Serbest Akıma Dik Doğrultuda Salınım Yapan Kanat - Sabit Kuyruk Çiftinin Etrafındaki Akım Yapısının Deneysel Olarak İncelenmesi

Abstract

Mikro Hava Araçlarının tasarımında kuyruk ve kanadın konumu aracın performansını büyük ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmanın amacı, çırpan kanat arkasına yerleştirilen bir kuyruğun kanat arkasındaki girdaplarla etkileşime girerek, kanadın üretmekte olduğu sürüklemeyi itkiye çevirip çeviremeyeceğini ya da mevcut sürüklemeyi azaltıp azaltamayacağını araştırmaktır. Ayrıca çalışma kapsamında kanat çırpma frekansı ve Reynolds sayısı iki katına çıkarılarak bunun akış yapısını ne şekilde değiştirdiği araştırılmıştır. Son olarak, çırpan kanadın arkasına yerleştirilen kuyruk aynı uzunluktaki 1,5 mm kalınlığa sahip ince bir levhayla değiştirilmiş ve bu değişimin akış yapısını nasıl etkilediği incelenmiştir (sadece 0 derece kuyruk hücum açısı için bu inceleme yapılmıştır). Akış alanı Sayısal Parçacık Görüntülenmesi ile Hız Ölçümü (DPIV) yöntemiyle görüntülenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, çırpan kanadın arkasına yerleştirilen kuyruk, kanada yaklaştıkça, kanattan kopan girdaplarla etkileşime girmiş ve onların yolunu kesmiştir. Kuyruk ile kanat arasındaki mesafe 2.5 cm den 0 cm e kadar azaltıldığında (yani kuyruk kanada teğet konuma getirildiğinde) bu etkileşim en üst seviyeye ulaşarak üretilen sürüklemeyi azaltmıştır. Ancak mevcut sürüklemeyi itkiye dönüştürememiştir. Ayrıca tüm deney setlerinde, kuyruk hücum açısının artırılması beklenildiği üzere üretilen sürüklemenin artmasına yol açmıştır. Kanat çırpma frekansı ve serbest akım hızının iki katına çıkarılması girdapların yerinde bir değişime yol açmamış, sadece onların şiddetini artırmıştır. Son olarak, 0 derece hücum açısı için gerçekleştirilen deneylerde, kanat geometrisine sahip kuyruğun, aynı veter uzunluğuna sahip ince, düz bir levhayla değiştirilmesi, önceki ile neredeyse aynı akış yapısının oluşmasına yol açmıştır. Çalışma kapsamında elde edilen veriler yeni nesil mikro hava araçlarının kuyruk konumunun ve açısının belirlenmesinde yardımcı olacaktır.

Location of wing and tail has a great importance on Micro Air Vehicles’ (MAV) performance. Therefore, in this study, the possibility of decreasing drag or increasing thrust production using vortical interactions arising from placement of a tail airfoil behind a plunging wing is investigated by Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) Method. Additionally, the effect of doubling the plunging frequency and the Reynolds number on flow structure is also examined. As a final effort, the effect of replacement of the tail airfoil with a flat plate having same length on flow structure is investigated (for 0 degree tail angle). Experiments are conducted in a Large Scale Water Channel at Trisonic Research Laboratory. Experimental results showed that, reducing the distance between the tail airfoil and the plunging wing starts to change the direction of vortices shedding from oscillating wing by crossing their paths and this causes the alteration of the amount thrust or drag. No thrust production but drag reduction is observed when the tail airfoil is close enough to the plunging wing for all experimental cases and any increment in tail airfoil’s angle of attack is also resulted in the increment of the total drag force as expected. Additionally, experiments revealed that the flow structure does not change with doubling both Reynolds number and plunging frequency; instead, it strengthens existing vortex structure. The flow structure exhibited almost the same behavior when the tail airfoil is replaced with a thin flat plate having the same chord length (for 0 degree tail angle).