GURNEY FLAP İLE HELİKOPTER KUYRUK ROTOR PERFORMANSININ İYİLEŞTİRİLMESİ

Benzer belgeler
TÜMLEŞİK KANAT ELEMANI - HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE DİKEY RÜZGAR TÜRBİNİ PERFORMANSININ HESAPLANMASI

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

SES-ÜSTÜ KANARD KONTROLLÜ FÜZELER İÇİN SERBEST DÖNEN KUYRUĞUN ŞEKİL OPTİMİZASYONU

YALIN PERVANE VE KANAL İÇİ PERVANE SİSTEMİNİN SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

DÜZ FLAPLI POZİTİF KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT PROFİLİNİN AERODİNAMİK PERFORMANSININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

CASA CN 235 UÇAĞININ DIŞ AERODİNAMİK YÜKLERİNİN HESAPLANMASI

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN ÖN TASARIM SÜRECİNDE AERODİNAMİK VE YAPISAL ANALİZLERİNİN EŞLENMESİ

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

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYLERİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACIN KANATLARININ AERODİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

NACA VE NREL S 809 KANAT KESİTLERİNİN HAD İLE ANALİZİ ANALYSING OF NACA AND NREL S 809 AIRFOILS BY CFD

TMMOB Makina Mühendisleri Odası VIII. Ulusal Uçak, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Kurultayı Mayıs 2015 / ESKİŞEHİR

Bu çalışmada, Rüzgar türbinlerinin tasarım ve performans hesaplamalarında sıkça kullanılan

AERODİNAMİK KUVVETLER

İNSANSIZ BİR HELİKOPTER İÇİN KONTROL EDİLEBİLİRLİK, STATİK VE DİNAMİK KARARLILIK DEĞERLENDİRMESİ

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

DEĞİ KEN KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT KESİTİNİN 2-BOYUTLU AERODİNAMİK ANALİZİ

ASKI VE İLERİ UÇUŞ ŞARTLARINDA HELİKOPTER ROTOR- GÖVDE AKIŞ ETKİLEŞİMİ İÇİN HAD ANALİZ YÖNTEMİ GELİŞTİRİLMESİ

UÇUŞ SIRASINDA BUZLANMA ANALİZLERİNDE DAMLACIK YÖRÜNGELERİNİN PARALEL HESAPLAMA YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ

Kabul Edilmiş Makale/Accepted Manuscript

SES ALTI ve SES CİVARI HIZ REJİMLERİNDE UÇAN JENERIK BIR SEYİR FÜZESİ İÇİN YARI GÖMÜLÜ HAVA-ALIĞI TASARIMI

SENTETĐK JET PARAMETRELERĐNĐN ELĐPTĐK PROFĐL VE KANAT KESĐDĐ ÜZERĐNDEKĐ AKIŞIN KONTROLÜ ĐÇĐN YANIT YÜZEYĐ YÖNTEMĐ ĐLE ENĐYĐLEŞTĐRĐLMESĐ

Prof. Dr. Yavuz YAMAN, Prof. Dr. Serkan ÖZGEN, Doç. Dr. Melin ŞAHİN Y. Doç. Dr. Güçlü SEBER, Evren SAKARYA, Levent ÜNLÜSOY, E.

KAYSERİ PINARBAŞİ RÜZGAR POTANSİYELİNE UYGUN KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ AERODİNAMİK TASARIMI

UÇAK MÜHENDİSLİĞİ MÜFREDATI

Şekil 2: Kanat profili geometrisi

Bir Helikopterin Uçuşa Elverişlilik Çalışmaları Kapsamında Uçuş Performans Sertifikasyon Gereksinimleri

DİKEY EKSENLİ DARRİEUS TİPİ SU TÜRBİNLERİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE ANALİZİ

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ HAVACILIK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ. Prof. Dr. Mustafa Cavcar 8 Mayıs 2013

