SENTETİK JET PARAMETRELERİNİN ELİPTİK PROFİL VE KANAT KESİDİ ÜZERİNDEKİ AKIŞIN KONTROLÜ İÇİN YANIT YÜZEYİ YÖNTEMİ İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ

Transkript

1 II. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI Ekim 008, İTÜ, İstanbul SENTETİK JET PARAMETRELERİNİN ELİPTİK PROFİL VE KANAT KESİDİ ÜZERİNDEKİ AKIŞIN KONTROLÜ İÇİN YANIT YÜZEYİ YÖNTEMİ İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ Engin ERLER 1 Havelsan, Ankara Eray AKÇAYÖZ ve İsmail H. TUNCER 3 ODTÜ, Ankara ÖZET Bu çalışmada %1,5 kalınlığa sahip bir eliptik profil ve NACA 0015 kanat kesidi üzerine yerleştirilen sentetik lerin akış üzerindeki etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Yapılan önceki çalışmalardan sonra en iyi akış kontrolünü elde edebilmek için in hızı, yeri, açısı ve frekansının eniyileştirilmesi yoluna gidilmiştir. Zamana bağlı, viskoz ve türbülanslı akış boyutlu Navier-Stokes çözücüsü ve Spalart-Allmaras türbülans modeli kullanılarak paralel olarak çözülmüştür. Eniyileştirme yöntemi olarak Yanıt Yüzeyi Yöntemi (Response Surface Methodology, RSM) kullanılmıştır. Eliptik profil için sürükleme kuvveti, kanat kesidi için ise kaldırma ve sürükleme kuvvetleri oranı eniyileştirilmiştir. Eniyileştirme çalışmaları sonucunda, eliptik profil için sürükleme kuvvetinin 0º hücum açısı için %34.5, 4º hücum açısı için % azaldığı görülmüştür. NACA 0015 kanat kesidi için ise kaldırma ve sürükleme kuvvetleri oranının 10º hücum açısı için %8., 14º hücum açısı için %17.9 ve 18º hücum açısı için % 11 arttığı görülmüştür. a Açık hava ses hızı c Veter uzunluğu (chord) C µ Boyutsuz momentum katsayısı C P Boyutsuz güç katsayısı F Jet frekansı F Boyutsuz frekansı (F c/ a ) F + Boyutsuz frekansı (F c/ U ) M Mach sayısı Re Reynolds sayısı (ρ U c / μ ) U Açık hava hızı U Jetin hızı u Boyutsuz hızı (U / U ) W Jetin genişliği w Boyutsuz genişliği (W / c) X Jetin yeri x Boyutsuz yeri (X / c) α Hucüm açısı SİMGELER 1 3 Sistem Mühendisi, Simülasyon Sistemleri Eğitim Grup Başkanlığı, E-posta: eerler@havelsan.com.tr Doktora Öğrencisi, Havacılık ve Uzay Müh. Böl., E-posta: eakcayoz@ae.metu.edu.tr Prof. Dr., Havacılık ve Uzay Müh. Böl., E-posta: tuncer@ae.metu.edu.tr

