Delta kanat hücum kenarı eklentilerinin boylamsal ve yanal stabiliteye etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında savaş uçaklarında sıkça tercihe edilen delta kanat yapısına hücum kenarı eklentilerinin (strake) eklenmesi ile hava aracında meydana gelen boylamsal ve yanal stabilite etkilerinin incelemeleri yapılmıştır. İncelemeler kapsamında üç farklı referans geometri modelinde değişen hücum açısı, değişen beta açısı ve değişen aileron, flap ve rudder kontrol yüzeyi açılmalarında HAD analizleri koşturulmuş, sonuçlar üzerinde akış topoloji değerlendirmeleri ve stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Şimdiye kadar üzerinde az oranda araştırma yapılmış olan strake geometrilerinin hava aracındaki kontrol yüzeyi verimliklerindeki etkisini araştırmak, stabilite ve kontrol stratejileri hakkında sonuçlar üretmek bu tezin ana amaçları arasında yer almaktadır. Çalışmalar birebir ölçekte kullanılan savaş uçağı modelinin (Lamar ve Frink, 1981) rüzgâr tüneli verileri ile doğrulanması olarak başlamıştır. Gerçekleştirilen bütün HAD analizleri sıkıştırılabilir akış kabulündeki üç boyutlu tam ölçekli modelde koşturulmuş ve RANS denklemleri hücre merkezli sonlu hacimler yöntemi ile çözülmüştür. Stabilite analizleri kapsamında, aynı zamanda tasarım parametresi olan strake referans alanının yarıya düşürülmesinin aerodinamik ve stabilitedeki etkileri de incelenmiştir. Analizler üç farklı geometri versiyonunda yapılmış olup, model üzerindeki kontrol yüzeyleri literatür referans alınarak tasarlanmıştır. Bu tez çalışmasında hava koşulu deniz seviyesi (0 ft), ideal gaz tanımlanmış ve serbest akım hızı (Ma=0.5) giriş bölgesi sınır şartı olarak verilmiştir. S0 strakesiz geometri modelini, S1 AD-14 isimli strake yapısına sahip geometri modelini ve S2 ise AD-14 strake yapısının referans alanı yarıya düşürülmüş geometri modelini içermektedir. Sonuçlar ilk olarak akış topolojisinin değerlendirilmesi üzerine kurulmuştur. Hücum açısı analizleri incelendiğinde; S0 versiyonunda ɑ=24° ve üstünde akım ayrılmalarının gittikçe şiddetlendiği ve kanat üzerinde taşıma kayıplarının yaşandığı gözlemlenmiştir. S1 ve S2 versiyonlarında ɑ=16°'den ilerideki hücum açılarında strake başlangıç bölgesinden gelişen girdabın kanat yüzeyindeki girdap ile birleştiği, kanat yüzeyindeki negatif basınç bölgesini arttırdığı görülmüştür. Strake alanının küçülmesi ile girdap şiddetinde azalma meydana geldiği görülmüştür. Beta açısının değişiminin incelendiği analizlerde strakeli versiyonların ɑ=32° ve β=10° açısındaki koşulunda strake girdabı rüzgârı önden alan bölümünde daha güçlü şekilde gelişmekte, rüzgâr arkasında kalan bölümde ise yüzeyden ayrıldığı görülmüştür. S2 versiyonu için sağ kanattaki akım ayrılmalarının S1 versiyonuna göre daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca S0 versiyonunda olduğu gibi S1 ve S2 versiyonlarında da kanattan ayrılan akım, kuyruk bölgesindeki düzenli akımı gölgelemiş ve o bölgede kararsız akış rejimlerinin oluşmasına sebebiyet vermiştir. Kontrol yüzeylerinden flap ve aileronun strake entegresindeki aerodinamik etkileri incelendiğinde; kontrol yüzeyi etkinliklerinin S0 için ɑ=24° koşulunda oldukça verimsiz olduğu görülmektedir. Strake entegresi oluşan girdap gelişimi ile flap ve aileron kontrol yüzeyindeki akımın yeniden tutunduğu ve kanat yapısındaki taşımayı arttırdığı gözlemlenmiştir. Betalı koşulda rüzgârı arkadan alan kanattaki aileron yüzeyinin üzerindeki taşımanın arttığı gözlemlenmiştir. Strake referans geometrisindeki artış ile ɑ=24° hücum açısında aileron etkinliğinde artış gözlemlenmiştir. Strake geometrisinin eklenmesi ile kuyruk ve rudderdaki yanal düzlemde taşımanın artması sağlanmış, ɑ=24° ve β=10° koşulunda rudder kontrol yüzeyinde verimlikte artış sağlandığı görülmüştür. Versiyonların boylamsal stabilite analizleri yapıldığında, S0 boylamsal kararlı, S1 ɑ=0° ila ɑ=16° aralığında nötr stabilitede, ɑ=16° ila ɑ=32° aralığında ise yüksek seviyelerde boylamsal kararsız, S2 ise ɑ=0° ila ɑ=16° aralığında boylamsal kararlı durumda olduğu görülmüştür. Flap kontrol yüzeyinin ɑ=24° hücum açısında getirdiği yunuslama moment değişimi incelenecek olursa, S1 versiyonunda S0'a göre %50 artış, S2 versiyonunda ise %25 artış görülmüştür. Son olarak yüksek hücum açısındaki burun aşağı moment otoritesinin sağlanması için strake referans alanında azalma yoluna gidilebileceği gözlemlenmiştir. Versiyonların yanal stabilite analizleri yapıldığında ise aileron etkinliği S0 ile karşılaştırıldığında ɑ=24°'de S1 aileron verimi %34 oranında artarken, S2 aileron verimi yaklaşık %16 civarında artış göstermiştir. β=0° koşulunda S1 ve S2'nin rudder verimliliğinde bütün hücum açıları aralığında S0'e göre oldukça fazla iyileşme görülmüştür. Fakat beta açısının artması ile kanat girdaplarındaki kararsız yapı kuyruk akımını etkilemiş, yüksek hücum açısında rudder etkinliğinde kayıplara yol açmıştır. Strake geometrisinin kullanımı ile yanal stabilitede ɑ=24° hücum açısına kadar artış sağlanmıştır. Fakat girdap bozunmaya uğradığı ɑ=32°'de strake girdapları düzensiz yapıya bürünmüştür.