AÇIK VE AÇIK JET ODALI RÜZGAR TÜNELLERİNİN TASARIMI, ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYON SONUÇLARI

KALINLIK-VETER ORANININ DÜŞÜK OK AÇILI DELTA KANAT ÜZERİNDEKİ AKIŞ YAPISINA ETKİSİNİN NÜMERİK İNCELENMESİ

BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

GÜNCEL HAD YÖNTEMLERİNİN JENERİK F-16 GEOMETRİSİNE UYGULANARAK AERODİNAMİK KATSAYILARIN BELİRLENMESİ

Bir Taşıt Modeli için Hava Direnç Katsayısına Etki Eden Boyutların ve Akış Kontrol Uygulamalarının Nümerik Yöntemle İncelenmesi

ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

ÜÇ BOYUTLU SINIR TABAKA AKIŞLARININ KARARLILIK ÖZELLİKLERİNİN DOĞRUSAL KARARLILIK TEORİSİ YAKLAŞIMI İLE BELİRLENMESİ

Farklı Kesitlere Sahip Yüksek Binalar Üzerinde Rüzgar Etkilerinin Sayısal İncelenmesi

Dikey İniş Kalkış Yapabilen Sabit Kanatlı İnsansız Hava Aracı Çalışmaları

Hibrit Bir Kontrol Yüzeyinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Destekli Yapısal Analizi

Pervane 10. PERVANE TEORİLERİ. P 2 v 2. P 1 v 1. Gemi İlerleme Yönü P 0 = P 2. Geliştirilmiş pervane teorileri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

Radyatör Arkalarına Yerleştirilen Yansıtıcı Yüzeylerin Radyatör Etkisi

Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

Yatay Eksenli Yelkapan Palasında Tasarım Parametrelerinin Gerilme Dağılımına Etkisi

Dr. EMRE ALPMAN Doçent, Makine Mühendisliği Bölümü Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye

Uluslararası Yavuz Tüneli

BİR HİBRİT FİRAR KENARI KONTROL YÜZEYİNİN TASARIMI VE ANALİZİ

DÜŞÜK OK AÇILI DELTA KANAT ÜZERİNDEKİ AKIŞIN PASİF AKITMA YÖNTEMİYLE KONTROLÜ

ATLAS-SAHA VE ARAZİ GÖREVLERİNE YÖNELİK, MODÜLER VE YÜKSEK FAYDALI YÜK ORANLI MİKRO SINIFI BİR İHA TASARIMI, ÜRETİMİ VE TESTLERİ

Semih Soğancı 1, Altan Kayran 2 ve İsmail H. Tuncer 3 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara GİRİŞ

TC. ESKİŞEHİR OSMANGAZİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UÇAK KANAT PROFİLİNİN HAD YAZILIMI İLE ANALİZİ

ASKI VE İLERİ UÇUŞTAKİ BİR HELİKOPTER GÖVDESİNİN AERODİNAMİK KATSAYILARININ FLUENT KULLANILARAK HESAPLANMASI

AMFİBİ İHA GÖVDE PARAMETRELERİNİN SÜRÜKLEME KATSAYISI ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

YER HİZMETLERİ VE RAMP - I. Öğr. Gör. Gülaçtı ŞEN

AKM BÖLÜM 11 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ Doç.Dr. Ali Can Takinacı

BOŞTA HAREKET DOĞRUSALSIZLIĞI BULUNAN, GÖREVE UYUMLU KONTROL YÜZEYLERİNİN ÇIRPMA YÖNÜNDEN İNCELENMESİ

BİR ÇIRPAN KANAT ETRAFINDA MEYDANA GELEN GİRDAP MEKANİZMASININ İNCELENMESİ

DÜŞÜK VE ORTA OK AÇILI DELTA KANATLAR ÜZERİNDEKİ AKIŞIN PASİF AKITMA YÖNTEMİ İLE KONTROLÜ

YÜKSEK FROUDE SAYILARINDA ÇALIŞAN HİDROFOİLLER ÜZERİNDE SERBEST SU YÜZEYİ ETKİSİ ÖZET

HELİKOPTER ALT YAPILARININ DİNAMİK ANALİZİ İÇİN DÜŞÜK DERECEDE MODELLEME

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

DÜZ FLAPLI NACA0012 KANAT PROFİLİNİN AERODİNAMİK PERFORMANSININ İNCELENMESİ INVESTIGATION OF AERODYNAMICS PERFORMANCE OF NACA0012 AEROFOIL WITH PLAIN