2 α ρ ρ μ Jet açısı Yoğunluk Jet yoğunluğu Açık hava akışmazlığı GİRİŞ Günümüzde kullanılarak sağlanan aktif akış kontrolü üzerine yapılan araştırmalar yaygınlaşmaktadır. Kontrol yüzeyleri kullanılarak, akışa hiçbir enerji eklemeden elde edilen pasif akış kontrolünün yerine, aktif akış kontrolünde kanat üzerindeki akışa enerji verilerek akış kontrolü sağlanmaktadır. Aktif akış kontrolünün UAV, helikopter, roket ve otomobil üzerinde test amaçlı uygulamaları görülmektedir [4]. Aktif akış kontrolünde bir yardımıyla akışın sürekli veya periyodik olarak üflenmesi, sürekli veya periyodik olarak emilmesi ve üfleme/emme hareketinin periyodik olarak yapılması yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin hepsinde kanat kesidi gerçekte değişmemesine karşın kanat üzerindeki akış değiştiği için kanadın şeklinin sanal olarak değiştirildiği ve akış kontrolün sağlandığı söylenebilir. Aktif akış kontrolünün amaçları arasında sürükleme kuvvetinin azaltılması, kaldırma kuvvetinin arttırılması, perdövitesin (stall) geciktirilmesi, akışın kısmi veya tamamen yüzeye bağlanması, motor sesinin azaltılması gibi konular bulunmaktadır. Kanat üzerindeki havanın sürekli olarak üflenmesi veya emilmesi ile sağlanan akış kontrolü hava tankı, havanın iletilmesi için borular, motor gibi ağır olan parçalar ve fazla enerji gerektirdiği için uygulamada güçlükler yaşanmakta ve daha kolay uygulanabilir yöntemler aranmaktadır. Aktif akış kontrolü teknikleri arasında sentetik in kullanımı, uygulanması kolay olduğu için yaygınlaşmaktadır. Şekil 1 de gösterildiği gibi, sentetik bir diyaframın titreştirilmesi sonucu kanat üzerindeki akışın periyodik olarak emilmesi ve üflenmesiyle elde edilir. Kanat üzerindeki akış kullanıldığı için ortama fazladan kütle eklenmez ancak akışın sahip olduğu momentum arttırılmış olur. Şekil 1: Sentetik [4] Günümüzde, sentetik le ilgili olarak çeşitli deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmaktadır. En ilgi çeken çalışmalardan biri sentetik in insansız bir hava aracında (İHA) kullanılmasıdır [4]. Bu çalışma sonucunda hücum kenarında oluşan akış ayrılması kontrol edilerek İHA nın dönüş hızı artırılmıştır. Ayrıca kullanılan kontrol mekanizmanın, kontrol yüzeylerinde kullanılan kontrol mekanizmalarına kıyasla daha hafif olması nedeniyle, tasarlanan İHA nın ağırlığı azalmıştır. Literatürde yapılan bir çalışmada NACA 0015 kanat kesidi üzerine yerleştirilmiş sentetik etkisi deneysel olarak gözlenmiştir [5]. Çalışmada sentetik in akış ayrılmasının görüldüğü noktadan uygulanması durumunda etkisinin azaldığı belirtilmiştir. Sentetik in kanat hücum kenarına yerleştirilmesi durumunda, akış durma noktasının kaydığı ve kanada hücum açısı verildiğinde ortaya çıkan sonuca benzer bir şekilde kaldırma kuvvetinin arttığı görülmüştür.

