6 bileşenli rüzgar tüneli kuvvet denge sistemi tasarımı ve deneysel doğrulaması

Akışkanlar mekaniği, mühendislik biliminin temel bir alanı olup, birçok mühendislik ilkesinin temelini oluşturur ve akış analizleri için doğrusal olmayan ve karmaşık Navier-Stokes denklemlerinin çözülmesini gerektirir. Bu denklemlerin karmaşıklığı nedeniyle, akışkanların nesneler üzerindeki etkilerini incelemek ve bu etkileri hassas bir şekilde ölçmek için deneysel ve sayısal yöntemler büyük önem taşımaktadır. Bu alanda, üç boyutlu modellerin akış altındaki davranışlarını incelemek ve akış karakteristiğini anlamak için kontrollü bir akış ortamı sağlayan rüzgar tünelleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, rüzgar tünellerinde kullanılabilecek altı eksende kuvvet ölçümü gerçekleştirebilen bir kuvvet denge mekanizması tasarlamaktır. Bu mekanizma, ses altı rüzgar tünellerinin test bölmesine yerleştirilen modeller üzerindeki kaldırma, sürükleme ve yanal kuvvetleri, ayrıca yunuslama, yuvarlanma ve sapma momentlerini hassas bir şekilde ölçebilecektir. Tasarım sürecinde, tek eksenli ve üç eksenli yük hücreleri ile yüksek crosstalk hassasiyetine sahip Stewart Platform tipi bir denge mekanizması kullanılacaktır. Geliştirilecek deney düzeneği, üç boyutlu modellerin kaldırma, sürükleme ve yanal kuvvetlerini, bunlara ek olarak her eksendeki torkları doğru bir şekilde ölçebilecektir. Sistem oryantasyonu, bilgisayar komutları ve butonlar yardımıyla kolayca değiştirilebilecek, ölçüm verileri eş zamanlı olarak dijital ekranlara aktarılacak ve zaman bazlı olarak kaydedilecektir. Bu özellik, deney sonrasında anlamlı grafiklerin oluşturulmasını kolaylaştıracak ve bilimsel araştırmalarda kullanılan verilerin doğruluğunu artıracaktır. Bu çalışma sırasında, literatürde yer alan çeşitli kuvvet denge mekanizmaları incelenmiş ve özgün bir tasarım yaklaşımı benimsenmiştir. Stewart platformundan esinlenilmiş ancak farklı serbestlik derecesine sahip bir sistem, deney bölmesi içinde kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Bu sistem için tasarlanan kontrol algoritması, elektromekanik bileşenlerin algoritma doğrultusunda çalışmasını sağlayarak kullanıcının rüzgar tüneli içinde bulunan modelin oryantasyonunu değiştirmesine olanak tanımaktadır. Sisteme entegre edilen yük hücreleri, model üzerinde etki eden aerodinamik kuvvetlerin ölçülmesini mümkün kılmıştır. Sensör girişleri analiz edilerek anlamlı kuvvet bileşenlerine dönüştürülmüştür. Bu yöntem, kuvvet ölçümlerinin doğruluğunu garanti altına almakta ve deney sonuçlarının güvenilirliğini artırmaktadır. Çalışma sonucunda, geliştirilen sistem detaylı bir şekilde değerlendirilmiştir. Sistem doğruluğu, kapsamlı testler ve ölçümler ile incelenmiş, pozisyon kontrolü ve ölçüm hassasiyeti belirlenmiştir. Sistem, kontrol kriterleri altında sabit kalma veya hareket etme yeteneğini test etmek için birçok deneyden geçirilmiştir. Sensörlerin ve kontrol sistemlerinin kalibrasyonu, pratik uygulamalarda hata payını en aza indirmek için dikkatlice yapılmıştır.