KENAR DEĞİŞİKLİKLERİNİN DÜŞÜK OK AÇILI DELTA KANAT ÜZERİNDEKİ AKIŞ YAPILARINA ETKİLERİ

ÇIRPAN KANAT KESİTLERİ İLE İTKİ ÜRETİMİNİN HESAPLANMASI VE DENEYSEL SONUÇLARLA KARŞILAŞTIRILMASI

İTKİLİ MOTORLU UÇAĞIN YATAY UÇUŞ HIZI

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SAN. VE TİC. LTD. ŞTİ.

Kanatlarına Basamak Açmanın Darrieus Düşey Eksenli Rüzgar Türbini Güç Üretimine Etkisi

HELİKOPTER KANADININ ÇIRPINMA ANALİZİ

MİNİ İNSANSIZ HAVA ARACI ETRAFINDAKİ AKIŞIN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Asenkron Motor Analizi

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFERİ LABORATUARI

RÜZGAR TÜNELĐNDEKĐ KANAT PROFĐLĐNĐN DĐKEY HAREKETĐNĐN MODELLENMESĐ

ALÜMİNYUM BİR HELİKOPTER YATAY KUYRUK KANADININ YAPISAL TASARIMI VE OPTİMİZASYONU

x x Düz levhanın üst ve alt yüzeyindeki sınır tabaka gelişimleri aynı olup Yüzey sürtünme katsayısı tanımı Düz levhanın sürtünme katsayısı c 1.

Tek ve İki Bina Etrafındaki Rüzgar Etkilerinin Sayısal Olarak İncelenmesi

(1052) AHMED MODELİ ÜZERİNDEKİ AKIŞ YAPISININ İNCELENMESİ

TEK MOTORLU BİR İHA İÇİN PERVANE PERFORMANS VE İTKİ HESABI

İzmir Adnan Menderes Havalimanı Yeni İç Hatlar Terminali ne Etkileyen Rüzgâr Yüklerinin CFD Metotlarıyla Belirlenmesi

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACI KANATLARININ AĞIRLIKLARININ İNCELENMESİ

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

3 BOYUTLU ÇIRPAN KANAT İÇİN ZAMANA BAĞLI AERODİNAMİK MODEL GELİŞTİRİLMESİ

TAM EKLEMLİ ROTOR İÇİN PAL AÇILARI VE PAL YÜKLERİ KULLANILARAK HATVE ÇUBUKLARI VE EYLEYİCİ KOLLARI ÜZERİNDEKİ YÜKLERİN HESAPLANMASI ÜZERİNE BİR YÖNTEM

UYGULAMA 1. Prof.Dr. Mustafa Cavcar Anadolu Üniversitesi, Sivil Havacılık Yüksekokulu, Eskişehir. Tablo 1. Uygulamalar için örnek uçak

AERODİNAMİK KUVVETLER

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

TOP NAMLU AĞIZ BASKISI TASARIMININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE İNCELENMESİ

Tansu Sevine, Engin Leblebici Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara

DÖNER KANATLAR İÇİN YER ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

3. İzmir Rüzgar Sempozyumu Ekim 2015, İzmir

KAYSERİ-PINARBAŞI RÜZGÂR POTANSİYELİNE UYGUN KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGÂR TÜRBİNİ AERODİNAMİK TASARIMI

Taarruz Helikopteri Simülatörü için İnsan Faktörleri Değerlendirmeleri

YÜKSEK HIZLI SAHTE HEDEF İHA TASARIMI

BÖLÜM 5 KANAT PROFĐLLERĐNĐN AERODĐNAMĐĞĐ

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

HAVACILIK VE UZAY MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVAR CİHAZLARI ALIM İŞİ TEKNİK ŞARTNAME. Genel Çalışma Koşulları: 0-40 C. Sıcaklık

GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GELĐŞTĐRME ÇALIŞMALARI

TURBOPROP BİR MOTORA AİT EGZOZ MODÜLÜNÜN HESAPLAMALI VE DENEYSEL ANALİZLERİ

ÇÖZÜM AĞLARI ÜZERİNDE PARALEL OLARAK HESAPLANMASI. Murat ILGAZ. İsmail H. TUNCER

BİR SESALTI RÜZGAR TÜNELİ İÇERİSİNE YERLEŞTİRİLMİŞ NACA0012 KANADININ SAYISAL ANALİZİ

T-490 HAVA TÜNELİEĞİTİM SETİ DENEY FÖYLERİ

Transkript:

V. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 8-10 Eylül 2014, Erciyes Üniversitesi, Kayseri GURNEY FLAP İLE HELİKOPTER KUYRUK ROTOR PERFORMANSININ İYİLEŞTİRİLMESİ Ufuk BAŞLAMİŞLİ 1, Arda YÜCEKAYALI 2, Erdem AYAN 3 TUSAŞ Ankara ÖZET Azami kalkış ağırlığı arttırılan insansız bir helikopterin, yapılan testler sonucunda kuyruk rotoru tarafından üretilen itkinin yetersiz kaldığı gözlemlenmiş ve itkinin arttırılması ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışmada, insansız hava aracının mevcut kuyruk rotor itkisini arttırmaya yönelik uygulanacak olan gurney flap tasarımı ve analizleri özetlenmektedir. Kanat kesitleri üzerindeki aerodinamik katsayılar 2 boyutlu Hesaplamalı Akışlanlar Dinamiği (HAD-RANS) ile ticari yazılım kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplanan aerodinamik katsayılar kullanılarak, ticari yazılım olan FLIGHTLAB de geliştirilen rotor matematik modeli ile beraber rotor toplam performans iyileşimi hesaplanmıştır. Tasarlanması düşünülen gurney flap in muhtemel üretim ve montaj durumlarına göre ayrıca geometri güncellenmiş, toplam performansa etkisini incelemek için analizler tekrarlanmıştır. GİRİŞ Geleneksel helikopterlerde ana anti-tork sistemi kuyruk rotoru olması sebebiyle, kuyruk rotorunun esas görevi uçuş zarfı boyunca ana rotor tarafından üretilen gövde üzerindeki torku dengelemektir. Ayrıca, sertifikasyon kontrol edilebilirlik gereksinimleri kapsamında en kritik manevra ve uçuş koşulunda bile kontrol girdilerinde yeterli aralık kalmalıdır. Sonuç olarak, ana rotor kabiliyetlerine ve helikopterin uçuş zarfındaki toplam gereksinimlerine uyumlu kuyruk rotor itkisine ihtiyaç duyulduğu değerlendirilmiştir. Azami kalkış ağırlığının arttırılması, ana rotor torkunda ciddi bir artışa neden olmaktadır. Yer testleri ile desteklenen aeromekanik analizler, kuyruk rotoru tarafından üretilen itkinin ana rotor torkunun dengelemekte yetersiz kaldığını göstermiştir. Bu çalışmanın temel amacı, helikopter konfigürasyonunda ve tasarım ölçülerinde değişiklik yapılmadan, kuyruk rotorunun aerodinamik performansını iyileştirmektir. Özellikle yüksek sıcaklık ve irtifa ile azami kalkış ağırlığı görevlerinde ana rotor tarafından üretilen torku dengelemek için kuyruk rotorunun itkisinde artış gerekmektedir. Bu çalışmada pallerin firar kenarına yerleştirilen gurney flap ile kuyruk rotoru toplam itkisinin arttırılmasına yönelik çözüm sunulmaktadır. Firar kenarına dik bir şekilde gurney flap, profilin kamburluğunu arttırarak kaldırma kuvvetini iyileştirmektedir. Gurney flap ilk olarak yarış arabalarının aşağı basma kuvvetini arttırmak amacıyla kullanılmıştır [Liebeck, 1978].Gurney flap daha sonra profillerin ve kanatların [Storms, 1994] kaldırma kuvvetlerini arttırmak ve rüzgar türbinlerinin [Kentfield, 1994] performanslarını geliştirmek amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Son yıllarda yapılan çalışmalar gurney flapin rotor uygulamalarında potansiyele sahip olduğunu göstermiştir. Özellikle hareketli Gurney Flap in rotor otorotasyon karakteristiğinde [Min, 2008], rotor kök yüklerinin tepeden tepeye değişimlerinde [Min, 1957] ve yüksek itki katsayısındaki askı verimliliğinde [Thiel, 2006] iyileşmelere katkısı olduğu 1 Tasarım Mühendisi, E-posta: ubaslamisli@tai.com.tr 2 Tasarım Uzmanı, E-posta: ayucekayali@tai.com.tr 3 Tasarım Uzmanı, E-posta: eayan@tai.com.tr

