Pervane performansının analitik ve sayısal yöntemlerle hesabı

Abstract

1900'lü yılların başlarında ilk pervaneli uçakların uçmaya başlamasıyla beraber, insanlı ve insansız uçakların itki sistemlerinde pervaneler günümüzde de hala önemini korumaktadır. Uçak tasarımında, özellikle belli bir uçak seyir hızı ve dönme hızı için tasarlanmış pervanelerin performans eğrilerinin elde edilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla yapılan deneyler daha maliyetli olacağı ve uzun vakit alacağı için test yerine analitik ve sayısal yöntemler gibi diğer seçenekler tercih edilmektedir. Bu tez çalışmasında deney verileri olan 640 no'lu NACA raporunda bulunan bir Clark-Y kesitli pervane için sayısal ve analitik yöntemler kullanılarak elde edilen performans verileri rapordaki deney verileriyle karşılaştırılmıştır. Sayısal yöntem olarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD), analitik yöntem olarak da Taşıma Çizgisi Kuramı kullanılmıştır. Bir HAD çözücüsü olan Autodesk Simulation CFDTM programı ve açık kaynak bir analitik çözücü sunan OpenProp programı analizler için kullanılmıştır. Çalışma sonunda bu iki yöntemin deney sonuçları ile karşılaştırılması yapılmış, avantajları ve dezavantajları sunulmuştur. Son olarak irtifanın performans değerlerine etkisi HAD yöntemi ile incelenmiş, irtifayla değişen hava yoğunluğuna bağlı olarak Reynolds ve Mach Sayısı etkileri sunulmuştur.

Beginning with the 1900's, ever since the first propeller aircraft started flying, propellers still have important place for manned and unmanned aircraft. During aircraft design, it is especially important to obtain the performance curves of the propellers designed for certain aircraft cruising and propeller rotation speed. Tests are done for this purpose, but alternative methods are also used, because tests are quite costly and time consuming. These alternatives are generally analytical and numerical methods. In this thesis, numerical and analytical methods are used to obtain performance values of a Clark-Y section propeller configuration whose test data are given in NACA Report No. 640. Computational Fluid Dynamics (CFD) and Lifting Line Theories are used as the numerical and analytical tools. The Autodesk Simulation CFD ™, a CFD solver, and the OpenProp, an open-source analytical solver, are used for analysis. Results of these two methods are compared with the NACA test data and the advantages and disadvantages are presented. In the last chapter, altitude effects on propeller performance are studied by using the CFD approach. The changing density due to altitude and its reflection on Reynolds and Mach numbers effects are presented.