Experimental and numerical investigation of a counter-rotating boundary layer ingesting propulsion system
Zıt yönlü dönen ve sınır tabaka emişli itki sisteminin deneyselolarak ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
- Tez No: 789296
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE BAŞKAN PERÇİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 126
Özet
Bu çalışmada, sınır tabaka emişli (STE) itki sistemi konfigürasyonu, hem deneysel olarak, hem de sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Genel olarak sınır tabaka emişli itki sistemlerinin verimi, düşük hızdaki akışa sahip olan uçak gövdesi sınır tabaka profilinin motor tarafından emilmesinden kaynaklanır. Bu düşük hızdaki akışı emen motor, aynı itkiyi üretmek için daha az bir enerji sarfeder. Genel olarak da bu verimlilik yüzdesi, güç tasarrufu katsayısı (GTK) parametresi ile hesaplanmaktadır. Bu katsayı, uçak motorunun herhangi bir uçuş koşulunda iken aynı net eksenel kuvvette yüzdesel olarak geleneksel konfigürasyonlara göre ne kadar daha az enerji tükettiği belirlenerek hesaplanır. Bunun için ise, hem sınır tabaka emişli, hem de geleneksel konfigürasyonu temsil eden iki farklı konfigürasyon karşılaştırılmıştır. Verimi hesaplamak için, normal bir veter etrafında döndürülerek elde edilmiş ve uçak gövdesini temsil eden bir yapı arkasına itki sistemi yerleştirilerek güç değerleri incelenmiş ve güç tasarrufu katsayısı değerleri hesaplanmıştır. Bunun için ilk olarak zıt yönlü dönen itki sistemi içeren STE konfigürasyon, yine aynı itki sistemini içeren fakat STE olmayan konfigürasyon ile karşılaştırılmış, ve net kuvvetin sıfır olduğu durumda STE sistemde yaklaşık 16% güç tasarrufu elde edilmiştir. Ek olarak,tek pervane ile zıt yönlü dönen pervane içeren iki konsept STE konfigürasyonda karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre zıt yönlü dönen pervane konfigürasyonu, tek olana göre net kuvvetin sıfır olduğu durumda 3% daha az güç harcadığı görülmüştür. Bunun da nedeninin pervane arkasında oluşan girdapların sönümlenmesi olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca, aralıklı olarak pervaneler arasındaki mesafe kademeli olarak artırılmış, fakat tek pervaneli sisteme göre hemen hemen aynı miktarda güçten tasarruf edildiği görülmüştür. Dolayısıyla, pervaneler arasındaki mesafe ile GTK değeri arasında bir ilişki bulunamamıştır. Daha sonra, veter etrafında döndürülerek elde edilen bir gövde benzer bir gövde, yazar tarafından tasarlanarak üretimi yapılmıştır, ve STE konfigürasyon deneysel olarak incelenmiştir. Deneyde sadece yük hücresiyle kuvvet ölçümü ve fana verilen elektrik gücü ölçümleri yapılmıştır, ve net eksenel kuvvetin sıfır olduğu durumda STE olan konfigürasyonda yaklaşık 15% güç tasarrufu elde edildiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
This study investigates the performance of a boundary layer ingesting (BLI) propulsion system with a counter-rotating propulsor numerically and experimentally. The main benefit driver for a BLI propulsion system is that the propulsor ingests the boundary layer of the aircraft's fuselage, which is slower than the free stream velocity and consumes less power to generate the required thrust. The power-saving coefficient (PSC), the amount of power saved to obtain the same net streamwise force compared to the traditional podded configurations, is used to quantify the amount of power saved in this configuration. For the calculation of the PSC, two different configurations are considered: isolated propulsor-isolated fuselage configuration (i.e., non-BLI configuration) and combined propulsor-fuselage configuration (i.e., BLI configuration). The relationship between the power input and the net streamwise force is obtained for each configuration, and the PSC values are calculated. A numerical analysis is performed to assess the benefit of using a counter-rotating propulsor over a single-fan propulsor in the BLI environment. The results show that 3% power saving is obtained for the cruise condition (i.e., zero net streamwise force) in the counter-rotating concept compared to the single propulsor case, in addition to the 16% power saving obtained for the counter-rotating BLI concept compared to the non-BLI counter-rotating configuration. It is found that the main benefit driver for the counter-rotating concept stems from the recovery of the swirl. The variation of the axial distance between the propulsors in the counter-rotating concept is also investigated, and no relation is found between the axial distance and the PSC values. An experimental setup is designed and produced to analyze the performance of the counter-rotating BLI concept. PSC values are calculated by considering the electrical power input of the fan and the load cell data. The results reveal that approximately 15% of the power is saved in the BLI configuration for the cruise condition.
Benzer Tezler
- Kürenin sınır tabakayla etkileşimiyle oluşan akış yapısı ve kontrolünün deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the flow structure and its control between boundary layer and sphere
ABDULKERİM OKBAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUAMMER ÖZGÖREN
- Çukur yapıların yüzey sürtünme direncine olan etkilerinin hesaplamalı ve deneysel olarak incelenmesi
Experimental and computational investigation of the effect of dimpled surfaces on skin friction reduction
YASİN KAAN İLTER
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR ORAL ÜNAL
- Experimental and numerical investigation of the flow structures behind a car
Bir otomobil arkasındaki akış yapılarının sayısal ve deneysel araştırılması
ZAFER ZEREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. M. FEVZİ ÜNAL
PROF.DR. İ. BEDİİ ÖZDEMİR
- Sayısal yöntemler kullanarak sualtı araçlarının hidro ve vibroakustiğinin çözümü ve dijital sonar tasarımı
Hydro and vibroacoustical solution of underwater vehicles using numerical methods and digital sonar design
EMRE GÜNGÖR
Doktora
Türkçe
2018
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLYAS BEDİİ ÖZDEMİR