gözlemlenmiştir. Ayrıca, yüksek hızlı düz uçuşlarda ve tırmanışlarda helikopterlerin dikey ve yatay dengeleyicilerin performanslarını arttırmak için gurney flap kullanılmaktadır [Roesch, 1981]. Bu çalışma boyunca çeşitli gurney flap tasarımları değerlendirilmiş ve gerekli itkiyi üreten konfigürasyon belirlenmiştir. Üretim ve montaj etkisinin değerlendirilmesi için karar verilen gurney flap boyutları belirlenen üretim toleransları doğrultusunda güncellenmiş ve analizler tekrarlanmıştır. Şekil 1 de ideal ve üretilebilen profil örneği verilmiştir. 2 boyutlu analizler HAD-RANS ile yapılmış, analiz sonucunda elde edilen aerodinamik kuvvet veri tabanı kullanılarak matematik model ile rotor toplam performansı hesaplanmıştır. Şekil 1: İdeal ve Üretilebilen Gurney Flap Geometrisi Kuyruk rotorunun ürettiği toplam tork ve güç yapılan tasarım değişikliği ile beraber artmasına rağmen, toplam itki miktarındaki artışın bu sorunu karşıladığı değerlendirilmiştir. PROBLEM İnsansız hava aracının ağırlığının arttırılması çalışmaları kapsamında, uçuş zarfı ve standart gereksinimler kapsamındaki manevralar boyunca aeromekanik analizler yapılmıştır. Sözkonusu helikopterin yer testleri sırasında kuyruk rotorunun ürettiği itki değerleri ölçülmüş ve aerodinamik çözümlerle sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuçlar Şekil 2 de gerekli itki değerine göre birimsiz olarak sunulmuştur. Şekil 2: Kuyruk Rotoru Aerodinamik Performansı (Gurney Flapsiz) AERODİNAMİK ANALİZ Halihazırdaki kuyruk rotor ve gurney flapli kuyruk rotor profillerinin analizleri 2 boyutlu HAD-RANS ile yapılmıştır. Analizlerde kullanılan HAD çözüm şemasının validasyonu için literatürde mevcut olan deneysel veriler kullanılmıştır. 2

