The effects of the double-wavelenght leading edge serrations on aerodynamic performance of the wing
Çift dalga boylu hücum kenarı çentiklerinin kanadın aerodinamik performansı üzerindeki etkileri
- Tez No: 835310
- Danışmanlar: DR. DUYGU ERDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aeronautical 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: 101
Özet
Gürültünün çevre ve canlılar üzerindeki negatif etkileri herkes tarafından bilinen bir durumdur. Gürültü kaynaklarından biri de havacılıktır. Bu yüzden, gürültü seviyelerinin azaltılması havacılık açısından oldukça önemli bir konu haline gelmiştir. Bu etkilerden dolayı havacılıkta gürültü azaltma metodları üzerine pek çok çalışma bulunmaktadır. Özellikle son zamanlarda üzerine odaklanılan çalışmalar pasif kontrol yöntemlerinden biri olan çift dalga boylu hücum kenarı çentiklerinin kanatlar üzerine uygulanmasıdır. Bu çift dalga boyuna sahip tasarımlar temelde iki sinüs dalgasının birbirine eklenmesi sonucu elde edilmektedirler. Yapılmakta olan çalışmalar incelendiğinde, deneylerin belirli bir hücum açısı değerinde ve sadece gürültü odaklı olduğu gözlemlenmiştir. Yani büyük bir çoğunluğunda böyle bir tasarıma sahip kanatların aerodinamik performansının nasıl etkilendiği konusu ele alınmamıştır ki bu da literatürde eksik olduğu düşünülen bir durumdur. Bu tezde, literatürde gürültü etkisi incelenmiş çift dalga boylu hücum kenarı çentiklerine sahip kanatların aerodinamik açıdan performanslarının nasıl etkileneceğinin deneysel olarak araştırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda tezin ilk bölümünde öncelikli olarak neden gürültü azaltılmasının önemli olduğuna değinen bir giriş yapılmıştır. Ardından kanatlar üzerinde gürültünün nerelerde ve nasıl meydana geldiği açıklanmıştır. Gürültü kaynağının incelenmesinin ardından, kanatlarda meydana gelen gürültünün azaltılması hususunda geçmişten günümüze hangi yöntemlerin kullanıldığı detaylı olarak belirtilmiştir. Son zamanlardaki çalışmaların hücum ya da firar kenarlarına uygulanan çentikler olduğundan bahsedilerek bu konu üzerine yapılan çalışmalar detaylandırılmıştır. Tez içeriğinde referans olarak kullanılan çalışma hakkında detaylı bir bilgi sağlandıktan sonra tezin motivasyonunun neler olduğuna değinilmiştir. Tezin ikinci kısmında, deneylerde kullanılan kanat tasarımlarından bahsedilmiştir. Bu kapsamda ilk olarak genlik değişimine bağlı çift dalga boylu hücum kenarı çentiklerinin iki boyutlu şekilleri çizimler yardmıyla gösterilmiş ve tasarım parametreleri tablo olarak verilmiştir. Ardından NACA 65-(12)10 kanat profilini kullanılarak oluşturulan kanatların üç boyutlu tasarımlarından bahsedilmiştir. Kanatların tasarımları için nelere dikkat edilmiş olduğu özetlenmiştir.Deneyler ve üretim sırasında kolaylık sağlaması için kanat arka ve ön olarak iki parça halinde üretilmiştir ve bu parçalar birbiri içerisinden kayarak geçebilmektedir. Bu sayede arka parçaların sabit kalması planlanmıştır. Kanatların üç boyutlu çizimleri Solidworks programı yardımıyla yapılmıştır. Program yardımıyla hazırlanan çizimler, sonrasında 3B yazıcı ile üretilmiş ve yüzey pürüzleri elimine edilmiştir. 3B yazıcının boyutlarından dolayı üretilen parçaların boyutları konusunda da bir sınır bulunmkatadır.Bu sınıra uygun üretim yapılabilmesi için kanat genişliği doğrultusun- -da kanat eşit parçalara ayrılarak düşünülmüştür. Yani toplamda beş eşit parçanın bir araya gelmesi ile kanat tasarlanan kanat genişliğine ulaşmaktadır. İki farklı genliğe sahip çift dalga boylu tasarımlara ek olarak kıyaslama yapılabilmesi için düz hücum kenarına sahip bir kanat da üretilmiştir. Yani toplamda 3 farklı kanat bulunmaktadır. Üretilen bu kanatlar görselleriyle birlikte açıklanmıştır. Tezin üçüncü bölümünde ise deney düzeneği hakkında bilgi