Wing fence effects on the flow over a sweptback wing
Kanat bariyerinin geriye ok açılı kanat üzerindeki akışa etkileri
- Tez No: 606860
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DUYGU ERDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Bu çalışmada; kanat bariyerinin, geriye ok açılı kanat üzerindeki akışa olan temel etkileri incelenmiştir. Bunun için; NACA 0012 profiline ve geriye doğru 25° lik ok açısana sahip bir kanat modeli, hem akış görüntüleme methodları kullanılarak hem de kuvvet ve moment ölçümleri alınarak, düşük Reynolds değerinde incelenmiştir. Akış görüntüleme metodlarıyla inceleme yapılan deneylerde; çeşitli kanat bariyerlerinin, bu tarz bir kanat üzerinde yaşanan akım ayrılması karakteristiğine, nasıl etki ettiğini araştırmak temel amaç edinilmiştir. Bu deneylerde; akış görüntüleme tekniklerinden, iplikçik metodu ve yağ metodu sırasıyla kullanılmıştır. Kanat modelinin üst yüzeyine ait gözlemler, kanat hücum açısı kademeli olarak arttırıldıkça düzenli olarak alınmıştır. Bu gözlemler sonucunda; hücum açısının artmasıyla birlikte, özellikle kanadın firar kenarındaki iplikçikler başta olmak üzere, tüm iplikçiklerin giderek daha da kanat ucunu gösterir pozisyon aldığı ve daha sonrasında kanat uç bölgesinde akış ayrılması başlangıcına sebebiyet verdiği saptanmıştır. İlk olarak kanat uç bölgelerinde beliren bu akış ayrılmasının; hücum açısının daha fazla artmasıyla birlikte, giderek kanadın daha da iç bölgelerine doğru genişlediği ve en sonunda tüm kanat yüzeyini kapladığı görülmüştür. Geriye ok açılı kanatlarda karşılaşılan bu taşıma kuvveti kaybı karakteristiğini değiştirmenin ve kanat uç bölgesindeki ayrılmış bu akışı geri yapıştırmanın, doğru geometriye sahip bir kanat bariyerinin, doğru kanat açıklığına yerleştirilmesiyle mümkün olabildiği gözlemlenmiştir. Kanat bariyerinin eklenmesiyle; kanat uç bölgesindeki akış ayrılması giderilirken, buna eş zamanlı olarak bariyerin iç kısmında kalan kanat yüzeyinde ise, akışın bozulduğu görülmüştür. Bu durum; kanat bariyerinin aslında kanat çevresindeki potansiyel akışa etki ettiğini, yani kanadın kaldırma kuvveti katsayısı dağılımında değişiklik yarattığını destekler niteliktedir. Yukarıda özetlendiği üzere, akış görüntüleme deneylerinde; kanat bariyerinin daha çok kanat uç bölgesine olan olumlu etkisi göze çarpmıştır. Kuvvet ve moment ölçümleri için, yeni bir sistem tasarımı hem“ATI Mini-40”kuvvet/moment sensörünün entegrasyonu hem de kanat modelinin sadece yarım kanat kısmından ölçümlerin alınabilmesi açısından gerekli olmuştur. Tasarlanmış bu yeni sistem sayesinde, yarım kanadın bütünü üzerinde de bir iyileşme sağlanabildiği veya sağlanamadığı, alınan kuvvet ve moment ölçümleri sonucunda görülmüş olunacaktır. Bu yeni sistem içersinde birçok parça bulunmaktadır. Bu parçalardan birçoğu; üç boyutlu yazıcı yardımıyla PLA malzemesinden üretilirken, geriye kalanların bir kısmı ise lazer kesim makinasıyla pleksiglas malzemeden üretilmiştir. Sadece kanadı tutan ve sensöre bağlayan parça, daha mukavim olabilmesi açısından metal alaşımdan üretilmiştir. Bu sayede kuvvet ve moment ölçümlerinin doğru alınmasını zorlaştıran kanat titreşimleri de ortadan kaldırılmıştır. Yarım kanat üzerinden kuvvet ve moment ölçümleri almaya geçmeden önce, mevcut sensör kalibrasyonunun kontrolü esnasında kuvvet uygulama noktasının sensörden uzaklığıyla birlikte, ölçülen kuvvet değerinin uygulanan gerçek kuvvet değerinden giderek saptığı görülmüştür. Kanada etkiyen kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinin, sensörden belli bir uzaklıkta bulunan aerodinamik merkez noktasına etkidiği düşünüldüğünde, bu nokta ile sensör arasındaki sabit mesafeden kaynaklı, ölçülen değerlerde meydana gelecek olan sapmayı düzeltmek gerekecektir. Mesafeden kaynaklı gelen bu ölçüm sapmaları, uygulanan ek bir kalibrasyon sayesinde ortadan kaldırılmıştır. Bu ek kalibrasyonu yapmak için, aerodinamik merkez noktasının bulunduğu uzaklıktan, kütleler asılmış ve gerçek asılan kuvvet değeri ile ölçülen kuvvet değeri arasındaki ilişki elde edilmiştir. Bu elde edilen ilişki sayesinde, deneyler esnasında kanat üzerinden sensör yardımıyla okunan x ve y kuvveti değerlerinden, gerçek etki eden x ve y kuvveti değerlerine geçilmiştir. Elde edilen bu gerçek x ve y kuvveti degerlerinden ise kanada etkiyen kaldırma ve sürükleme kuvveti değerlerine ulaşılmıştır. Kuvvet ve moment ölçümlerinde, tıpkı akış görsellemelerinde olduğu gibi birçok kanat bariyerli konfigürasyon test edilmiş ve kanat bariyersiz sade kanat konfigürasyonu ile karşılaştırılmıştır. Konfigürasyonlar arasında yapılan bu karşılaştırmalar, ölçülen taşıma kuvveti katsayısı, sürükleme kuvveti katsayısı ve yunuslama momenti katsayısı üzerinden yapılmıştır. Taşıma kuvveti katsayısı açısından sonuçlar incelendiğinde, uygun geometriye sahip olan bir kanat bariyerinin kanada eklenmesiyle; kanadın maksimum taşıma kuvveti katsayısı değerinin hem yükseldiği hem de daha yüksek hücum açılarında elde edilmeye başlandığı belirlenmiştir. Yunuslama momenti katsayısı açısından sonuçlar incelendiğinde ise uygun geometriye sahip olan bir kanat bariyeri ile kanat üzerinde burun aşağı yönde moment oluşabildiği görülmüştür. Oluşan bu burun aşağı yunuslama momenti sayesinde, herhangi bir dış müdahalede bulunulmadan, kanadın hücum