Biyomimetik tabanlı uçak kanadı tasarımı

Gökyüzünde uçan tüm canlıların ve nesnelerin aerodinamik performansı en çok kanat şeklinden etkilenmektedir. Bu nedenle, tasarım yapılırken en kritik aşama aerodinamik verimliliği yüksek bir kanat tasarlamaktır. Bu süreçte oluşturulan tasarımların yüksek kaldırma kuvvetine, düşük rüzgâr direncine ve dengeli bir uçuşa sahip olmaları amaçlanmaktadır. Tez çalışması kapsamında, amaçlanan tasarıma ulaşabilmek için Biyomimetik bilim dalından faydalanılmış ve doğada aerodinamik performansı en yüksek olan kuş türlerine benzetilerek yeni kanat tasarımları oluşturulmuştur. Tasarımlar oluşturulurken aerodinamik ve yapısal analizlerde kıyaslama yapılabilmesi için kanat geometrisinde, kullanılan malzemede ve seçilen kanat kesitinde Cessna 172 uçak kanadı referans alınmıştır. İki boyutlu kanat kesiti seçimi için literatür araştırması sonucunda en çok tercih edilen kesitler ile Cessna 172 uçağının kanat kesiti olan NACA2412 akış analizinde karşılaştırılmıştır. XFLR5 programında yapılan akış testinde 106 Reynold değerindeki ve 0°-20° hücum açısı aralığındaki kanat kesitlerinin aerodinamik performansları incelenmiştir. Bu incelemeye göre NACA2412 kesitinin aerodinamik verimi diğer kesitlere göre daha yüksek çıkmıştır. Üç boyutlu akış analizinde ise Biyomimetik kanat tasarımları ile Cessna 172 uçağının kanadı, XFLR5 programında -8° ve 8° hücum açısı aralığında 63 ms-1 seyir hızında incelenmiştir. Albatrosa benzetilerek oluşturulan kanat tasarımının aerodinamik veriminin diğer tasarımlara göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Akış analizleri sonucunda albatros kanat tasarımı, Cessna 172 uçak kanadı tasarımına göre kaldırma katsayısında %6,26, sürükleme katsayısında %15,73, süzülme oranında %15,16 iyileşme sağlamıştır. Ayrıca kanat ucunda oluşan girdaplı hava akışında da iyileşme olduğu gözlemlenmiştir. Yapısal analiz için Ansys programında Albatrosa benzetilen kanat ve Cessna 172 uçağının kanadının tekrar analizleri gerçekleştirilmiştir. Akış analizi sonuçlarında elde edilen basınç değerleri, yapısal analizde kanat üzerinde yük dağılımı olarak kullanılmıştır. Aynı malzeme kullanılarak oluşturulan tasarımlarda, albatrostan esinlenerek oluşturulan kanadın ağırlığının halihazırda kullanımda olan Cessna 172 uçağının kanat ağırlığına göre %34,156 daha az olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca albatros kanat tasarımının kanat ucunda oluşan deformasyonun da Cessna 172 uçağında oluşan deformasyona göre %50,902 daha az olduğu görülmüştür.