3 Glezer ve Amitay [8], silindir üzerinde yaptıkları deneyler sonucunda ayrılma bölgesinden uygulanan sentetik in, akışın yeniden yüzeye bağlanmasını sağladığını, akış ayrılmasından önce uygulanan sentetik in ise sürükleme kuvveti ve akış ayrılmasını arttırdığını gözlemlemişlerdir. Ayrıca frekansı üzerinde yapılan çalışma sonucunda, en etkili frekansının F + =1 civarında olduğu; frekansının yeterince yüksek olması durumunda (F + >) ise aerodinamik kuvvetlerin frekanstan bağımsız hale geldiği ifade edilmiştir. Önceki çalışmalarda [1,], her iki profil için de normal ve çevresel yönlerdeki çözüm ağı yakınsatılması çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen çözüm ağları ile her iki profil için siz ve li durumlarda çözümler elde edilmiş ve sayısal sonuçlar deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlarla kıyaslanarak akış çözücünün doğruluğu gösterilmiştir. Sentetik e ait hız, frekans ve açı değişkenlerinin akış üzerindeki etkileri parametrik olarak incelenmiştir. Çalışmalarda eliptik profil ve kanat kesidi için, akış kontrolünün sürükleme kuvvetini azaltıp, kaldırma kuvvetini arttırdığı görülmüştür. Ancak sentetik in yüksek bir açısıyla uygulanması durumunda aerodinamik kuvvetlerin negatif yönde etkilendiği gözlemlenmiştir. Sentetik etkisinin hızı ile arttığı ve frekansına en az bağlı olduğu görülmüştür. Bu çalışmada %1,5 veter uzunluğu kalınlığına sahip bir eliptik profil ve NACA 0015 kanat kesidi için sentetik parametrelerinin eniyileştirme çalışmalarına yer verilmiştir. Eliptik profil için eniyileştirme amacı sürükleme kuvvetinin en aza indirilmesini sağlamak iken NACA 0015 kanat kesidi için kaldırma ve sürükleme kuvvetleri oranın artırılmasını sağlamaktır. Eniyileştirme çalışmalarında eniyileştirme değişkenleri olarak sentetik in hızı, yeri, açısı ve frekansı kullanılmıştır. NACA 0015 kanat kesidi için akış ayrılmasının yüksek hücum açılarında başlaması nedeniyle α=10, α=14 ve α=18 hücum açılarında, eliptik profil için ise sıfır derece hücum açısında bile akış ayrılması görülmesi nedeniyle α=0 ve α=4 hücum açılarında eniyileştirme çalışmaları yapılmıştır. Eniyileştirme çalışmalarında Yanıt Yüzeyi Yöntemi (YYY) kullanılmıştır. Hem eliptik profil hem de NACA 0015 kanat kesidi için güç katsayısı sabit tutularak eniyileştirme yapılmıştır. YÖNTEM Kanat kesidi ve eliptik profil üzerindeki türbülanslı akış Navier-Stokes çözücüsü kullanılarak zamana bağlı bir biçimde çözülmüştür. Türbülanslı akışın modellenmesinde Spalart-Allmaras türbülans modeli kullanılmıştır. Çözüm ağı parçalara ayrılmış ve zamana bağlı çözümler paralel olarak elde edilmiştir. Sentetik in modellenmesinde in hızı, yeri, açısı, frekansı ve frekansı kullanılmış ve sentetik akış çözücüsüne bir sınır koşulu olarak dâhil edilmiştir. Eniyileştirme çalışmaları eliptik profil ve kanat kesidi için farklı hücum açılarında gerçekleştirilmiş ve optimum sentetik parametrelerinin tahmininde YYY kullanılmıştır. Navier Stokes Çözücü Denklemler yüksek korunumlu (implicit) olarak ve üçüncü dereceden Osher akış yönü (upwind) akı (flux) farkı ayrıştırma yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Türbülansın modellenmesinde Spalart- Allmaras türbülans modeli kullanılmış ve zamana bağlı akış çözümleri Parallel Virtual Machine (PVM) kütüphanesi rutinleri kullanılarak paralel olarak yapılmıştır. Jet Uygulaması Çalışmada sentetik, in yerleştirildiği kanat yüzeyi üzerinde gerekli sınır koşullarının tanımlanmasıyla modellenmiştir. Kanat kesidinin geri kalan kısımlarında ise kaymama (no-slip) sınır koşulu uygulanmıştır. Kanat kesidi üzerinde hızının periyodik bir biçimde artırılıp/azaltılması yoluyla akışın üflenmesi ve emilmesi sağlanarak sentetik modellenmiştir. Sentetik i tanımlamak için; Şekil de gösterildiği gibi in kanat yüzeyi ile arasındaki açı, in hızı, in yeri ve in frekansı kullanılmıştır. Tüm parametreleri açık hava ses hızı ( a ) ve veter uzunluğu (c) kullanarak boyutsuzlaştırılmıştır. Jetin hızı ( u ), frekansı ( F ), genişliği ( w ), yeri ( x ), momentum ( C μ ) ve güç ( C P ) katsayılarının boyutsuzlaştırılması aşağıda verilmiştir: 3