verilmiştir. Aerodinamik açıdan yapılan deneyler İstanbul Teknik Üniversitesi bünyesinde yer alan Trisonik Araştırma Laboratuvarı'ndaki sesaltı, açık devre rüzgar tüneli ile sağlanmıştır. Deneyler tek bir hız değerinde gerçekleştirilmiştir. Parçalar halinde üretilen kanatlar bir araya getirilerek deney odasına yerleştirilmiştir. Kanatların deney odasındaki yerleşimi görsel olarak sunulmuştur. Ayrıca deneyler sırasında hücum açısı da değiştiği için hücum açısının ayarlandığı basit bir mekanizma da yapılmıştır. Hücum açısının bu mekanizma sayesinde nasıl ayarlandığı örnek bir görselle de ifade edilmiştir.Basınç ölçüm ve akım görüntüleme yöntemlerinin nasıl olduğundan da bahsedilmiştir. Basınç ölçümlerini yapabilmek için kanat yüzeyinde delikler açılarak basınç hortumlarının yerleştirilmesi gerekmektedir. Yüzeyin teğetine dik olacak şekilde konumu belirlenen bu delikler yine Solidworks programı aracılığıyla yapılmış olup doğrudan delikli olarak üretilmiştir.Sonrasında bu kısımlardan basınç hortumları yerleştirilmiştir. Kanadın arka parçası için yüzeyde bir kapak tasarlanmıştır ve bu sayede basınç hortumlarının yerleşimi kolaylıkla yapılabilmiştir. Hem basınç deliklerinin kanat üzerindeki duruşu hem de basınç hortımların yerleştirilmiş hali fotoğraflar yardımıyla daha net olarak anlatılmıştır.Bunun yanı sıra basınç ölçümleri sırasından kullanılmış olan cihaz hakkında da özet bilgi verilmiştir. Akım görüntüleme deneyleri içinse 'iplikçik' metodunun kullanılması planlanmıştır. İplikçik yöntemi ile görüntülemenin nasıl yapıldığı, kullanılan malzemeler, iplik boyutları gibi bu yönteme dair temel bilgilerden bahsedilmiştir. Sonrasında ise tez kapsamında yapılan deneylerde kullanılan kanatlar üzerindeki iplikçik metodu uygulaması görsel ile özetlenmiştir. Tüm bu yöntemlerin uygulanması sırasında hücum açısı da düşük değerden yüksek değere doğru arttırılarak hücum açısı etkisi de incelenmiştir. Deney sonuçlarından tezin dördüncü bölümünde bahsedilmiştir. İlk olarak akım görüntüleme deneylerine ait sonuçlar verilmiştir. Her bir kanat için ayrı ayrı fotoğraflar olup kanatlar içerisinde de ölçülen her bir açı değeri için de ayrı görseller verilmiştir. Bu sayede açı geçişlerinde kanat üzerindeki akışın davranışının nasıl değiştiği de daha net olarak gözlemlenmiştir. Akım görüntüleme sonuçlarının verilmesinin ardından, deneylerden elde edilen basınç ölçümlerinden bahsedilmiştir. Basınç değerlerine başlanmadan önce ölçümler hakkında bilgi verilmiştir. Çift dalga boyu çentikli kanatların tasarımlarından dolayı ölçülmesi gereken iki farklı kesit bulunmaktadır. Kesit olarak ifade edilen yerlerin nereye denk geldiği yine çizim görselleri yardımıyla açıklanmıştır. Bu kesit durumlarından dolayı ölçüm yapılacak basınç noktaları da hem konum olarak hem sayı olarak farklılık göstermiştir.Bu kapsamda yapılan deneyler sırasında hangi kanadın hangi kesitinde ne kadar basınç noktası olduğu belirtilmiştir. Ölçülen basınç değerleri boyutsuzlaştırılarak daha anlamlı hale getirilmiştir. Yani tünelden alınan toplam ve statik basınçlar kullanılarak, ölçülen basınçlar basınç katsayısı olarak ifade edilmiştir. Bu katsayıya ait formül de bölüm içerisinde verilmiştir. Grafikler oluşturulurken x noktaları da ortalama veter ile boyutsuzlaştırılarak kullanılmıştır. Ardından, akım görüntülemede de olduğu gibi her bir kanat ayrı ayrı grafikler incelenmiştir. İlk olarak referans kanat ile başlanmıştır.Referans kanatta kendi deneysel verilerimizle literatürden elde edilmiş olan bu kanada ait deneysel veriler de ayrıca kıyaslanmıştır. Kanatta ayrılmanın olabi- -leceği açılar belirlenmiştir. Sonrasında sırasıyla DW1 ve DW2 olarak adlandırılmış olan iki farklı genlikli kanatların basınç katsayısı grafikleri verilmiştir. Bu kanatlar için de ayrılmanın tam olarak