Havacılık ve uzay uygulamalarında genel geometriler için aerodinamik ısınma tahmin aracı

Yüksek hızlı uçakların ön tasarım aşamasında, aerodinamik özelliklerin hızlı bir şekilde yineleme ve değerlendirilmesi gereklidir. Bu süreci hızlandırmak ve zaman alıcı CFD analizlerine olan bağımlılığı azaltmak amacıyla, aerodinamik ısınma için bir tahmin aracı geliştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı, kavramsal tasarım aşamalarında uçak yüzeylerindeki aerodinamik ısınmanın doğru bir şekilde tahmin edilebileceği çok yönlü bir aracın oluşturulmasıdır. Belirli analitik çözümler ve deneysel korelasyonlar kullanılarak, araç; kama, koni ve düz plakalar gibi karakteristik geometriler için duvar sıcaklığı, ısı transfer katsayısı ve ısı akısını hesaplamaktadır. MATLAB 'de uygulanmış olan araç, uçuş görev verilerini içeren zamana bağlı tahminler veya ses altı, geçiş ya da ses üstü uçaklar için kararlı durum tahminleri sunmaktadır. Eğik ve ayrılmış şoklar da dahil olmak üzere çeşitli şok yapılandırmaları dikkate alınmakta ve özellikle koni şeklindeki yapılar için kritik olan ayrılmış şok oluşumlarına odaklanılmaktadır. Uygulama senaryolarında, burun koni, ön kenarlar kama ve kanat/gövde düz plakalar olarak modellenmekte ve çeşitli yüksek hız akış koşulları kapsanmaktadır. CFD analizleri ve uçuş testi verileri ile doğrulama yapılarak, aracın güvenilirliği ve pratik tasarım yinelemeleri için uygulanabilirliği sağlanmakta ve süpersonik uçakların ön tasarımında önemli zaman ve maliyet tasarrufları vaat edilmektedir. Kama ve koni geometrilerindeki şok açılarında benzerlikler gözlemlenmiştir, ancak tahmin aracı ile CFD sonuçları arasında 40° yarı açı koni şekli için yaklaşık 5°'lik bir fark tespit edilmiştir. Geliştirilen tahmin aracı ile CFD sonuçları arasındaki sıcaklık farkı, Mach 3'te kama geometrisi için yaklaşık %2 olarak ölçülmüş, diğer senaryolarda ise maksimum sıcaklık farkı %1-2 olarak gözlemlenmiştir. Örneğin ilgili referans çalışma incelenerek, geliştirilen aracın ve CFD analizlerinin sonuçlarının uçuş verilerine yakın olduğu belirtilmiştir, ancak CFD analizinin toplam süresi 130 saat olarak hesaplanmışken, araç yaklaşık 1-3 dakikada çözüm elde etmiştir. Bu verimlilik, aracın etkinliği ve pratikliğini vurgulamakta ve bu tezin hedeflerine başarıyla ulaşıldığını göstermektedir.