Matematik Model Helikopter ve rotorun aeromekanik modellemesi kapsamlı bir ticari yazılım olan FLIGTLAB ile yapılmıştır. Uçuş zarfı boyunca helikopterin aerodinamik, kararlılık ve manevra performansı analizleri için tam helikopter modeli geliştirilmiştir. Ana ve kuyruk rotoru sonlu içeri akış (finite state inflow model) modeli ile pal eleman metodu ile modellenmektedir. Yüksek mertebeli analizlerde, kuyruk rotoru aerodinamik karakteristiğini farklı çözünürlükte karşılaştırmak ve değerlendirmek için serbest art-akış modeli (free wake model) de kullanılmıştır. Analizler HAD-RANS tan temel ve gurney flapli profil geometrisi için elde edilen aerodinamik kuvvet katsayı veri tabanı kullanılarak yapılmıştır. Yükler kısmi-kararsız yaklaşımıyla (quasi-unsteady approach) çözülmüştür. Kuyruk rotorunun azami itki seviyesini, rotor diski üzerindeki indüklenmiş akışın hız ve efektif hücum açısı dağılımını, toplam tork, güç ve tutunamama (stall) karakteristiğini incelemek için aeromekanik analizler yapılmıştır. Had-Rans Analizleri HAD-RANS analizleri ticari yazılım olan ANSYS Fluent ile yapılmıştır. Analizler tam türbülansı akım (fully turbulent flow) varsayımına göre yürütülmüştür. Türbülans modeli olarak Spalart-Allmaras tek denklem modeli kullanılmıştır. Analizlerde kullanılan sıkıştırabilir RANS çözücüsü, SIMPLE basınçhız eşleşim algoritması temelli ayrıksı çözücüdür. Akış denklemleri basınç tabanlı yaklaşım ile çözülmektedir. Basınç alanı ise, kütle ve momentum korunum denklemlerinden elde edilen basınç denklemi vasıtasıyla elde edilmektedir [Rhie, 1983].Kütle ve uzaysal ayrıklaştırma (discretization) sırasıyla Rhie-Chow metoduna ve 2. Derece upwind şemasına [Barth, 1989] göre yapılmıştır. Şekil 3 te kanat kesidinin firar kenarındaki ağ yapısı örneği verilmektedir. Kanat kesiti üzerine 25 sınır tabaka çıkılmıştır. İlk tabakanın yüksekliği y+ değeri 1 in altında olacak şekilde ayarlanmıştır. Profil etrafı ve uzak bölge üçgen tip ağ yapısından oluşmaktadır. Profil arkasındaki akışın daha iyi çözümlenebilmesi için, arka bölge ağ yapısında iyileştirme yapılmıştır. Kesit etrafına atılan çözüm ağı yaklaşık 100000 elemandan oluşmaktadır. Şekil 3: Firar Kenarı Ağ Yapısı Görünümü (Gurney Flap Yükseklik=%5 c) Çözüm şemasının doğrulama çalışmaları için Storms un NASA Ames Araştırma Merkezi nde NACA 4412 profili ve değişken gurney flap yükseklikleri için yürüttüğü deney sonuçları kullanılmıştır. Bu deneylerde Reynold sayısı 2 milyon civarındadır. Şekil 4 te kaldırma ve sürükleme katsayıları açısından, rüzgar tüneli test sonuçları ve HAD-RANS karşılaştırması sunulmaktadır. Buna göre gurney flapli geometrilerin sayısal çözümleri ile rüzgar tüneli sonuçları oldukça uyumludur. Ancak yalın profil için sayısal çözüm, tutunamama açısını deneylere göre daha geç ve azami kaldırma kuvveti katsayısını daha yüksek tahmin etmektedir. Buna bağlı olarak, 10 derece hücum açısından sonra (deneylere göre tutunamama açısı), tutunamama açısını geç tahmin etmesi nedeni ile, sürükleme katsayısını daha düşük hesaplamaktadır. Sonuç olarak, 3

