Flow around a plunging airfoil in a uniform flow
Uniform bir akım alanı içerisinde akıma dik doğrultuda salınım yapan bir kanat etrafındaki akış
- Tez No: 251865
- Danışmanlar: PROF. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU, PROF. DR. MEHMET FEVZİ ÜNAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Çırpan kanat aerodinamiği, Mikro Hava Araçlarının (MHA) tasarımına yönelik çalışmaların artması ile araştırmacıların ilgisini daha fazla çeken bir alan haline gelmiştir. MHA'lar, uzunluk ölçekleri böcek ve kuşlarınki ile kıyaslanabilir hava araçlarıdır ve bu özellikleri ile fiziksel olarak ulaşılamayan ve insan sağlığına zararlı ortamlardan bilgi toplanması konusunda giderek artan bir değer kazanmaktadır. Sözkonusu ölçeklerde, taşıma ve itki oluşturmadaki geleneksel yöntemler verimli olamamakta ve doğada da olduğu gibi çırpan kanat mekanizmaları bir ihtiyaç haline gelmektedir.Doğadaki uçuş şartlarının kaçınılmaz olarak üç boyutlu olduğu ve enine salınım, yunuslama ve tarama hareketlerini içerdiği bilinmektedir. Ancak, bu konudaki araştırma çalışmalarının halihazırda bulunduğu seviye, üç boyutlu gerçek kanat hareketlerini ele almadan önce, iki boyutlu hali ile hareket türlerinin ayrık olarak gözönüne alınmasını ve bu durumdaki akış fiziğinin iyi anlaşılmasını gerektirecek düzeydedir. Buradan hareketle, burada önerilen tez çalışmasında, üniform bir akış alanı içinde yer alan bir profilin akışa dik doğrultudaki salınımları hali incelenecektir. Profil olarak NACA0012 kullanılmış; kanat salınımı genlik ve frekansının itki sağlayan geniş bir değer aralığında, profil etrafındaki daimi olmayan akış alanları Sayısal Parçacık Görüntülenmesi ile Hız ölçümü (DPIV) yöntemi ile belirlenmiştir. Bu yapılırken, çırpan kanat mekanizmasının en belirgin özelliği, yani Hücum Kenarı Girdabı (HKG) ve bu girdabın firar kenarından kaynaklanan girdapla etkileşiminin incelenmesine özel bir önem verilmiştir. NACA0012 profilinin salınımı için yapılacak olan etraflı bir araştırmadan sonra, hücum kenarı konfigürasyonunun daimi olmayan akış alanı ve dolayısı ile itki verimliliği üzerindeki etkisi incelenmiştir. İnce, şerit halindeki bir levhanın hücum kenarına bağlanması ile hücum kenarı modifikasyonu yapılmıştır. Böylece elde edilecek olan keskin hücum kenarının, profil etrafındaki akış yapısı ve dolayısı ile itki verimliliğini istenen doğrultuda etkin bir şekilde değiştireceği düşünülmüştür.Böcek uçuşu için Reynolds sayısı aralığının 50-10000 olduğu; 50 sınırına yaklaşılması durumunda viskoz disipasyonun, 10000 sınırına yaklaşıldığında ise türbülansın HKG'yı önemli ölçüde etkilediği bilinmektedir. Sözkonusu etkileri minimize etmek için, buradaki çalışmanın deneysel ve sayısal fazlarında Reynolds sayısı 5000 olarak alınmıştır.Deneysel çalışma, Trisonik Araştırma Laboratuvarı'ndaki, 710mm x 1010mm enkesitindeki test bölmeli su kanalında yapılmıştır. Çalışmanın FLUENT ile gerçekleştirilen sayısal kısmı deneysel çalışmadaki salınım frekans ve genlik değerlerinin belirlenmesinde yardımcı olmakla kalmayıp, deneysel çalışma sonuçları için bir mukayese zemini sağlamaktır.Sonuç olarak hücum kenarı girdabı ile firar kenarı girdabı arasındaki farklı etkileşim şekilleri gözlemlenmiştir ve itki verimi ile itki katsayısının bu iki girdabın nasıl ve ne zaman etkileştiğine bağlı olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Flapping wing aerodynamics has been of interest to researchers mostly due to the increased design efforts of Micro Aerial Vehicles (MAV). MAV?s are small unmanned aerial vehicles length scales of which are similar to those of birds and insects. Flapping wing MAV?s are given a great attention since they would serve as mobile and stealth sensing platforms capable of gathering intelligence in hazardous and physically inaccessible locations. When scaled to these sizes, traditional means of lift and thrust generation become inefficient and thus a flapping wing propulsion system becomes