4 C u U = a Fa W X, F =, w =, x, c c c = ρ U W μ = = u w, CP = = u w F ρ a c ρ a c ( c / a ) ρ U W F Şekil : Jet parametrelerinin gösterimi Jet hızı ortalama hız ve salınan hız olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Salınan hız frekansının sinüs fonksiyonu olarak modellenmektedir. Sentetik ler için ortalama hız sıfır olup, salınan hız ulaşılan en yüksek hız değerine eşittir. Jet hızının genişliği boyunca değişiminin modellenmesi için üç farklı hızı dağılımı kullanılmıştır. Şekil 3 te kullanılan hızı dağılımlarının deneysel bir çalışma [8] ile karşılaştırılması verilmiştir. Top-hat dağılımı da denilen ilk dağılımda, hızı genişliği boyunca sabittir. İkinci hızı dağılımı olan sin ve üçüncü hızı dağılımı olan sin dağılımlarında, hızı çıkış kenarlarından başlayarak yavaşça artmaktadır. Donovan ın [8] yaptığı çalışmada, üçüncü hızı dağılımı olan sin dağılımının sayısal olarak daha kararlı olduğu belirtilmiştir. Ayrıca, hızı dağılımlarının karşılaştırıldığı Şekil 3 te, üçüncü dağılımın deneyde elde edilen dağılıma en yakın olduğu görülmektedir. Bu nedenle yapılan çalışmada hızın genişliği boyunca hızı dağılımının modellenmesi için sin kullanılmıştır. Şekil 3: Farklı hızı dağılımlarının karşılaştırılması 4

5 Yanıt Yüzey Yöntemi Sentetik parametrelerinin eniyileştirmesinde YYY kullanılmıştır. Bu yöntemle çok parametreli sistemlerin hızlı bir şekilde eniyileştirilmesi sağlanabilmektedir. YYY En Küçük Kareler (Least Square) yöntemini kullanarak yanıt yüzeyinin tahmin edilmesine olanak sağlar. Elde edilen yanıt yüzeyinin minimum veya maksimum noktaları bulunarak eniyileştirme çalışması gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada öncellikle eniyileştirmede kullanılacak parametreleri seçilmiş ve aerodinamik kuvvetler parametrelerin ikinci dereceden fonksiyonu olarak modellenmiştir. Eniyileştirme değişkenleri olarak in hızı, yeri, açısı ve frekansı kullanılmıştır. Eniyileştirme çalışmaları sabit bir güç katsayısı için gerçekleştirilmiştir. Kalınlığı %1.5 veter uzunluğu olan eliptik profil için sürükleme kuvvetinin azaltılması, NACA 0015 kanat kesidi için ise eniyileştirme amacı kaldırma ve sürükleme kuvvetleri oranının (L/D) arttırılması olarak seçilmiştir. Eniyileştirme çalışmalarında yanıt yüzeyinin tahmininde kullanılan. dereceden fonksiyon aşağıda verilmiştir. f ( u, x, α, F ) = C u 8 1 C α F x 9 F α x 3 10 α 4 x F 11 5 u F u 1 x 6 u α 13 α 7 u 14 F x + 15 Deneysel tasarım yöntemleri Deneysel tasarım yöntemi olarak Box-Behnken ve Tam-Faktöriyel yöntemleri kullanılmıştır. Box- Behnken deneysel tasarım yöntemi Tam-Faktöriyel deneysel tasarım yöntemine kıyasla daha az sayıda deneysel/sayısal sonuç gerektirirken eniyileştirme uzayının daha az nokta ile temsil edilmesi nedeniyle tahmin edilen yanıt yüzeylerindeki hata yüksektir [1,]. Tablo 1 de 3 ve 4 adet eniyileştirme değişkeni kullanıldığında Box-Behnken ve Tam-Faktöriyel tasarım yöntemleri için gerekli olan deneysel/sayısal sonuç sayısı verilmiştir. Eniyileştirme değişkeni sayısı Box-Behnken deneysel tasarım yöntemi için gereken deneysel/sayısal sonuç sayısı Tam-Faktöriyel deneysel tasarım yöntemi için gereken deneysel/sayısal sonuç sayısı Tablo 1: Deneysel tasarım yöntemleri için gereken deneysel/sayısal sonuç sayıları SONUÇLAR Kalınlığı %1.5 veter uzunluğu olan eliptik profil ve NACA0015 kanat kesidi üzerindeki türbülanslı ve zamana bağlı akış Navier-Stokes çözücüsü kullanılarak Spalart-Allmaras türbülans modeli ile çözülmüştür. Çözüm ağı parçalara bölünerek çözümler paralel olarak yapılmıştır. Eniyileştirme çalışmalarında YYY kullanılmıştır. Eniyileştirme çalışmaları sabit bir güç katsayısında in hızı, yeri, açısı ve frekansı için yapılmıştır. Eliptik profil için α=0 ve α=4 hücum açılarında sürükleme kuvvetinin azaltılması ve NACA 0015 kanat kesidi için α=10, α=14 ve α=18 hücum açılarında kaldırma ve sürükleme kuvvetleri oranının (L/D) arttırılması eniyileştirme çalışmalarına yer verilmiştir. Eliptik Profil Üzerinde Sürükleme Kuvvetinin Eniyileştirilmesi: Eliptik profil için 0º ve 4º hücum açılarında sürükleme kuvveti eniyileştirmesi yapılmıştır. Hücum açısı 0º için ilk eniyileştirme aşamasında Tam-Faktöriyel deneysel tasarım yöntemi kullanılmıştır. Bu deneysel tasarım yönteminde kullanılan sınırlar Tablo de verilmiştir. 5