NACA 4412 profili için yapılan sayısal çözümlerle rüzgâr tüneli deneyleri hemen hemen yakın sonuçlar vermektedir. Şekil 4: Kaldırma ve Sürükleme Katsayıları Değişimi, HAD ve Deney Karşılaştırması ANALİZ SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRME Kuyruk rotorunun yalın profili ve ideal gurney flap değişik yükseklikleri için 0.1 ve 0.5 Mach ta kaldırma kuvveti katsayısı değişimi Şekil 5 te verilmektedir. Gurney flap yükseliği arttıkça, kaldırma kuvveti artmakta, özellikle tutunamama açısına doğru artış daha fazla görülmektedir. Katz ve Largman [Katz, 1989] ve Katz ve Dykstra [Katz, Dykstra, 1989] tarafından yapılan deney sonuçlarında vurgulandığı gibi, sayısal çözümler sonucunda da kaldırma kuvvetinde ciddi artışlar hesaplanmaktadır. Özellikle %5 veter boyu yüksekliğinde, kaldırma kuvvetindeki artış %50 civarında olmaktadır. Şekil 5: 0.1 ve 0.5 Mach Hızlarında Kaldırma Kuvveti Katsayısı Değişimi (İdeal Durum) Şekil 6 da ise ideal gurney flap geometrisi için farklı hızlarda elde edilen kaldırma kuvvetinin sürükleme kuvvetine oranı verilmektedir. Gurney flap yüksekliği %2 veter boyuna ulaştığında azami kaldırma sürükleme kuvveti oranına ulaşılmaktadır. Liebeck[1] tarafından da belirtildiği gibi, bu yükseklikten sonra sürükleme kuvveti ciddi bir şekilde armakta ve bu oranı düşürmektedir. Her ne kadar gurney flap yüksekliğini %2 veter boyundan daha fazla arttırmak kaldırma kuvvetini arttırsa da, sürükleme kuvvetinin hissedilir derecede artması bu veter boyunun üzerinde gurney flap tasarımını engelleyici bir rol oynamaktadır [Catalano, 2012]. 4

Şekil 6: 0.1 ve 0.5 Mach Hızlarında Kaldırma K./Sürükleme Kuvveti Oranı (İdeal Durum) Şekil 7 de ise 0.5 mach ve 5 hücum açısı için, ideal durumda farklı gurney flap yükseklikleri için (sol) ve gurney flap yüksekliği %5 veter boyu olduğu durumda ideal ve üretim (sağ) arasındaki basınç katsayı dağılımı verilmektedir. Buna göre gurney flap profil etrafındaki yükü arttırmaktadır. Özellikle emme bölgesindeki tepe noktasında ve firar kenarı civarında bu artış oldukça fazladır. Üretim ile ideal durum arasında ise firar kenarında montaj parçasının etkisi haricinde basınç dağılımında fark hemen hemen yoktur. Bu durumda üretim geometrisi, ideal geometriden az bir farkla kaldırma kuvveti üretmektedir. Şekil 7: Veter Boyunca Basınç Katsayısı Dağılımı Bir önceki paragrafta belirtildiği gibi, gurney flap in kesite eklemlenmesini sağlayan montaj parçasının toplam itkiye etkisi ihmal edilebilir seviyede olacağı değerlendirilmiştir. Bu nedenle rotor matematik modeli tarafından hesaplanan gurney flap in sadece üretim geometrisinin ürettiği toplam itki ve ihtiyaç duyduğu tork değerleri Şekil 8 de verilmiştir. İtki değerleri gerekli itki miktarına göre ve tork değerleri halihazırdaki kuyruk rotorunun testlerinde elde edilen azami torka göre birimsiz olarak sunulmuştur. Buna göre gurney flap yüksekliği arttıkça, kuyruk rotoru tarafından üretilen itki artmaktadır. Bunun yanısıra, istenilen itki değerlerine daha küçük kolektif açılarında da ulaşılabilmektedir. %4 ve %5 veter boyuna sahip olan gurney flapli kuyruk rotoru gerekli olan itki seviyesine ulaşmaktadır. Üretim kolaylığı ve operasyonel güvenlik açısından %5 veter boyuna sahip gurney flap yüksekliğinin, halihazırdaki kuyruk rotoruna uygulanması düşünülmektedir. 5

