Pasif akıtma tekniğinin ince olmayan bir delta kanadın aerodinamik performansına etkisinin yer etkisi durumunda incelenmesi

Abstract

İnce olmayan delta kanatlar, manevra kabiliyetleri ve sistem entegrasyonu için geniş bir yüzey sağlaması gibi sebeplerden ötürü İnsansız Hava Araçları (UAV), İnsansız Muharebe Hava Araçları (UCAV), Mikro Hava Araçları (MAV) ve savaş uçaklarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Dolayısıyla ince olmayan delta kanatların aerodinamiği ve akış yapıları oldukça ilgi duyulan bir araştırma alanıdır. Yer etkisi, yer düzlemine yakın hareket eden kanatların akış alanına ek bir sınır koşulu ortaya çıkaran aerodinamik bir fenomendir. Hava araçları yer etkisine girdikçe akış yapıları ve aerodinamik parametreleri serbest akış koşuluna kıyasla önemli ölçüde etkilenmektedir. Özellikle iniş/kalkış senaryolarında hava araçları yer etkisi altındadır ve uçuş sürelerinin en kritik kısımlarından biridir. Dolayısıyla, delta kanatların yer etkisi altındaki aerodinamik davranışlarının etraflıca anlaşılması önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, ?= 45^° ok açısına sahip ince olmayan delta kanatların yer etkisi altındaki aerodinamik parametreleri deneysel olarak incelenmiştir. Geçtiğimiz yıllarda, kanadın basınç ve emme tarafları arasındaki basınç farkından yararlanan pasif akıtma tekniğinin etkili bir akış kontrol metodu olabileceği gösterilmiştir. Dolayısıyla, herhangi bir akıtma açıklığı uygulanmamış Temel kanadı ve iki farklı akıtma açıklık oranı, BOR = 0.85 & 1.00 kanatları hem yer etkisi altında hem de yer etkisi dışında kıyaslanmıştır. Deneyler, düşük hızdaki bir rüzgâr tünelinde kuvvet ve moment ölçümleri ile yüzey basınç ölçümleri alınarak yapılmıştır. Deneyler, 0^° ? ? ? 29^° hücum açısı aralığında, boyutsuz yer yüksekliği, 13 % ? h?c ?110 % aralığında ve tek bir Reynolds sayısı, Re=9 × 10^4'te yapılmıştır. Boyutsuz yer yüksekliği, kanadın arka kenarından yer düzlemine olan mesafenin kanadın veter uzunluğuna oranı olarak tanımlanmaktadır. Yer etkisi dışındaki sonuçlara bakıldığında, BOR kanatları perdövites hücum açısını ötelemektedir. BOR = 0.85 kanadının 4 derece kadar bir öteleme sağlıyor ve bunu taşıma kuvveti katsayısından çok fazla ödün vermeden yapabiliyor olması, manevra kabiliyetini artırmaktadır. Yer etkisinin aerodinamik katsayıları artırdığı görülmektedir. Ancak, akıtma açıklık oranı arttıkça, aerodinamik katsayılar, yer etkisinin daha zayıf bir fonksiyonu haline gelmektedir. Temel, BOR = 0.85 & 1.00 kanatlarının üçü de her durumda boylamsal kararsızlardır. Dahası, akıtma açıklık oranının artışı bu kararsızlığı daha da artırmaktadır. Kısa mesafede kalkış durumu değerlendirildiğinde, BOR = 0.85 kanadının perdövites hücum açısını 4 derece kadar öteleyebildiği ve yer etkisiyle taşıma kuvveti katsayısının artıyor olması, BOR = 0.85 kanadını kısa mesafede kalkış için ön plana çıkarmaktadır.

Non-slender delta wings are widely used in Unmanned Aerial Vehicles (UAV), Unmanned Combat Aerial Vehicles (UCAV), Micro Aerial Vehicles (MAV), and fighter aircraft due to their maneuverability and providing a large surface area for system integration. Therefore, the aerodynamics and flow structures of non-slender delta wings are a research area of great interest. Ground effect is an aerodynamic phenomenon that introduces an additional boundary condition to the flow field of wings moving close to the ground plane. As aircraft enter ground effect, flow structures and aerodynamic parameters are significantly affected compared to the free stream condition. Especially in landing/take-off scenarios, aircraft are in-ground effect and it is one of the most critical parts of their flight times. Therefore, a thorough understanding of the aerodynamic behavior of delta wings in- ground effect gains importance. In this study, the aerodynamic parameters of non-slender delta wings with sweep angle of ?= 45^° in-ground effect were investigated experimentally. In recent years, it has shown that the passive bleeding technique, which takes advantage of the pressure difference between the pressure and suction sides of the wing, can be an effective method of flow control. Therefore, the Base wing without any bleed opening applied and two different bleed opening ratios, BOR = 0.85 & 1.00 wings, were compared both in-ground effect and out of ground effect. The experiments were conducted by taking force and moment measurements using an external balance and surface measurements in a low speed wind tunnel. The experiments were performed in a range of angles of attack 0^° ? ? ? 29^°, in a range of dimensionless ground height 13 % ? h?c ?110 %, and in a single Reynolds number, Re=9 × 10^4. The dimensionless ground height is defined as the ratio of the distance between the trailing edge of the wing and the ground plane to the wing's chord length. Considering the out of ground effect results, BOR wings delay the stall angle of attack. BOR = 0.85 wing provides a delay of about 4 degrees, and the fact that it can do this without sacrificing too much on the lift coefficient increases its maneuverability. It is seen that the ground effect increases the aerodynamic coefficients. However, as the bleed opening ratio increases, the aerodynamic coefficients become a weaker function of ground effect. All three of the Base, BOR = 0.85 & 1.00 wings are longitudinally unstable in all cases. Moreover, the increase in bleed opening ratio further increases this unstability. When the short distance take-off is considered, the fact that the BOR = 0.85 wing can delay the stall angle of attack by 4 degrees and the lift coefficient increases with the ground effect makes the BOR = 0.85 wing appealing.