Numerical investigation of thickness-to-chord ratio on aerodynamic characteristics and flow field of a low swept delta wing
Kalınlık veter oranının düşük ok açılı delta kanat aerodinamik karakteristiğine ve akış yapısına etkisinin nümerik yöntemlerle incelenmesi
- Tez No: 581948
- Danışmanlar: PROF. DR. KAHRAMAN ALBAYRAK, DOÇ. DR. MEHMET METİN YAVUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Son yıllarda basitleştirilmiş Delta Kanat planfomu kullanan İnsansız Hava Araçları (UAV'ler), Muharip İnsansız Hava Araçlarına (UCAV'ler) olan ilgi artmış, bu yüzden de Delta Kanatlar hakkında yapılan çalışmalar daha önemli hale gelmiştir. Delta Kanatlar hücum kenarından oluşan iki adet tersinir dönüye sahip girdaplı yapılar ile karakterize edilirler. Bu girdaplı yapılar kanatların vakum tarafı olarak adlandırılan üst yüzeylerindeki basınçları düşürerek kaldırma kuvveti manevra kabiliyetlerinin artmasına katkı sağlar. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) içeren bu çalışmada, kalınlık-veter oranının, düşük ok açılı bir Delta Kanadın aerodinamik karakteristiğine ve akış alanına etkileri incelenmektedir. Çalışmada kullanılan Delta Kanat iki farklı kalınlık-veter oranına ve 35 derece ok açısına sahiptir. HAD çalışması Reynolds Sayısı, RE = 35000 & 300000 ve hücum açısı 4°, 40° arasında yapılmış ve sonuçların bir kısmı daha önce yapılmış deneysel bir çalışmadan alınan veriler ile karşılaştırılmıştır. Analizler sırasında sayısal ağdan bağımsızlık çalışması yapılmış ve isabetli sonuçlar vermesi nedeniyle, SST k-ω türbülans modeli curvature correction uzantısı ile birlikte kullanılmıştır. Akım görüntülemeleri yapıldığında farkedilmiştir ki, artan kalınlık-veter oranı ve Reynolds Sayısında girdap bozunumu ve kanat üst yüzeyinden akım ayrılması daha erken kanat istasyonlarında meydana gelmektedir. Bazı koşullarda ise girdaplı yapının bozulmasının direk kanat hücum kenarı uç noktasında meydana geldiği gözükmektedir. Bununla beraber, kalınlık-veter oranının kanatların aerodinamik karakteristiği ve akış alanı üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır. Kalınlık-veter oranındaki artış ile, tüm hücum açılarında sürükleme kuvvet katsayısı, CD değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Bununla beraber, taşıma ve sürükleme katsayıları oranı olan CL/CD nin azaldığı ortaya çıkmıştır. Ek olarak, kalınlık-veter oranındaki artışla beraber kanatların perdövites hücum açılarının düştüğü gözlemlenmiştir. Taşıma kuvveti katsayısı, CL ve yunuslama momenti katsayısı, Cm değerlerine bakıldığında, kalınlık-veter oranı artışı ile beraber perdövites hücum açısına kadar kalın kanadın daha yüksek değerlere sahip olduğu ancak perdövites sonrasında ince kanadın daha yüksek performansa sahip olduğu görülmektedir. Reynolds Sayısındaki artışla beraber tüm aerodinamik katsayılarda artış görülmüştür ancak bu katsayılar tek tek incelendiğinde yukarıda bahsedilen davranışın yüksek Reynolds Sayısında da benzer olduğu ortaya çıkmıştır. Sonuç olarak, aerodinamik karakteristiğin ve akım özelliklerinin, kanadın kalınlıkveter oranından ciddi şekilde etkilendiği ortaya çıkmıştır ki bu durum Delta Kanatlarda akım kontrolü, ve girdaplı yapıların nümerik elde edilmesi konularında önemli bir adım oluşturacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Recent years revealed the increased interest in Unmanned Combat Air Vehicles (UCAVs) and Unmanned Air Vehicles (UAVs) which utilize delta wing planforms, making the Delta wing studies more prominent. Delta wings are characterized by two counter-rotating vortices on leading edges formed by the detached shear layer from the windward side of the planform. Those vortical structures lower the pressures on the suction side of the wing therefore contributes to the increase of the lifting and maneuvering capacity of the wing. Present study, involving Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, investigates the effects of the thickness-to-chord ratio of a low swept delta wing on the aerodynamic characteristics and the flow field. In the present study, a delta wing planform having a 35 degrees of sweep angle with two thickness-to-chord ratios are numerically examined at Reynolds Numbers, RE = 35000 & 300000 and angles of attack ranging from 4° to 40°. A mesh independence study is conducted and CFD results are validated by the data of an experimental study. SST k-ω turbulence model with the extension of curvature correction function is utilized due to its success of yielding the most accurate results. When flow field results are investigated it is seen that the vortex breakdown phenomena and three-dimensional flow separation occur much sooner with the increase of both thickness-to-chord ratio and Reynolds number, such that in some cases steady vortex structure breaks down right at the apex of the wing. The results also indicate that thickness-to-chord ratio has a significant effect on the aerodynamic coefficients and the flow field, such that, with the increase in t/c ratio drag coefficient, CD increases at all angles of attack, ratio of the lift and drag coefficients, CL/CD decreases. Moreover, CL and Cm values are decreasing with the increase of t/c ratio with the exception for the region till the stall angle of attack is reached. Post stall values of CL and Cm are higher for the thin wing. With the increase in the Reynolds number, all aerodynamic coefficients are increased when it is compared to the lower Reynolds Number results. However, individual trend of the aerodynamic coefficients mentioned above remains the same. To conclude, the aerodynamic coefficients and flow field are highly affected by the thickness-to-chord ratio, which in turn might prove to be a useful tool to control the flow field, and a step to improve the numerical calculation methods to acquire the vortical structures.
Benzer Tezler
- Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri
Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis
ALİ ALPER AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN
- Unsteady aerodynamic calculations of flappping wing motion
Çırpan kanat hareketinin zamana bağlı aerodinamik hesaplamaları
BÜŞRA AKAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAFİZ ALEMDAROĞLU
- Aktif kontrol uygulamalarında firar kenarı emiş yüzeyi manipülasyonunun akış gürültüsü üzerindeki etkilerinin incelenmesi
An aeroacoustic investigation into the effects of trailing edge suction surface manipulation in active control applications
ATİLA TOKSAVUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHA ZAFER
- Hidrofoillerin kavitasyon kovalarının sayısal-parametrik incelenmesi
Numerical investigation cavitation buckets for hydrofoil parametrically
MEHMET SALİH KARAALİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BAL
- Investigation of in-plane and out-of-plane seismic behavior of aac infill walls with innovative bed-joint reinforcement configurations
Yenilikçi derz donatıları ile imal edilen gazbeton bölme duvarların düzlem içi ve düzlem dışı doğrultudaki deprem davranışının incelenmesi
ÖMER FARUK HALICI
Doktora
İngilizce
2023
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