Düşük reynolds sayılı akışlarda pervane kanat etkileşiminin kanat aerodinamiğine etkilerinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of the effects of propeller-wing interaction on wing aerodynamics at low reynolds number flows
- Tez No: 988997
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLYAS KARASU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Rüzgar tüneli, Uçak kanatları, Zamanla değişen aerodinamik, Wind tunnel, Aircraft wings, Unsteady aerodynamics
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Samsun Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İHA, MHA ve KHM platformlarının operasyon aralığı olan düşük Reynolds sayısı rejiminde (Re<500,000), PWI'ın performansa etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Bu akış rejiminde karşılaşılan en temel sorun, kanat performansını düşüren ve daimi olmayan duruma yol açan laminer ayrılma kabarcığı (LSB) oluşumudur. Kanat ucu girdapları, PWI, LSB ve yer etkisi gibi karmaşık mekanizmaların bir arada gözlemlendiği bu çalışmada, düşük Re'de opere olan hava araçlarında da kullanılan NACA 4415 kanat profili ve çekici pervane tipli elektrik motoru kullanılmıştır. Rüzgâr tünelinde, 3.8 açıklık oranındaki sonlu kanat; farklı Re sayıları, hücum açıları, ilerleme oranları, pervane konumları ve pervane çeşitleriyle deneysel olarak test edilmiştir. Deneysel veriler; yük hücresi ile kuvvet ölçümleri ve yağla akış görselleştirme teknikleri kullanılarak elde edilmiştir. Literatürdeki mevcut çalışmalardan farklı olarak bu tezde; aerodinamik katsayılar sadece J üzerinden değil; aynı devir sayısında farklı pervaneler, sabit hatvede değişen çap ve sabit çapta değişen hatve parametreleri izole edilerek sistematik bir şekilde analiz edilmiştir. Ayrıca, pervane akımının kanat üzerindeki daimi olmayan (unsteady) etkileri de yük hücresinden alınan veriler üzerinden incelenmiştir. Bulgular, pervane art izinin kanat üzerindeki sınır tabakayı enerjilendirerek akış ayrılmasını geciktirdiğini ve LSB'yi lokal olarak baskıladığını göstermiştir. Özellikle düşük J'de, sade kanada kıyasla en yüksek taşıma katsasyısında %100'e varan artışlar kaydedilmiş ve kanadın stall açısı 2° kadar ötelenmiştir. Bunula birlikte pervane çapının artırılmasının, hatve artışına kıyasla taşıma katsayısı artışında daha baskın bir rol oynadığı, ancak indüklenmiş sürükleme nedeniyle toplam sürükleme katsayısının da artırdığı tespit edilmiştir. Pervaneli kanatların daimi olmayan analizleri, kanat yüklemesinde belirgin dalgalanmalar yarattığını ortaya koymuştur. Çalışmanın sonucunda, MHA gibi hava araçlarının kalkış/iniş (yüksek taşıma katsayısı) ve seyir (düşük sürükleme katsayısı) performanslarını dengelemek amacıyla; düşük J değerlerinde yüksek itki sağlayan geniş çaplı pervaneler ile seyir verimliliğini koruyan optimum hatve değerlerini birleştiren hibrit bir pervane seçim ve yerleşim stratejisi önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
The effects of PWI on aerodynamic performance were experimentally investigated in the low Re regime (Re < 500,000), typical of UAV, MAV, and UAM platforms. The fundamental challenge encountered in this flow regime is the formation of the LSB, which deteriorates wing performance and induces unsteady flow conditions. Focusing on complex mechanisms such as wingtip vortices, PWI, LSB, and ground effect, utilized the NACA 4415 airfoil and a tractor-type propeller configuration commonly employed in low-Reynolds air vehicles. A finite wing with (AR: 3.8) was tested in a wind tunnel across varying Re, 𝛼, advance ratios, propeller positions, and propeller configurations. Experimental data were acquired via force measurements using a load cell and surface oil flow visualization techniques. Distinct from existing studies in the literature, this thesis systematically analyzes aerodynamic coefficients not solely as a function of the J, but by isolating parameters such as different propellers at constant RPM, varying diameter at constant pitch, and varying pitch at constant diameter. Additionally, the unsteady effects of the propeller slipstream on the wing were examined using data from the load cell. Results show that the slipstream energizes the boundary layer, delaying flow separation and locally suppressing LSB formation. Particularly at low J, increases of up to 100% in 𝑚𝑎𝑥imum lift coefficient were recorded compared to the clean wing configuration, and the stall angle was delayed by 2°. Concurrently, it was observed that increasing the propeller diameter plays a more dominant role in augmenting lift coefficient compared to increasing the pitch; however, this also results in an increase in total drag coefficient due to induced drag. Unsteady analyses of the propeller-wing configuration revealed significant fluctuations in wing loading. Consequently, to balance the takeoff/landing (high lift coefficient) and cruise (low drag coefficient) performance requirements of platforms such as MAVs, a hybrid propeller selection and placement strategy is proposed. This strategy integrates large-diameter propellers, which provide high thrust at low J, with optimum pitch values that maintain cruise efficiency.
Benzer Tezler
- Dönmeli akışlarda boru girişinde akışkan sıvaklığının keyfi değişiminin ısı transferine etkisi
Unsteady turbulance forced convection for swirking how in pipes with arbitrary variation of inlet temperature
RASİM BEHÇET
Doktora
Türkçe
1998
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KEMAL YAKUT
- Düşük Reynolds sayılı akışlarda hedef akış ölçerlerdeki akış fiziğinin incelenmesi
Low Reynolds number flow analysis of target flowmeter
ÜMİT NAZLI TEMEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ PINARBAŞI
- Düşük reynolds sayılı akışlarda kanat profili üzerinde türbülansa geçişin ve laminer ayrılma kabarcığının deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigations of transition to turbulence and laminar separation bubble over aerofoil at low reynolds number flows
İLYAS KARASU
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Havacılık ve Uzay MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
- Düşük Reynolds sayılı akışlarda kanat profili üzerindeki akışa ses dalgalarının etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of effect of acoustic forcing to flow over an aerofoil at low Reynolds number flows
HALİL HAKAN AÇIKEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
- Düşük Reynolds sayılı akışlarda kanat üzerinde kararsız aerodinamiğin incelenmesi
Investigation of unstable aerodynamics over wing at low Reynolds number flows
GÖKHAN ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