gözlemlenildiği düşünülen açılar belirlenmiştir. Her bir kanada ait basınç verilerinin ayrı ayrı incelenmesinin ardından kanatların birbirleriyle olan durumu hakkında kıyaslama yapılmıştır. Kıyaslama yapılırken, basınç katsayıları kullanılarak kanat üzerindeki akışa dik ve akışa paralel bileşenler hesaplanmıştır. Akışa dik bileşen Cpl, akışa paralel bileşen ise Cpd olarak isimlendirilmiştir. Bu bileşenlerin grafikleri doğrultusunda kanatların aerodinamik performanslarının birbirlerine göre olan durumu hakkında yorumda bulunulmuştur. Sonuç bölümünde yapılan çalışmalardan elde edilen veriler özetlenerek tez sonlandırılmıştır. Bu tezde yapılmış olan deneysel çalışmanın sonuçlarına göre, kanadın üst yüzeyinden elde edilen basınç katsayıları ve bunların akışa dik ve paralel bileşenleri, tasarlanan kanatların referans düz kanada göre yüksek hücum açılarına dayanımının daha iyi olduğunu göstermiştir. Bu iki, çift dalga boyu çentikli hücum kenarına sahip kanatlar arasında ise toplam genlik olarak ifade edilen 2a değerinin daha küçük olduğu kanatta bu dayanımın daha iyi olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The negative effects of noise on the environment and living things are known to everyone. One of the sources of noise is aviation. So, noise reduction is a very important issue in aviation. Due to the effects of noise, there are many studies on noise reduction methods. Recent studies have focused especially on double-wavelength leading edge profiles designed as a combination of sine wave functions. When the studies in progress were examined, it was observed that the experiments were at a certain angle of attack and focused only on noise. In other words, the issue of how the aerodynamic performance of wings with such a design is affected in the majority of studies is not discussed, which is a situation considered to be missing in the literature. In this thesis, it is aimed to experimentally investigate how will be affected the aerodynamic performance of wings with double wavelength leading edge serrations, whose noise effect has been examined in the literature. In this context, an introduction has been made in the first part of the thesis that primarily focuses on why noise reduction is important. Then, where and how the noise occurs on the wings is explained. Following the examination of the noise source, the methods used from past to present to reduce the noise on the wings are imparted in detail. It is mentioned that the recent studies are serrations applied to the leading or trailing edges, and the studies on this subject are detailed. After providing detailed information about the study used as a reference in the content of the thesis, the motivation of the thesis is mentioned. In the second part of the thesis, the wing designs used in the experiments are mentioned. In this context, firstly, the two-dimensional shapes of the double wavelength leading edge serrations depending on the amplitude change are shown with the help of drawings and the design parameters are given as a table. Then, the three-dimensional designs of the wings created using the NACA 65-(12)10 airfoil were mentioned. At the same time, the situations that were taken into consideration during the wing drawings and that the wing was designed in two parts, front and rear, and that these parts could slide inside each other were mentioned. Three-dimensional drawings of the wings were made with the help of Solidworks program. By the way, it was also mentioned that due to the size limit in production, the wing was produced by dividing it into equal parts in the spanwise direction. The drawings prepared with the help of the program and then produced with a 3D printer and the surface roughness was eliminated. In addition to the double wavelength