Süpersonik kavite akışının aktif ve pasif yöntemlerle kontrolü

Hava araçlarının içinde mühimmatın taşındığı dikdörtgen boşluklar olan kaviteler üzerindeki yüksek hızlı akışların zamana bağlı değişen, düzensiz ve karmaşık akış özellikleri havacılık uygulamalarında pratik olarak önemli bir sorun teşkil eder. Kavite içi akış alanı türbülansı ve beraberinde basınç dalgalanmaları, yüksek akustik etkiler ile kararsızlıkları barındırmaktadır. Kavite akışının yapısının anlaşılması, basınç salınımlarının ve yüksek akustik etkilerin hafifletilmesi için akışın doğru biçimde simülasyonlarının yapılıp modellenmesi ve uygun kontrol yöntemlerinin uygulanması gereklidir. Bu tez çalışması kapsamında 1.5 Mach serbest akış hızına sahip dikdörtgensel bir kavite üzerindeki akış Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği metotları ile incelenmiştir. Uzunluğun derinliğe oranı 5.07 olan geometride açık kavite akışı özellikleri gözlenmektedir. Yapılan sayısal çalışma literatürdeki deneysel bir çalışma ile doğrulanmıştır. Kavite akışındaki yüksek basınç değerlerini ve salınımları düşürmek, yüksek akustik etkileri hafifletmek amacıyla pasif ve aktif kontrol yöntemleri uygulanmıştır. Pasif yöntemlerin uygulanması kapsamında kavite arka duvarına eğim verilmesi, kavite girişine plaka eklenmesi ve kavite duvarlarına engeller konulması olmak üzere geometride değişiklikler yapılmıştır. Aktif yöntemler ise mikrojetler ve jetler ile hava üfleme bazlı akış kontrolüdür. Akış fiziğinin daha detaylı incelenmesi adına kontrolsüz ve kontrollü akışlarda kavite içinden elde edilen hız verilerine Dikgen Ayrıştırma Yöntemi uygulanmış, akışlardaki mekansal kipler ortaya çıkarılıp düşük mertebeli sistem modellemeleri gerçekleştirilmiştir. Son olarak kontrolsüz ve kontrollü simülasyonlarda kavite duvarlarından elde edilen basınç verilerine bir boyutlu dikgen ayrıştırma uygulanıp gerçek zamanlı akış kontrolü için uygun sensör yerleri belirlenmiştir. Pasif yöntemler ile kavite duvarlarında yüksek ses basınç seviyesi düşürümleri elde edilmiştir ve en etkili sonuçlara arka duvara eğim verilen çalışmada ulaşılmıştır. Arka duvara verilen eğim açısı arttıkça kayma tabakası ile arka duvarın etkileşimi zayıflatılarak basınç salınımlarının genliği düşürülmüştür. Aktif kontrol yöntemleri uygulanarak akış özelliklerinde değişimler meydana getirilmiştir. Mikrojetler ve jetler ile hava üflemede en etkin sonuçlar kavite girişinden uygulama yapıldığında elde edilmiştir. Kavite girişinde sisteme dışarıdan enerji verilerek kayma tabakasının yapısı değiştirilmiştir. Pasif kontrol yöntemlerine nispeten daha az etkili olan aktif kontrol yöntemleri akış koşullarına göre değiştirilebilir olduğu için gerçek zamanlı akış kontrolü için oldukça elverişlidir. Anahtar Kelimeler: Süpersonik kavite akışı, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Akış kontrolü, Dikgen Ayrıştırma Yöntemi