açısının kendiliğinden giderek azalması ve taşıma kaybı riskinin daha az olacağı düşük bir açı değerine doğru ulaşması mümkün durmaktadır. Sürükleme kuvveti katsayısı açısından sonuçlar incelendiğinde ise kanat bariyerinin eklenmesiyle birlikte kanadın sürükleme kuvveti katsayısında çoğunlukla artış meydana geldiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, iyi optimize edilmiş bir geometriye sahip kanat bariyerinin kanada eklenmesiyle; kanadın sürükleme kuvveti katsayısında meydana gelebilecek artış olabildiğince düşük seviyede tutulabilirken, geriye ok açılı bir kanada sağlanabilecek olan avantajlar da tatmin edici seviyelerde tutulabilir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the main purpose is to investigate how attaching a wing fence onto a swept wing affects the flow around. The 25° sweptback wing model having NACA 0012 symmetric airfoil sections is investigated by both flow visualizations and force/moment measurements, in low Reynolds number. In the flow visualizations, several wing fences are attached on the wing and their effects on the flow separation mechanism developing over that kind of wing is mainly aimed to be examined. In these experiments, surface tuft flow and oil flow visualization methods are both used and the upper surface of the model is observed as the angle of attack is increased by steps. With the increasing angle of attack; it is observed that the tufts, especially the ones placed closely to the wing trailing edge, and the surface oil flow traces curl gradually more and more towards to the wingtip. After a certain angle of attack, these tufts and oil traces almost take fully-directed position towards to the wingtip and flow separation over the wing initiates firstly from the wingtip region. With further increase in the angle of attack, this initiated flow separation around the wingtip region gradually expands towards to the wing center. With a properly shaped wing fence attached onto a proper spanwise location, it is observed that the wingtip stalling phenomenon of the swept wing can be suppressed, and hence delayed till to a higher angle of attack. In addition to the flow reattachment provided around the wingtip region after attaching the wing fence, simultaneously also a flow separation region is forced to be formed just inboard of the wing fence. The simultaneous formation of these two seem to be supporting that the wing fence actually affects the potential flow around the wing by redistributing the C_l distribution over the wing across itself (C_l Shift across the fence). In the force and moment measurements, designing a new system is needed to both integrate ATI Mini-40 F/T sensor into the experimental setup and also to be able to measure the forces and moments acting only on the half wing portion of the total wing model. The main objective in these measurements is to investigate whether a wing fence can also provide an improvement over the whole model wing in addition to the improvement just observed around the wingtip region in the flow visualizations. Several fence-attached configurations are experimented and then compared with the bare wing configuration in terms of lift, drag and pitching moment coefficients. It is concluded from these comparisons that by attaching a properly-shaped wing fence into a proper spanwise location on the swept wing, the maximum lift coefficient of the swept wing can be increased in value and also delayed to be experienced at higher angles of attack. Moreover, nose-down pitching moment can automatically be generated on the swept wing, and hence enhancement in the pitching stability seems to be possible. Aside from these two main advantages that a wing fence can provide; there is, of course, almost always a drag penalty which it brings with it as a main disadvantage. However, with a well-designed wing fence attached on, the performance of a swept wing can definitely be optimized and the drag penalty can be minimized as far as possible whereas the advantages it brings are maintained.
Benzer Tezler
- Küt cisimlerde sürüklenme kuvvetinin azaltılması için kilitlenmiş girdap oluşumlarının deneysel yöntemlerle araştırılması
Başlık çevirisi yok
ŞEREF ERKARA
Doktora
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ZEKİ ERİM
- Otoyollarda kullanılan geometrik ve fiziki standaertların irdelenmesi ve Türkiye'deki uygulamalar
Başlık çevirisi yok
LEYLA TÜRKSELCİ
- Humanitarian assistance policies of the European Union towards syrian refugees in Turkey
Avrupa Birliği'nin Türkiye'deki Suriyeli mültecilere yönelik insani yardım politikaları
CANSU ÇELİKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Siyasal BilimlerOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSiyaset Bilimi ve Kamu Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAŞAK KALE LACK
- Wing structural characteristics of a medium-range transport aircraft
Orta menzilli bir nakliye uçağının kanat yapısal özellikleri
MELİN ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ YAMAN
- A parametric investigation of tip injection for active tip vortex control
Aktif kanat ucu girdabı kontrolü için sağlanan kanat ucu enjeksiyonunun parametrik olarak incelenmesi
RIZA CAN DEDEKARGINOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OĞUZ UZOL