Pervanenin girdap kafes yöntemiyle aerodinamik analizi

Bu çalışmada pervanelerin aerodinamik performanslarının nümerik yöntem ile belirlenmesi amacıyla girdap kafes yöntemini temel alan ve FORTRAN dilinde yazılmış bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Program girdi olarak verilen pervane geometri bilgisini, pervane ilerleme oranını ve pervane palalarının kesit profil bilgilerini kullanarak hesap yapmaktadır. Literatürde girdap kafes yöntemi ile yapılmış çok sayıda çalışma mevcuttur. Bu yöntem özellikle tasarım aşamasında oldukça hızlı ve doğru sonuç verdiği için tercih edilmektedir. Ancak girdap kafes yöntemleri taşıyıcı elemanı kamburluk eğrisinden ibaretmiş gibi varsaydığından viskoz etkileri hesaba katamamaktadır. Çeşitli kanat profilleri ve test pervanesi için programda kullanılan yöntemin güvenilirliğini ve doğruluğunu göstermek için birçok uygulama yapılmıştır. Çalışma sonuçlarını değerlendirmek amacıyla daha önce geliştirilmiş olan taşıyıcı çizgi teorisi ve pala elemanı-momentum teorisi programları kullanılmıştır. Kanat üzerindeki doğrulama çalışmaları taşıyıcı çizgi yöntemi programı (MAYwingPLL) ile gerçekleştirilmiştir. İlk uygulamada düz levha şeklindeki kanat ve taşıma eğrisi eğimi düz levhadan daha küçük olan kamburluksuz hayali profile sahip kanat için analiz yapılmıştır. Çeşitli hücum açılarında kamburluksuz profil sonuçlarına göre, taşıyıcı çizgi teorisi ve girdap kafes yöntemi elde edilen taşıma katsayısı değerleri birbirine çok yakındır. Bu değerlerin analitik olarak hesaplanan düz levha ve hayali profil verileri ile karşılaştırılması sonucunda analitik çözüm ile aynı hücum açılarında daha yüksek taşıma katsayısı değerleri hesaplandığı görülmektedir. Çünkü üç boyutlu kanat iki boyutlu kanattan farklı olarak taşımanın yanında indüklenmiş sürükleme bileşenini de içerir ve üç boyutlu kanatta iki boyutlu kanat ile aynı hücum açısında taşıma daha azdır. İkinci uygulama olarak, sayısal yöntemlerin kamburluğa ne tepki vereceğini göstermek için aynı hayali profile bir kamburluk verilmiştir. Taşıyıcı Çizgi Teorisi ile elde edilen taşıma katsayıları, profil kamburluğunu dikkate alacak biçimde bir değişime uğrayarak, Girdap Kafes Yöntemi ile elde edilen taşıma katsayılarından daha büyük değerler almaktadır. Üçüncü uygulama olarak gerçek bir kanat profiline ait doğrusal olmayan bölgeyi de içeren veri kullanılmıştır. Kesit profili olarak NACA 4412 profili seçilmiştir. Her iki yöntemle (Taşıyıcı Çizgi Teorisi ve Girdap Kafes Yöntemi) elde edilen sonuçlarda doğrusal bölge içinde taşıma katsayıları literatürden alınan taşıma katsayısı değerlerine benzer şekilde lineer bir artış göstermektedir. Her iki yöntemde de viskoz etkiler hesaba katılmadığı için, kanat profilinin doğrusal olmayan bölgesinde taşıma eğrisi eğiminde azalma olmamıştır. Pala test çalışmalarının en sonuncusunda deneysel çalışmalarla bir karşılaştırma yapılarak yöntemin genel başarısı hakkında bilgi edinilmesi amaçlanmıştır. Bu çerçevede dikdörtgensel üst görünümlü kanadın kesit profili olarak NACA 4415 profili seçilmiştir. Bu uygulamada dikdörtgensel üst görünümlü kanadın açıklık oranının 6, 9 ve 12 değerleri için hesaplamalar yapılmış olup, bu sonuçlar Ostowari ve Naik tarafından verilen üç-boyutlu deneysel sonuçlarla karşılaşmalı olarak sunulmuştur. Açıklık oranı değeri küçük olduğunda (AR=6) Girdap Kafes Yöntemi sonuçları 0°<α<10° arasında deney sonuçlarına doğru yaklaşmaktadır. Fakat sonuçlar arasındaki uyum yeterli değildir. Bu durum uygulanan yöntemin kanat üzerinden geçen akımı yaklaşık iki boyutlu kabul etmesinden kaynaklanmaktadır. Bu açıklık oranı için üç boyutlu etkiler kuvvetli olup, kesit profili bilgisinin kullanılması hataya yol açmaktadır. Açıklık oranının daha büyük olduğu (AR=9 ve AR=12) iki halde VLM sonuçları ile deney sonuçları arasında iyi bir uyum olduğu görülmektedir. Bu da Girdap Kafes Yöntemi'nin açıklık oranı yeterince büyük olmak kaydıyla güvenilir bir yöntem olduğunu göstermektedir. Pervane üzerindeki uygulama için ise geometrisi ve performans değerleri bilinen test pervanesi seçilmiştir. Test pervanesi kanat profili olarak Clark Y profili kullanılmıştır. Pervane için yazılan Girdap Kafes Yöntemi (VLM) programının sonuçlarının doğruluğunun kontrolü, pervanenin tasarım ve analizi için hazırlanmış ve klasik momentum ve pala elemanı teorilerine dayanan (MAYpropBEM) programı aracılığıyla yapılmıştır. Öncelikle BEM programı aracılığıyla pervanenin tasarımı yapılmıştır. Ardından farklı ilerleme oranı değerlerinde pervane performansı hesaplanmıştır. Farklı ilerleme oranları için Girdap Kafes Yöntemi ve Pala Elemanı Yöntemi ile elde edilen çekme katsayısı değerlerinin karşılaştırılması sonucu, tasarım ilerleme oranı (Jprop= 0,467) civarında iki yöntemin sonuçlarının oldukça uyumlu olduğu, farklı ilerleme oranlarında ise çekme katsayısının değişimlerinin birbiriyle uyumlu olduğu görülebilir. Farklı ilerleme oranları için Girdap Kafes Yöntemi ve Pala Elemanı Yöntemi ile elde edilen moment katsayısı değerlerinin değişimlerinin birbiriyle uyumlu olduğu görülebilir.