Numerical modeling and investigation of rotary wing aerodynamics using free vortex wake methods
Döner kanat aerodinamiğinin serbest girdap iz bölgesi yöntemleri ile sayısal modellenmesi ve incelenmesi
- Tez No: 995429
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Helikopterler ve rüzgar türbinleri için döner kanat aerodinamiğinin doğru tahmin edilmesi ve anlaşılması, verimli ulaşım ve temiz enerji üretimi için önemlidir. Ayrıca, bu tür rotor sistemlerinin tasarımında, kullanımında ve kontrolünde, rotorların aerodinamik yüklerini ve performansını düşük hesaplama maliyetiyle doğru bir şekilde tahmin etmek de çok önemlidir. Bu tez çalışmasında, C ve OpenMP dilinde yazılmış ve AeroROTOR olarak adlandırılan, paralel, zamana bağlı, üç boyutlu özgün bir rotor aerodinamiği kodu geliştirilmiştir. Bu kod, Pala Elemanı Teorisi (BET) ve Taşıma Çizgisi (LL) teorisi temel alınarak, iki farklı serbest iz bölgesi yöntemi: Serbest Girdap İz Bölgesi (FVW) modeli ve serbest Girdap Halkası İz Bölgesi (VRW) modeli ile geliştirilmiştir. Hem helikopter hem de rüzgar türbini rotorlarının farklı koşullar altındaki aerodinamik performansı ve iz bölgesi özellikleri, her iki serbest iz bölgesi modeli kullanılarak incelenmiş ve modellerin karşılaştırmalı değerlendirmesi ve yetenekleri sunulmuştur. Sonuçlar, döner kanatlı sistemlerin hızlı aerodinamik tahminleri için üç boyutlu serbest VRW modelinin potansiyelini vurgulamaktadır. HVAB helikopter rotor modeli için simülasyonlar, hem daimi hem de zamana bağlı iz bölgesi akış koşullarını dikkate alarak, havada askıda kalma ve dikey inişte Girdap Halkası Durumu (VRS) koşuluyla farklı uçuş koşulları için bir test ve doğrulama vakası olarak gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, UNAFLOW rüzgar türbini rotoru için simülasyonlar, daimi eksenel ve sapma rüzgar koşullarında ve ayrıca rotorun zamana bağlı yanal salınım hareketleriyle yine hem eksenel hem de sapma rüzgar koşullarında bir test ve doğrulama vakası olarak gerçekleştirilmiştir. VRW modelinin uygulanabilirliği gösterildikten ve FVW modeliyle ayrıntılı karşılaştırmalar yapıldıktan sonra, sarmal uç girdap geometrileri, VRW modeliyle rüzgar türbini rotorunun çözümlerinden halka noktalarının enterpolasyonuyla elde edilmiştir. Daha sonra, sarmal iz bölgesi çözümleri, uç hız oranı ve sapma açısının fonksiyonları olarak uç girdap yörüngeleri için basitleştirilmiş analitik ifadeler uydurularak yeni bir tanımlanmış iz bölgesi modeli oluşturmak için kullanılır. Elde edilen yeni tanımlanmış iz bölgesi modeli, daimi eksenel ve sapma rüzgar koşullarında iz bölgesi geometrisini başarıyla yeniden üreterek, ihmal edilebilir bir doğruluk kaybıyla indüklenen hızların ve aerodinamik yüklerin verimli ve doğru hesaplanmasını sağlamakta ve böylece rotor aerodinamik performans tahminleri için pratik ve hesaplama açısından verimli bir alternatif sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Accurate predictions and understanding of rotary wing aerodynamics for helicopters and wind turbines are important for efficient transportation and clean energy generation. It is also essential to predict the aerodynamic loads and performance of rotors accurately with low computational cost during design, usage, and control of such rotor systems. In this thesis study, an in-house parallel unsteady three-dimensional rotor aerodynamics code written in C and OpenMP and called as AeroROTOR has been developed, which is based on the Blade Element Theory (BET) and Lifting Line (LL) theory with two different free wake methods: Free Vortex Wake (FVW) model and free Vortex Ring Wake (VRW) model. The aerodynamic performance and wake characteristics of both helicopter and wind turbine rotors under different conditions are investigated using both free wake models, and the comparative evaluation and capabilities of the models are presented. The results highlight the potential of the three-dimensional free VRW model for rapid aerodynamic predictions of rotary-wing systems. The simulations for the HVAB helicopter rotor model are performed as a test and validation case for different flight conditions in hover and vertical descent with Vortex Ring State (VRS) condition, considering both steady and unsteady wake flow conditions. Then, the simulations for the UNAFLOW wind turbine rotor as a test and validation case are performed in steady axial and yaw wind conditions, and also with unsteady sway motions of the rotor again in both axial and yaw wind conditions. After showing the applicability of the VRW model with detailed comparisons with the FVW model, the helical tip vortex geometries are obtained by interpolating the ring points from the solutions of the wind turbine rotor with the VRW model. The helical wake solutions are then used to construct a new prescribed wake model by fitting simplified analytical expressions for the tip vortex trajectories as functions of tip-speed ratio and yaw angle. The resulting new prescribed wake model successfully reproduces the wake geometry in steady axial and yaw wind conditions, enabling efficient and accurate calculations of induced velocities and aerodynamic loads with negligible loss of accuracy, thus offering a practical and computationally efficient alternative for rotor aerodynamic performance predictions.
Benzer Tezler
- Elektro erozyon ile işlemede döner elektrot kullanarak delik delmede dielektrik sıvısına karıştırılan tozların ve ısıtmanın işleme performansına etkisinin araştırılması ve multi fizik simülasyonu
Investigation and multi physics simulation of effect of adding powder into dielectric fluid and heating on processing performance in drilling with electric discharge machining using rotary electrode
OĞUZ ERDEM
Doktora
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM USLAN
PROF. DR. CAN ÇOĞUN
- Derin zemin karıştırma kolonlarının yol dolgusu altındaki kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin düşey deplasmanı üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of deep soil mixing columns on the vertical displacement of cohesive and cohesionless soils under embankment
ESMA ALAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜGE BALKAYA
- Rotor dynamics analysis overhung rotor-bearing configuration
Konsol rotor-rulman konfigürasyonun rotordinamik analizi
KAYHAN KURUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
- Otomotiv sektöründe kullanılan hassas borularda E235 çeliğinin boru büküm parametrelerinin malzemenin mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of tube bending parameters on the mechanical properties of E235 steel used in precision tubes in the automotive industry
EREN YETEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Otomotiv MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. CEM KAHRUMAN
- Döner salınımlı hareket yapan düz ve oluklu silindirlerin akış yapısının deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow structure of rotary oscillating smooth and corrugated cylinders
MUSTAFA SÖYLER
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. COŞKUN ÖZALP