factorial optimization of the bleed plates shifts the PR-break stability limit by approximately 10-28% to lower flow ratio relative to the solid-wall baseline. Finally, a parametric study establishes a quantitative link between bleed-based SWBLI control and swirl distortion at the AIP, providing a design-oriented bleed-recovery-swirl trade-off study.
Benzer Tezler
- Experimental investigation of supersonic internal compression inlets
Sesüstü iç sıkıştırmalı hava alıklarının deneysel incelenmesi
HASAN TABANLI
Doktora
İngilizce
2023
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR
- Tek rotorlu Wankel motorunun ateşleme ve püskürtme ünitelerinin (kontrol ünitesinin) tasarımı, imalatı ve bilgisayar arayüzü ile kontrolü
Designing, producing and computer based controlling ignition and injection units (control units) of a single rotor Wankel engine
MEHMET İLTER ÖZMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEMAL BAYKARA
- Güney Afrika Cumhuriyeti'nde west Driefontein ve Kloof işletmelerinde Ocak ikliminin incelenmesi
The Search about the mining climate at West Driefontein and Kloof gold mines in South Africa
D.HALİT DÖVER
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. GÜNDÜZ ÖKTEN
- Buji ateşlemeli motorlarda çevrim atlatma yönteminin kısmi yüklerde incelenmesi
Skip cycle method investigation at part load conditions of spark ignition engines
BARIŞ DOĞRU
Doktora
Türkçe
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR