Experimental investigation of discrete to continuous vortex gust encounters
Tekil sağanak karşilaşmasindan sürekli sağanak karşilaşmasina geçişin deneysel incelenmesi
- Tez No: 807177
- Danışmanlar: PROF. DR. OKŞAN ÇETİNER YILDIRIM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Mechanical Engineering, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Sürekli şiddetli rüzgar karşılaşmaları, uçakların yüksek irtifa uçuşlarındaki atmosferik bozulmaları temsil eder ve ayrıca kentsel ortamda kayma katmanlarını geçen MAV'ler için büyük endişe kaynağıdır. Bununla birlikte, daha sonraki karşılaşma tipi çoğunlukla nispeten düşük bir Reynolds sayısı akışında büyük ölçekli rüzgarları içerir. Öte yandan, ayrık rüzgar karşılaşmaları, rüzgara maruz kalan kanatta geçici yükleme sorununu çözmek için temel araştırmalara ilgi gösterir. 1930'lardan beri ayrık rüzgarları modellemek için klasik teoriler geliştirilmiştir ve hala kullanılmaktadır ve son zamanlarda büyük ayrılmanın meydana geldiği büyük ölçekli rüzgarların düşük dereceli modellemesi için düşünülmektedir. Vorteks rüzgarları, ayrık rüzgar karşılaşmalarındaki ana kategorilerden biridir ve muhtemelen yalnızca tek yönlü hız dalgalanmalarının gözlemlenmesinin mümkün olmadığı gerçek hayat senaryosunu en iyi temsil edenidir. Bununla birlikte, deneysel olarak ayrı bir girdap fırtınası olarak veya model hareketiyle bir girdap fırtınası oluşturmak da zordur. Bir girdap rüzgarı ve enine bir rüzgarın sonuçta ortaya çıkan yüklemesi dikkate değer benzerlikler gösterse de, sert rüzgar girişi ve çıkışı kavramı oldukça farklıdır. Sürekli rüzgarların incelenmesi söz konusu olduğunda, rahatsızlığın sıklığı önemli olacaktır ve kanadın durumu, örneğin sert rüzgardan çıkmış olması veya hala etkisi altında olması, kararsız periyodik yüklemeyi belirleyecektir. Bu yüksek lisans tezinde, farklı karşılaşma frekanslarında ayrık bir girdap rüzgarıyla ve aynı ayrık rüzgarın sürekli bir formuyla karşılaşan düz bir levhayı ele almaktadır. Bir yukarı akış plakası, merkez kirişi etrafında yarım dönüşü olan negatif bir girdap rüzgarı oluşturmak için kullanılır ve ani rüzgar nesilleri arasındaki farklı durma süreleri, etrafındaki akış yapılarını ve model üzerindeki ilgili yüklemeyi araştırmak için kullanılır. Sorun, sürekli girdap rüzgarına maruz kalan bir kanadın ya bir blöf gövdesinin ardından ya da sürekli sallanan ve/veya dalan bir kanattan farklıdır. Mevcut deney düzeneğinin hazırlanma şekli, rüzgar oranını değiştirmeden girdapların frekansını bağımsız olarak belirlemek mümkündür. Yukarı akış plakası sürekli döndüğünde, duruş süresi sıfırdır ve düz plaka modeli sürekli bir girdap fırtınasıyla karşılaşır. Ayrık rüzgar temel durumu, enine rüzgarlarla karşılaştırmalı olarak da incelenir. Deneyler, İstanbul Teknik Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi Trisonik Laboratuvarı'nda yapılıyor.Su kanalının test kesiti 1010 mm'de ölçülür × Şeffaf pleksiglas duvarlı 790 mm. Deneylerde serbest akış hızı, kanat modelinin Reynolds sayısı 10,000 olmak üzere 0.1 m/s olarak ayarlanmıştır. Ayrık bir girdap rüzgarı oluşturmak için, dikdörtgen bir rüzgar üreteci plakası, kanat modelinin akış yukarısındaki merkez kirişinden 180° döndürülüyor. Sağanak üreteci plaka ve kanat modelleri, su kanalının üzerine yerleştirilmiş yunuslama servo motorlarına serbest yüzeye dik olarak takılmıştır. Sağanak üreteci servo motorlara orta ekseninden, kanat modeli ise ön kenarından takılır. Hem sağanak üreteci plakası hem de kanat modeli 5mm kalınlığında şeffaf pleksiglastan dikdörtgen profilli olarak imal edilmektedir. Deneylerde kullanılan ani sağanak üreteci plakası, 100 mm'lik bir kirişe ve 400 mm'lik bir açıklığa sahip olup, ön ve arka kenarları eğimlidir. Kanat modeli olarak 100mm kiriş uzunluğu ve 200mm kanat açıklığı olan keskin kenarlı düz plaka kullanılmıştır. Bu modellerin dönüşü, 1° çözünürlükte hatveleme gerçekleştirebilen yukarıda belirtilen servo sürücüler tarafından sağlanır. Parçacık Görüntülü Velosimetri (PIV) sistemi ile ölçüm yapmak için akış, 10 µm çapında gümüş kaplı içi boş cam küreler ile tohumlanır. Maks. İnceleme düzleminin aydınlatılması için 120mJ darbe enerjisi kullanılır. Görüntüler, 35 mm odak uzaklığına sahip Nikon objektiflere bağlı, 10 bit derinliğe ve 1600 × 200 piksel çözünürlüğe sahip bir CCD kamera ile 8 Hz'de yakalanır. Kamera, inceleme düzlemine dik olarak kanalın altına yerleştirilmiştir. Yakalanan görüntüler, Dantec Dynamic Studio V4.10.67'nin Uyarlanabilir PIV algoritması kullanılarak, 128 x 128 piksellik maksimum sorgulama alanından başlayarak 32 x 16 piksellik minimum sorgulama alanına kadar 16 x 16 piksellik bir ızgara adım boyutuyla çapraz korelasyona tabi tutulur. 32 piksel. Her durum için deneyler 5 kez tekrarlanır ve sonunda ortalaması alınır. PIV ölçümleriyle bağlantılı olarak, kanat modeli ile servo şaft arasına monte edilmiş 6 kanallı ATI NANO-25 IP68 F/T sensörü ile kanat modeline etki eden anlık kuvvetler ve torklar da elde edilmiştir. 3, 4 ve 6 saniyelik üç farklı yarı dönüş süresi incelenmiştir. T eşittir 4 saniye, enine rüzgarlara kıyasla daha önce incelediğimiz saniyedir. Yarım dönüş süresi, karşılaşma genişliğini kontrol etmek için daha kısa ve daha uzun değerlerle (3s ve 6s) değiştirilir. Ek olarak, birbirini takip eden şiddetli rüzgarlar arasındaki üç ayrı duruş süresi dahildir; sistem ya hiç aksama süresi yaşamaz (yani, Δt = 0) ya da ani bir dönemin süresine eşit veya bundan daha uzun, tipik olarak iki veya üç dönem olan bir aksama süresine maruz kalır. Kanat ve girdap rüzgarı arasındaki etkileşimi gözlemlemek için üç farklı girdap yolu incelenir ve bunlar yakın etkileşim olarak h/c = 0, alt ve üst yüzey etkileşimi olarak h/c = -0.75 ve h/c = 0.36'dır. İki şiddetli rüzgar karşılaşmasının dikkate alındığı her durum için, birbirini takip eden ayrı rüzgarlar arasındaki üç aksama süresi dikkate alınır. Ya hiç durma süresi yoktur ($\Delta t=0$) ya da bir fırtına dönemine eşit veya bir süreden daha uzun, iki veya üç dönemlik bir kesinti vardır. Sert rüzgar jeneratör plakasının sürekli dönüşü ile herhangi bir aksama süresi olmaz ve 5, 10 ve 50 rüzgar karşılaşması da dikkate alındı. Bu çalışmada kanadın üst yüzeyinden yaklaşan negatif girdap için orijinal durum olarak $h/c=+0.75$ kullanılır; ancak negatif girdabın etkisi, kanadın alt yüzeyine yakın hareket eden pozitif benzerinden ayrıştırılamaz. Bu nedenle, bunun yerine $h/c=0.36$ kabul edilir. Ancak sonuçlar, h/c > 0 durumları için pozitif etkileri izole etmenin mümkün olmadığını göstermektedir. Tekil sağanak periyodu, sağanak üretecei plakasının yarım dönüşü tarafından belirlenir. Her bir sağanak için aynı yüklemeye sahip olmak için ardışık şiddetli rüzgarlar arasındaki kesinti süresi olarak bir rüzgar oluşumu süresi beklemenin yeterli olduğu gözlemlenmiştir. Sürekli ani karşılaşma durumları için (Δt=0), kaldırma geçici durumu yüksek olduğunda neredeyse periyodik yükleme gözlenir. Yüksek şiddetli sağanakda gözlemlenen geçici yükselme genliği, sürekli yüksek şiddetli sağanakda (Δt=0) karşılaşan durumlar için azalır. Azalma tüm h/c=0 ve T=6s durumları için küçük, diğer tüm durumlar için büyüktür. Ve son olarak da $h/c =0.36$ hariç, T=6s durumları için girdap akımının etkisi çok büyüktür.
Özet (Çeviri)
This master thesis considers discrete vortex gusts and continuous variations of the same discrete gusts that a flat plate encounters at varied encounter frequencies. The investigation is conducted experimentally, using DPIV technology to visualize the flow structures and force data from the wing. The experiments are being conducted at Istanbul Technical University's Faculty of Aeronautics and Astronautics' Trisonic Laboratory. A Reynolds Number of 10.000 is used for all experiments, corresponding to U = 0.1 m/s. A flat plate upstream of the model rotates 180 degrees clockwise to generate a discrete vortex gust, and the vortex hits a stationary rectangular flat plate wing with AR_eff = 4 downstream of the vortex generator. During testing, a force-torque sensor detects the forces applied to the model. A DPIV system concurrently captures flow structures around the wing during vortex impingement. Three distinct half-rotation durations of 3, 4, and 6 seconds were investigated. T equal to 4 seconds is the one that has been examined previously in comparison to transverse gusts. The duration of half rotation is varied with shorter and longer values (3s and 6s) to control the encounter width. In addition, three distinct downtime durations between consecutive gusts are included; the system either experiences no downtime (i.e., Δt= 0), or it undergoes a downtime that is equal to or greater than the duration of a gust period, which is typically two or three periods. Three different vortex pathways are studied to observe the interaction between wing and vortex gust, and these are h/c = 0 as close interaction, h/c = -0.75, and h/c = 0.36 as lower and upper surface interaction. The study investigated the effects of vortex gust encounters on a wing. The negative vortex approaching the wing from its upper surface was originally tested at h/c=+0.75. Still, it was found that the effect of the negative vortex cannot be isolated from its positive counterpart. Therefore, $h/c=0.36$ was considered instead. However, the results showed that it was not possible to exclude the effects of the counterpart for h/c > 0. The period of the discrete gust was determined by the half rotation of the gust plate, and one period of gust generation was sufficient to achieve the same loading. In cases of continuous gust encounter with Δt=0, nearly periodic loading was observed when the lift transient was high. Additionally, it was observed that the amplitude of the lift transient decreased for continuous gust encounter cases with Δt=0. This decrease was small for all cases of h/c=0 and T=6s, but it was significant for all other cases. The effect of the vortex gust was very large for T=6s cases, except for h/c =0.36. These findings provide valuable insights into the complex nature of vortex gust encounters and their impact on wing loading.
Benzer Tezler
- Dopamin D2 reseptör antagonisti haloperidolün, sıçenlerde, görsel veya işitsel uyaranlar tarafından kontrol edilen, su alde etmeye yönelik edimsel davranış üzerindeki etkileri
Effects of dopamine D2 receptor antagonist haloperidol on the rat2s water-reinforced operant responding controlled by an auditory or visual stimulus
ARZU ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
PsikolojiHacettepe ÜniversitesiPsikoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ŞENYÜZ
- Geogrid-donatılı kum zemine oturan temellerin taşıma kapasitesi
Bearing copacity of footings on geogrid-reinforced sand
TEMEL YETİMOĞLU
- Sürekli ve kesikli adsorpsiyon sistemlerinde Basic Yellow 2 gideriminin incelenmesi
Investigation of Basic Yellow 2 in the disctere and continuous adsorption systems removal
AKİF ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Çevre MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE MALKOÇ
- Kompozit panel yapı malzemelerinin mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation on the mechanical properties of composites panel materials
EGEMEN ARABACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BEKİR YILMAZ PEKMEZCİ
- 232-Th çekirdeğinin termal nötron yakalamasi ile gama kuvvet fonksiyonunun i̇ncelenmesi
Investigation of gamma strength function of 232-Th nucleus by thermal neutron capture
CELAL AŞICI
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMEL ALĞIN