Kanal Ile Çevrelenmiş Pervanede Kanal Profili Ve Diğer Geometrik Parametrelerin Verime Etkisi

Abstract

Pervaneli itki sistemlerinin bir kanal içerisine yerleştirilmesi 20. yy. ikinci yarısında ortaya atılmış ve gerek hava gerekse deniz taşımacılığı uygulamalarında yer almaya başlamıştır. Kanal, pervanedeki uç etkilerinden kaynaklanan kayıpları önleyerek itkiyi arttırıcı rol oynar. Kanal geometrisi aynı zamanda rotora etkiyen hız ve basıncı belirlediğinden fan verimi üzerinde önemli etkileri vardır. Bu tip uygulamalarda kullanılan kanallar genellikle aerodinamik kanat profillerine sahiptirler. Düşük hız uygulamalarında kullanılan kanal geometrisi, daralan bir yapıda ise kanal içerisindeki akışı hızlandırır ve itkiye katkı sağlamaktadır. Kanal içi pervane uygulamaları günümüzde özellikle düşük hız uygulamalarında tercih edilmekte ve DİK yapabilen uçaklar, hava yastıklı vasıtalar, uçan platformlar ve helikopter kuyruk rotorları gibi birçok alanda kullanılmaktadır. DİK yapabilen uçaklara ve helikopterlere olan ilginin artmasıyla birlikte bu konu üzerine yapılan bilimsel araştırmalar da artmaktadır. Ayrıca itki sistemlerinin kanal ile çevrelenmesi sonucunda daha güvenli uygulamaları oluşmaktadır. Teknolojinin gelişmesi ve bilgi birikimi sayesinde günümüzde başarılı kanal içi pervane sistemlerinin uygulandığı DİK yapabilen insanlı/insansız hava aracı ve helikopter uygulamaları bulunmaktadır. Bu çalışmada, bir insansız hava aracının itki sistemi olarak kullanılması öngörülen, kanal içerisine yerleştirilmiş bir pervanenin performansına etki eden geometrik parametrelerin kalkış ve yatay uçuş şartlarında deneysel olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Seçilen farklı kanal geometrileri için akış alanı ve performans verileri incelenmiş; pervane uç açıklık oranı, sabit kanatlar (stator) gibi diğer geometrik parametrelerin etkileri de göz önüne alınmıştır. İTÜ Trisonik Araştırma Laboratuvarı Eiffel tipi, açık devre rüzgâr tünelinde gerçekleştirilen çalışmada, bir kuvvet duyargası aracılığıyla pervane ve kanala etki eden eksenel kuvvetler, bir tork duyargası aracılığıyla ise motor çıkışındaki tork ve devir sayısı ölçülmüştür. Akış yapısının incelenmesinde sıcak tel anemometresi, yüzey basınç prizleri ve basınç tarayıcı sistemler kullanılmıştır. Kanal modelleri CNC tezgâhı kullanılarak pleksiglas malzemeden üretilmiş, rüzgâr tüneline pervaneden bağımsız olarak sabitlenmiştir. Pervane ve elektrik motorunu ve duyargaları içerisinde barındıran motor kovanı ise ikinci bir bağlantı kolu aracılığıyla tünele yerleştirilmiştir. Bu sayede kanala ve pervaneye etki eden kuvvetler ayrı ayrı ölçülebilmiştir.

Performance characteristics and velocity field of a ducted propeller in hover and axial flight conditions are investigated experimentally. Five different circular duct shapes has been tested. Effect of duct geometry is studied by means of measurements at various flow conditions. Velocity field upstream and downstream of the propeller, axial force acting on each component of the propulsive system, rotor speed and torque are measured. Pressure distribution on duct inner and outer surfaces is also investigated. Experimental results obtained for open and ducted propellers are compared.