designs with two different amplitudes, a straight leading edge wing was also produced for comparison. So, in total there are 3 different wings. In the third part of the thesis, information about the experimental setup is given. Experiments in terms of aerodynamics were provided by the subsonic, open circuit wind tunnel in the Trisonic Research Laboratory within Istanbul Technical University. The speed at which the experiments were carried out, the placement of the wings in the tunnel and the angle of attack adjustment mechanism are also mentioned in this section. In addition, pressure measurement and flow visualization methods were mentioned. The placement of pressure taps on the wing for pressure measurement is explained visually. Additionally, brief information is given about the device used in the measurements. The tuft method was used during the flow visualization experiments, its features were briefly mentioned, and its application on the wings produced within the scope of the thesis was visually demonstrated. During the application of these methods, the angle of attack was also increased from low to high, and the effect of angle of attack was also examined. The experimental results are mentioned in the fourth chapter of the thesis. First, photographs obtained from flow imaging experiments were shown for each wing separately. Explanations were made with the help of images about the flow, whose behavior on the wing changes as the angle of attack changes. Following the results of the flow visualization experiments, the data obtained from the pressure measurements were presented graphically. Also shown is the comparison graph for the baseline wing. The graphs are non-dimensional and the pressure coefficient is used instead of pressure. To compare the wings with each other, the components perpendicular to the flow and parallel to the flow were calculated using the pressure coefficients obtained from the upper surface of the wing. The component perpendicular to the flow is called Cpl, and the component parallel to the flow is called Cpd. Using these data expressed in graphics, a comment was made about the aerodynamic performance of the wings relative to each other. In the conclusion part, the thesis was concluded by summarizing the data obtained from the experiments. According to the results of the experimental study conducted in this thesis, the pressure coefficients obtained from the upper surface of the wing and their perpendicular and parallel components to the flow have shown that the designed wings have better resistance to high angles of attack than the baseline wing. Among these two wings with double wavelength notched leading edges, it has been observed that this strength is better in the wing where the 2a value, expressed as the total amplitude, is smaller.
Benzer Tezler
- Computational simulation and realization of three-dimensional metamaterials with various exotic properties
Çeşitli sıradışı özelliklere sahip üç boyutlu metamalzemelerin hesaplamalı benzetimleri ve gerçeklenmeleri
HANDE İBİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Application of high performance liquid chromatography to the purification of restriction enzymes
Yüksek performanslı likit kromotografinin restiksiyon enzim saflaştırmasına uygulanması
SEMRA YILMAZ
- Oktakıs (alkiltiyo)-substitue ftasoliyaninlerin sentezi ve Ag(I), Pd(II) iyonlarıyla etkileşimi
Synthesis of octakis (alklythia)-substituted phthalociyanines and their interactions with Ag(I) and Pd(II) ions
AYŞE GÜL GÜREK
- 5G uyumlu 6GHz altı IoT uygulamaları için düzlemsel güç bölücü tasarımı
Planar power divider design for 5G compatible sub-6 GHz IoT applications
MEHMET ÇAKIR
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEYHUN KARPUZ
DOÇ. DR. ALİ KÜRŞAD GÖRÜR