6 F α (º) x u En Düşük Orta En Yüksek Tablo : Birinci eniyileştirme aşamasında YYY sınırları (α=0º) Birinci eniyileştirme aşamasında elde edilen eniyileştirme sonuçlarına göre in yeri 0.1, in açısı 33, in frekansı 0.8, in hızı 0.3 çıkmıştır. Birinci eniyileştirme aşamasında sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hatanın karşılaştırması Şekil 4 de verilmiştir. Görülmektedir ki, sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hata %0 nin üzerindedir. Şekil 4: Birinci eniyileştirme aşamasında sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi karşılaştırılması (α=0º) Hata oranının çok olması nedeni ile bulunan eniyileştirme sonucu çevresinde daha dar sınırlar ile Box Behnken deneysel tasarım yöntemi kullanılarak ikinci bir eniyileştirme aşaması gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada kullanılan sınırlar Tablo 3 de verilmiştir. F α (º) x u En Düşük Orta En Yüksek Tablo 3: İkinci eniyileştirme aşamasında YYY sınırları (α=0º) İkinci eniyileştirme aşamasında alınan eniyileştirme sonuçlarına göre in yeri 0.01, in açısı 50, in frekansı 0.5, in hızı 0.4 çıkmıştır. İkinci eniyileştirme aşamasında sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hatanın karşılaştırması Şekil 5 de verilmiştir. Bu şekilde, sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hata %10 civarında olduğu görülmektedir. İkinci aşamada oluşan yanıt yüzeyleri Şekil 6 da verilmiştir. Şekil 5: İkinci eniyileştirme aşamasında sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi karşılaştırılması (α=0º) 6

7 Şekil 6: İkinci eniyileştirme aşamasında yanıt yüzeyleri gösterimi (α=0º) İkinci aşama sonucu siz akış ile Şekil 7 de karşılaştırılmıştır. Verilen in yüzey üzerindeki akışı hızlandırdığı ancak firar kenarındaki ayrılmayı gideremediği görülmektedir. Şekil 7: Jetsiz/li durumlarda eliptik profil çevresindeki akış (α=0º) 7

8 İkinci aşamanın sonucu sürükleme kuvveti Şekil 8 de verilmiştir. Verilen in sürükleme kuvvetini %34.5 azalttığı görülmektedir. Şekil 8: Sürükleme kuvveti katsayısı (α=0º) Hücum açısı 4º için öncellikle Tam-Faktöriyel deneysel tasarım yöntemi kullanılmıştır. Bu deneysel tasarım yönteminde kullanılan sınırlar Tablo 4 de verilmiştir. F α (º) x u En Düşük Orta En Yüksek Tablo 4: Birinci eniyileştirme aşaması YYY sınırları (α=4º) Birinci eniyileştirme aşamasında elde edilen eniyileştirme sonuçlarına göre in yeri 0.1, in açısı 33, in frekansı 1.5, in hızı 0.3 çıkmıştır. Bu aşamada sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hatanın karşılaştırması Şekil 9 da verilmiştir. Sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hata %5 civarındadır. Şekil 9: Birinci eniyileştirme aşamasında sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi karşılaştırılması (α=4º) Hücum açısı 0º için YYY sınırlarının daraltılmasının eniyileştirmeye faydası olduğu bilindiğinden ile ikinci bir eniyileştirme aşaması oluşturulmuştur. Bulunan eniyileştirme sonucu çevresinde daha dar sınırlar ile Box Behnken deneysel tasarım yöntemi kullanılarak ikinci bir eniyileştirme aşaması gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada kullanılan sınırlar Tablo 5 te verilmiştir. 8

