Uçak kanadı üzerindeki akışın aerodinamik performans analizi ve kontrolü

Abstract

Cisimlerin dış akış altında aerodinamik performansı Akışkanlar Mekaniğinde önemli bir araştırma dalıdır. Havacılık ve otomotiv gibi sektörlerde dış akışlarda performansın artırılması ve enerji verimliliği sağlanması için aerodinamik karakteristiklerin iyileştirilmesi gerekmektedir. Katı cisimler üzerindeki akışın yüzeyden kopması neticesinde meydana gelen perdövitesin ve akışa zıt yönde oluşan sürükleme kuvvetinin etkilerini azaltmak, taşınım ile ısı transferini desteklemek veya akış alanında herhangi bir fiziksel etkinin çıktılarını artırmak adına akış kontrol yöntemleri uygulanır. Bu tez çalışması kapsamında NACA 0012 kanat profili üzerindeki Mach 0.15 hızında sıkıştırılamaz akış, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri yardımıyla incelenmiştir. Deneysel veriler ile doğrulanan kontrolsüz analizler yardımıyla perdövitesin meydana geldiği açı belirlendikten sonra kontrol döngüsü içermeyen, önceden belirlenmiş akış aktif akış kontrol yöntemlerinden sınır tabaka içerisine akışın yüzeyden kopma noktasının önü ve arkasından hava üfleme ve emme uygulanmıştır. Üfleme ve emme ile sınır tabakasının değiştirilmesinin edilmesi akış kopmasını geciktirirken kaldırma katsayısında artış ile sürükleme katsayısında azalmaya sebep olarak aerodinamik performansın iyileştirilmesini sağladığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Aerodinamik, HAD, Akış ayrılması, Perdövites, Akış kontrolü, Jet üfleme, Emme.

Aerodynamic performance of bodies under external flow is an important research area in Fluid Mechanics. Due to the energy efficiency considerations of industrial branches such as aviation and automotive, better aerodynamic characteristics are desired when dealing with external flows. Flow control techniques are employed in order to reduce stall which is caused by flow separation and the drag force to enhance the convective heat transfer or to improve any other desired physical phenomenon linked to fluid flow. In the scope of this research, flow over NACA 0012 airfoil at a Mach number of 0.15 is investigated with the help of Computational Fluid Dynamics (CFD) and the results of the baseline case are validated with experiments. Once stall angle is determined for the baseline case, momentum addition inside the boundary layer and mass suction out of the boundary layer from points in the upstream and downstream of the separation point are applied as active flow control methods. The results show that, manipulation of viscous boundary layer by blowing and suction delays the separation and increases maximum lift coefficient, as well as decreasing the drag coefficient. Keywords: Aerodynamics, CFD, Separation, Stall, Flow control, Jet blowing, Suction