Bir Düşük Reynolds Sayılı Quadrotor Pervanesinin Dizayn Parametrelerinin Ve Optimum Değişkenlerinin Belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, standart deniz seviyesi şartlarında askı durumu uçuşta 1kg’lık bir quadrotor mikrohekikopter için verimli bir pervane elde etmek amacıyla bazı tasarım parametreleri irdelenmiştir. Burada en önemlisi pervaneler üzerindeki akış hızının çok düşük olmasıdır. Pervane planformu da diğer bir anahtar değişkendir. Bazı değişkenlerin etkilerini belirlemek ve pervanelerin ön tasarımını yapmak için Blade Element Momentum Teorisi (BEMT) ve bir Navier-Stokes çözücüsü (Fluent) kullanılır. Blade Element Momentum Teorisi’ni uygulamak amacıyla uç ve kök kayıplarını da içeren ve iteratif çalışan bir MATLAB kodu oluşturulur. Bazı kanat profilleri araştırılır ve BEMT içerinde kullanılmak sıfır taşıma sürüklemesini ve Cl-α eğimini belirlemek üzere Cl-α grafiği çıkarılır. Pervane tasarımı için kullanılacak profiller pervanenin kökten ucuna doğru uniform dağılır. Sonrasında burulma, planform, yarıçap ve katılık gibi bazı geometrik etkiler analiz edilir. Kanat üzerindeki katılık dağılımı hesaplamalarda çok etkindir. Dolayısıyla, hub geometrisine göre yeniden düzenlenir çünkü; hub geometrisi küçük boyutlarda çok önem kazanır. Bu durumda katılık dağılımı değişken planform yüzünden sabit olamaz. Tüm bu çalışmalar hazırlanan MATLAB koduyla yapılır ve gerekli tüm veriler toplandıktan sonra Fluent kullanılarak metodun çalışıp çalışmadığını ve geometrik parametrelerin ne kadar etkin olduğunu görmek için bazı Navier-Stokes çözümleri yapılır.

In this study, some design parameters is considered to get more efficient propeller for a 1kg quadrotor microhelicopter on hover flight and standard sea level conditions. The most important thing is that the air speed on the blades is very low. The blade shape is also another key variable. In order to determine some effects of variables and make a preliminary design of blade, Blade Element Momentum Theory (BEMT) and a Navier-Stokes solver (Fluent) are used. To apply the Blade Element Momentum Theory, an iteratively working MATLAB code is generated including tip and root loses. Some airfoil types are searched and Cl-α graph are prepared to find zero lift drag and the slope of Cl-α change which will be inserted into equations for BEMT. The airfoil taken for designing the blade is distributed uniformly from root to tip. Then, some geometric effects like twist, blade planform, radius, solidity, etc. are analyzed. Solidity distribution along the blade is very effective variable for computations. Therefore, it is rearranged according to hub geometry, because hub diameter is crucial for small dimensions. Solidity distribution is not constant here, due to various wing planforms. All these studies are made by using prepared MATLAB code and after gathering all required verifications; some Navier-Stokes solutions are made by using Fluent to see method is working or not working and to see how the geometric parameters are efficient.