9 F α (º) x u En Düşük Orta En Yüksek Tablo 5: İkinci eniyileştirme aşaması YYY sınırları (α=4º) İkinci eniyileştirme aşamasında elde edilen eniyileştirme sonuçlarına göre in yeri 0.01, in açısı 50, in frekansı 0.8, in hızı 0.4 çıkmıştır. İkinci aşamada sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hata karşılaştırması Şekil 10 da verilmiştir. Sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi arasındaki hata oranının %5 civarında olduğu görülmektedir. İkinci aşamada oluşan yanıt yüzeyleri Şekil 11 de verilmiştir. Şekil 10: İkinci eniyileştirme aşamasında sayısal çözüm ile yanıt yüzeyi karşılaştırılması (α=4º) Şekil 11: İkinci eniyileştirme aşamasında yanıt yüzeyleri gösterimi (α=4º) 9

10 İkinci setin sonucu siz akış ile Şekil 1 de karşılaştırılmıştır. Verilen in akışı hızlandırdığı ancak firar kenarındaki akış ayrılmasını önleyemediği görülmektedir. Şekil 1: Jetsiz/li durumlarda eliptik profil çevresindeki akış (α=4º) İkinci aşama sonucu siz sürükleme kuvveti ile Şekil 13 te karşılaştırılmıştır. Verilen in sürükleme kuvvetini %4 azalttığı görülmektedir. Şekil 13: Sürükleme kuvveti katsayısı (α=4º) Kanat Kesidi için L/D Oranının Eniyileştirilmesi: NACA 0015 kanat kesidi için, sentetik parametreleri en yüksek L/D oranı bulmak için 3 farklı hücum açısında eniyileştirilmiştir. Sentetik parametrelerinden in hızı, yeri, açısı ve frekansı eniyileştirme çalışmalarında kullanılmıştır. Yanıt yüzeyleri tahmin edilirken Box-Behnken ve Tam- Faktöriyel olmak üzere farklı deneysel tasarım yöntemi kullanılmıştır. Kanat kesidi için gerçekleştirilen eniyileştirme çalışmalarında ele alınan durumlar Tablo 6 da verilmiştir. Durum α (º) Tablo 6: Kanat kesidi eniyileştirme durumları 10

11 Durum 1: α=10º Eniyileştirme çalışmaları öncelikle perdövites açısından küçük bir hücum açısı olan α=10º de gerçekleştirilmiştir. Optimizasyonda kullanılan aşamaya ait sonuçlar Tablo 7 de verilmiştir. Eniyileştirme aşaması u F α (º) x Tahmini L/D Hesaplanan L/D Hata (%) Tablo 7: α=10 için eniyileştirme sonuçları Sonuçlardan da görüldüğü gibi İkinci eniyileştirme aşamasında tahmin edilen ve hesaplanan L/D değerleri arasındaki fark azalmış ve %3 olduğu görülmüştür. İkinci eniyileştirme aşamasına ait yanıt yüzeyleri Şekil 14 te verilmiştir. Gerçek verilere karşılık çizilen tahmini değerler incelendiğinde, sonuçların birkaç değer haricinde %95 güvenilirlik aralığı içinde kaldığı ve maksimum hata oranının yaklaşık % değerini aşmadığı görülmüştür. Şekil 14 : İkinci eniyileştirme aşamasındaki yanıt yüzeyi ile gerçek verilerin karşılaştırılması (α=10º) Şekil 15 te siz ve li durumlarda kanat kesidi etrafında elde edilen akış çizgileri verilmiştir. Şekilden de görüleceği gibi sentetik uygulanmasının kanat kesidinin etrafındaki akışta belirgin bir değişime yol açmamıştır. 11