a necessity.Needless to say that, the natural flight is three-dimensional and combines pitch, plunge and sweeping motions of the wing. However, the current state of the art requires investigations towards understanding the underlying physics of isolated motions of wing in two dimensions before extending the research into the third dimension and the combined motion. Thus, the current study focuses attention to plunging motion of an airfoil in a uniform stream. NACA0012 has been used as the airfoil section. Time dependent velocity fields around the airfoil have been measured via Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) for a number of reduced frequency and amplitude of the airfoil oscillation corresponding especially the thrust regime of flow around the airfoil. The most characteristic feature of flapping wing flow namely the LEV and its interaction with the trailing edge vortex is given a special attention. After an extensive study of the plain NACA0012 profile, the effect of the leading edge shape on the overall unsteady flow field and thus to thrust efficiency has also been investigated. In doing that, a thin flat strip has been mounted at the leading edge of NACA0012 profile. It has hypothesized that relatively stronger LEV due to a sharp leading edge will effectively and favorably change the overall flow structure and thus the thrust efficiency.The Reynolds number range for insect flight has previously been defined as ranging from 50-10000. For flapping conditions approaching Reynolds number of 50, viscous effects begin to dominate the flow and for Reynolds numbers approaching 10000, turbulence increasingly interferes with the formation of a stable LEV. Therefore, in the numerical and experimental phases of the study herein, an intermediate Reynolds number around 5000 is chosen to minimize viscous dissipation and turbulent destruction of the LEV mechanism observed in insect flight.The experimental study has been conducted in the Water Channel with a 710 mm x 1010 mm test section located at the Trisonic Research Laboratory at Maslak Campus of İTÜ. An extensive numerical simulation via FLUENT of the flow has been done in order to augment the experimental investigation.As a result, different types of interactions between leading edge and trailing edge vortices have been observed and it was found out that propulsive efficiency and thrust coefficient depends on how and when these vortices interact.
Benzer Tezler
- Experimental and numerical investigation of flapping airfoils interacting in various arrangements
Çırpan kanat profillerinin çeşitli yerleşimler için etkileşimlerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
SALİHA BANU YILMAZ
Doktora
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET FEVZİ ÜNAL
PROF. DR. MEHMET ŞAHİN
- Unsteady aerodynamics of plunging and stationary symmetric airfoils at low Reynolds numbers
Düşük Reynolds sayılarında sabit ve dalma hareketi yapan simetrik kanat profillerinin zamana bağlı aerodinamiği
KIFA PEERZADA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ
- Experimental investigation of flow structures around a plunging wing - fixed tail couple in steady flow
Serbest akıma dik doğrultuda salınım yapan kanat - sabit kuyruk çiftinin etrafındaki akım yapısının deneysel olarak incelenmesi
CEYHUN TOLA
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. N. L. OKŞAN ÇETİNER YILDIRIM
PROF. DR. M. FEVZİ ÜNAL
- Computational study of an oscillating SD7003 airfoil
Kanat çırpan SD7003 profili etrafındaki akışın hesaplamalı incelemesi
IŞIL ŞAKRAKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FIRAT OĞUZ EDİS
- Experimental investigation of flow structures around an oscillating airfoil in steady current
Daimi akış içinde salınım yapan bir kanat etrafındaki akış yapılarının deneysel incelenmesi
İDİL FENERCİOĞLU
Doktora
İngilizce
2010
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. N. L. OKŞAN ÇETİNER YILDIRIM