Bu flap yüksekliği ile beraber ihtiyaç duyulan güç ve tork gereksinimi arttmasına rağmen, sözü edilen insansız hava aracının motoru ve transmisyonu artan güç ve tork ihtiyacını karşılayabileceği değerlendirilmiştir. Şekil 8: Farklı Gurney Flap Yüksekliklerine göre İtki-Tork Dağılımı SONUÇ Bu çalışmada, azami kalkış ağırlığı arttırılan insansız hava aracının kuyruk rotoru aerodinamik performansının arttırılmasına yönelik gurney flap tasarımları sunulmuştur. Kullanılan kuyruk rotorunun güncel performansını tespit etmek amacıyla testler yapılmıştır. Gurney flap tasarımlarının 2 boyutlu HAD-RANS analizleri ile aerodinamik kuvvet katsayı veritabanı elde edilmiş ve toplam rotor performans iyileşimi gelişirilen rotor matematik modeli ile hesaplanmıştır. Gurney flap üretim ve montajın toplam rotor performansı üzerinde etkisi incelenmiş ve ihmal edilebilir seviyede olduğu belirlenmiştir. Gurney flap yüksekliğinin %5 veter boyuna çıkarılması, rotor toplam itkisinde %50 nin biraz üzerinde artışa neden olmaktadır. Artan yükseklik beraberinde sürükleme kuvvetininde artmasına ve dolayısıyla ihtiyaç duyulan güç ve tork gereksinim artışını da getirmektedir. Ancak, motor ve transmiyonun bu artışı karşılayabileceği belirlenmiştir. Kaynaklar Barth, T.J., Jespersen, D., 1989, The Design and Application of Upwind Schemes on Unstructured Meshes, AIAA Technical Report AIAA-89-0366. 27. Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada. Catalano, F., M., Ceron, E., D., Greco, P., C., 2012, Trailing Edge Treatment to Enhance High Lift System Performance, 28. ICAS, Australia, Brisbane. Chorin., J., 1968, Numerical Solution of Navier-Stokes Equations, Mathematics of Computation, Cilt. 22. Sayı. 104, ss. 745 762. Katz, J., Dykstra, L.,1989, Study of an Open-Wheel Racing Cars Rear-Wing Aerodynamics, Society of Automotive Engineers International Congress and Expositions, SAE Paper 890600, Detroit. Katz, J., Largman, R.,1989, Effect of 90 Degree Flap on Aerodynamics of a Two-Element Airfoil, Journal of Fluids Engineering, Cilt.111, ss. 93-94. Kentfield, J. A. C., 1994, Theoretically and Experimentally Obtained Performances of Gurney-Flap Equipped Wind Turbines, Wind Engineering, Cilt. 18, Sayı. 2, ss. 63-74. Liebeck, R., H., 1978, Design of Subsonic Airfoils for High Lift, Journal of Aircraft, Cilt. 15, Sayı. 9, ss. 547 61 6

Min, B. Y., Sankar, L. N., Rajmohan, N. and Prasad, J. V. R., 2009, Computational Investigation of Gurney Flap Effects on Rotors in Forward Flight, Journal of Aircraft, Cilt. 46, Sayı. 6, ss. 1957-1964 Min, B. Y., Sankar, L. N., and Yu, Y. H., 2008, Computational Studies of the Effects of Gurney Flaps on the Autorotative Performance of Rotors in Descent Flight, AHS Aeromechanics Specialists Meeting [CD- ROM], AHS International, Alexandria, VA Rhie, C.,M., W. L. Chow., 1983, Numerical Study of the Turbulent Flow Past an Airfoil with Trailing Edge Seperation, AIAA Journal, Cilt. 21, Sayı. 11, ss. 1525 1532. Roesch, P.,Vuillet, A., 1981, New Designs For Improved Aerodynamic Stability On Recent Aerospatiale Helicopters, AHS International, New Orleans, Lousiana. Storms, B. L., Jang, C. S., 1994, Lift Enhancement of an Airfoil Using a Gurney Flap and Vortex Generators Journal of Aircraft, Engineering Note, Cilt. 31, Sayı. 3, ss. 542-547. Thiel, M. R., Lesieutre, G. A., Maughmer, M. D., Koopmann, G. H., 2006, Actuation of an Active Gurney Flap for Rotorcraft Application, AIAA 2006-2181. 7