12 Şekil 15: Jetsiz/li durumlarda kanat kesidi çevresindeki akış (α=10º) Kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinin zamana bağlı değişimi Şekil 16 da verilmiştir. Aerodinamik katsayıların sentetik uygulanması ile bir miktar iyileştiği görülmüştür. Buna göre sürükleme kuvvetindeki azalmanın % 6. olduğu; kaldırma kuvvetindeki artışın ise %1.5 olduğu görülmüştür. Kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinde meydana gelen değişim L/D oranına % 8. lik bir artış şeklinde yansımıştır. Şekil 16: Jetsiz/li durumlarda sürükleme ve kaldırma kuvvetleri değişimi (α=10º) Durum : α=14º Eniyileştirme çalışmaları öncelikle perdövites açısından küçük bir hücum açısı olan α=10º de gerçekleştirilmiştir. Optimizasyonda kullanılan 3 aşamaya ait sonuçlar Tablo 8 de verilmiştir. Eniyileştirme aşaması u F α (º) x 1 Tahmini L/D Hesaplanan L/D Hata (%) Tablo 8: α=14 için eniyileştirme sonuçları

13 L/D oranındaki hata oranı 3. eniyileştirme aşamasında %0.3 olmuştur. 3. eniyileştirme aşamasında elde edilen yanıt yüzeyleri Şekil 17 de verilmiştir. İlk eniyileştirme aşamasında hız maksimum değere sahipken en yüksek L/D oranı elde edilmiş ve sonraki eniyileştirme aşamasında hızı eniyileştirme değişkenlerinden çıkarılarak 3 değişken için eniyileştirme yapılmıştır. Şekil 17: Üçüncü eniyileştirme aşamasındaki yanıt yüzeyi ile gerçek verilerin karşılaştırılması (α=14º) Şekil 18 de siz ve li durumlarda kanat kesidi etrafında elde edilen akış çizgileri verilmiştir. Sentetik %43 veter boyundan uygulandığı zaman ayrılma noktasını yeri kanat firar kenarına yaklaşmıştır. Şekil 18: Jetsiz/li durumlarda kanat kesidi çevresindeki akış (α=14º) 13

14 Kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinin zamana bağlı değişimi Şekil 19 da verilmiştir. Aerodinamik katsayıların sentetik uygulanması ile bir miktar iyileştiği görülmüştür. Buna göre sürükleme kuvvetindeki azalmanın % 10.3 olduğu; kaldırma kuvvetindeki artışın ise % 5.8 olduğu görülmüştür. L/D oranındaki artış %17.9 olmuştur. Şekil 19: Jetsiz/li durumlarda sürükleme ve kaldırma kuvvetleri değişimi (α=14º) Durum 3: α=18º Son olarak perdövites açısından büyük bir hücum açısı olan α=18º de eniyileştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Optimizasyonda kullanılan 3 aşamaya ait sonuçlar Tablo 9 da verilmiştir. Eniyileştirme aşaması u F α (º) x Tahmini L/D Hesaplanan L/D Hata (%) Tablo 9: α=18 için eniyileştirme sonuçları Son eniyileştirme aşamasında tahmini ve gerçek L/D oranları arasındaki hata %0.6 değerine düşmüştür. 3. eniyileştirme aşamasına ait yanıt yüzeyleri Şekil 0 de verilmiştir. Gerçek verilere karşılık çizilen tahmini ve yüzdelik hata miktarları incelendiğinde, sonuçların büyük bir miktarının %95 güvenilirlik aralığı içinde kaldığı ve maksimum hata oranının yaklaşık % değerini aşmadığı görülmüştür. 14

15 Şekil 0: Üçüncü eniyileştirme aşamasındaki yanıt yüzeyi ile gerçek verilerin karşılaştırılması (α=18º) Şekil 1 de siz ve li durumlarda kanat kesidi etrafında elde edilen akış çizgileri verilmiştir. Sentetik uygulanmasının akış ayrılma noktasını belirgin bir şekilde firar kenarına taşıdığı görülmektedir. Şekil 1 Jetsiz/li durumlarda kanat kesidi çevresindeki akış (α=18º) Kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinin zamana bağlı değişimi Şekil de verilmiştir. Aerodinamik katsayıların sentetik uygulanması ile bir miktar iyileştiği görülmüştür. Buna göre sürükleme kuvvetindeki azalmanın % 51 olduğu; kaldırma kuvvetindeki artışın ise % 5.6 olduğu görülmüştür. L/D oranındaki artış %11 olmuştur. 15

16 Şekil : Jetsiz/li durumlarda sürükleme ve kaldırma kuvvetleri değişimi (α=18º) DEĞERLENDİRMELER Çalışmada %1.5 kalınlığa sahip eliptik profil ve NACA 0015 kanat kesidi üzerine yerleştirilen sentetik lere ait parametrelerin farklı hücum açılarında en uygun değerleri alması sağlanarak eliptik profil ve kanat kesidi için sırayla sürükleme kuvveti en aza indirilmiş ve L/D değerinin en yüksek değeri alması sağlanmıştır. Sentetik e ait parametrelerden frekansının her iki profil için de eniyileştirme amacı üzerinde en az etkiye sahip olduğu görülmüştür. Jet hızı arttıkça akış kontrolünün etkisinin arttığı görülmüştür. %1.5 kalınlığa sahip eliptik profil için, akış ayrılması her açıda olduğu için düşük açılarda eniyileştirme yapılabilmiştir. NACA 0015 kanat kesidi için, kullanılan profillerde akış ayrılmasının olduğu durumlarda sentetik in aerodinamik performansı artırmada daha etkili olduğu görülmüştür. %1.5 kalınlığa sahip eliptik profil için, en düşük sürükleme kuvvetinin düşük hücum açılarında hücum kenarından uygulanan sentetik ile sağlandığı görülmüştür. Kanat kesidi için hücum açısı arttıkça en uygun yerinin öne kaydığı (10º hücum açısı hariç) ve en uygun açısının arttığı görülmüştür. Kaynaklar [1] Erler, E. and Tuncer, İ. H., Active Flow Control Studies Over an Elliptical Profile, M.S. Thesis, METU, 008 [] Akçayöz, E., Numerical Investigation of Flow Control Over an Airfoil with Synthetic Jets and Its Optimization, M.S. Thesis, METU, 008 [3] Akçayöz, E., Erler, E. and Tuncer, İ. H., Flow Control Studies Over an Airfoil and an Elliptic Profile, 4th Ankara International Aerospace Conference/METU, Ankara, AIAC , 10-1 September 007 [4] Parekh, D., Glezer, A., Allen, M., Crittenden, T., and Birdsell, E., AVIA: Adaptive Virtual Aerosurface, Defense Technical Information Center, 004 [5] Patel, M., Kolacinski, R., Prince, T., Ng, T., and Cain, A., Flow Control Using Intelligent Control Modules for Virtual Aerodynamic Shaping, AIAA Paper, Vol. 3663, 003 [6] Chen, F. And Beeler, G., Virtual Shaping of a Two Dimensional NACA 0015 Airfoil Using Synthetic Jet Actuator, AIAA Paper, Vol. 373, No. 1, 00 [7] Vadillo, J., Numerical Study of Virtual Aerodynamic Shape Modification of an Airfoil Using a Synthetic Jet Actuator, Ph.D. Thesis, Washington University, 00 [8] Glezer, A. and Amitay M., Synthetic Jets, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 34, No.1, pp503-59, 00 [9] Donovan, J. F., Kral L. D., Cary, A. W., Active Flow Control Applied to an Airfoil, 36th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA , Jan 1998 [10] Montgomery, D., Design and Analysis of Experiments, New York, pp ,51 53,