1 / 35

Sabit Kanatlı İHA Aerodinamik ve Uçuş Mekaniği

Sabit Kanatlı İHA Aerodinamik ve Uçuş Mekaniği. 2019 TÜBİTAK ULUSLARARASI İNSANSIZ HAVA ARACI YARIŞMASI. Prof. Dr. Hüseyin AKILLI Danışma ve Değerlendirme Kurulu Üyesi Mart 2019 / Gebze, TÜSSİDE. İçindekiler. Aerodinamik Aerodinamik kuvvet ve momentler

ryanr
Download Presentation

Sabit Kanatlı İHA Aerodinamik ve Uçuş Mekaniği

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SabitKanatlı İHA AerodinamikveUçuşMekaniği 2019 TÜBİTAK ULUSLARARASI İNSANSIZ HAVA ARACI YARIŞMASI Prof. Dr. Hüseyin AKILLI Danışma ve Değerlendirme Kurulu Üyesi Mart 2019 / Gebze, TÜSSİDE

  2. İçindekiler • Aerodinamik • Aerodinamikkuvvetvemomentler • Kanatprofili - Geometriközelliklerveprofilseçimi • Referanskanatgeometrisi • Taşımavesürüklemekuvvetleri • UçuşPerformansı • SeyirUçuşu • Pervane-motor-pilverimbağıntıları • Minimum uçuşhızı • Seyiruçuşumenzili

  3. Aerodinamik Taşıma (L) Uçağaetkiyenkuvvetler (Seyiruçuşuhali): L: Lift D: Drag T : Thrust W: Weight İtki (T) Sürükleme (D) Seyiruçuşunda: L = W T = D Havayagörehız Ağırlık (W) Aerodinamik kuvvetler: Taşıma (Lift) kuvveti: doğrultusuna diketkiyentoplamaerodinamikkuvvet Sürükleme (Drag): doğrultusunatersyöndeetkiyentoplamaerodinamikkuvvet

  4. Aerodinamik Aerodinamikkuvvetvemomentler L R Taşımakuvveti: Sürüklemekuvveti: Moment: D α Sıraylataşıma, sürüklemeve moment katsayılarıdır. Kanatalanıdır. Uçuşşartlarındahavayoğunluğu, Havahızı, Profilüzerinde aerodinamikkuvvetler Ortalamaaerodinamikveterboyudur.

  5. Aerodinamik Aerodinamikkuvvetve moment katsayıları Profil Kanat(ya da havaaracı) Taşımakatsayısı: M Sürüklemekatsayısı: L Moment katsayısı: Denizseviyesistandartkoşullarda Dinamikbasınç: D α • Aerodinamikkatsayılarhücumaçısına, geometriye (profilgeometrisi, kanatgeometrisi, uçakkonfigürasyonu, ıslakalan, vs.), Reynolssayısınave Mach sayısınabağlıdırlar. • Kanatprofiliiçintaşımavesürüklemekatsayılarıdeneyselolarakeldeedilirya da profilseçimisırasındayaklaşıktahminyapanyazılımlarkullanılabilir. Kanatalanı S Profilüzerinde aero kuvvetler

  6. Aerodinamik ProfilGeometriközellikleri Ortalamakamburlukeğrisi Kalınlık (t) Hücumkenarı Firarkenarı Kamburluk Veter, c • Veterhattı: Hücumkenarıilefirarkenarınıbirleştirendoğru. • Ortalamakamburlukeğrisi: Profilüstve alt yüzeyleriarasındakiuzaklıklarınortanoktalarınıbirleştireneğri. • Kamburluk: Profilveteriilekamburlukeğrisiarasındakimaksimummesafe (veteredikölçülür.) • Kalınlık: Profilüstve alt noktalarıarasındaveteredikolarakölçülenmesafe.

  7. Aerodinamik

  8. Aerodinamik ReferansKanatGeometrikÖzellikleri Merkezhattı Kökveteruzunluğu KanatAlanı S Sivrilmeoranı (taper) Uçveteruzunluğu b (kanataçıklığı) Ok açısı Açıklıkoranı (Aspect ratio) Hücumkenarı Merkezhattı Çeyrekveterhattı Firarkenarı

  9. Aerodinamik ReferansKanat - OrtalamaAerodinamikVeter • Ortalamaaerodinamikveter (mean aerodynamic chord) özellikleuçakkararlılıkhesaplamalarısırasındareferansveterolarakkullanılır. • Düşükhızlariçinkanadınaerodinamikmerkezi, ortalamaaerodinamikveterinhücumkenarındanitibarençeyrek (0.25c) uzunluğundadır. • Aerodinamikmerkeztanımolarakaerodinamikmomentinhücumaçısındanbağımsızolduğunoktadır.

  10. Aerodinamik ProfilTaşımakatsayısınınhücumaçısıiledeğişimi Maksimumtaşımakatsayısı TaşımaKatsayısı Akışayrılması Teorikolarakeğrinineğimi 2π/rad Pratik olarak 0.11/derecealınabilir. Taşımaeğrisieğimi Sıfırtaşımahücumaçısı Tipikbirprofiliçincl-αgrafiği Profiltaşımakatsayısı: Hücumaçısı Teorik • Taşımakatsayısı, maksimumdeğerineulaşıncayakadarhücumaçısıilelineerdeğişir. Lineerkısımdateorikeğim2π/rad (yaklaşıkolarak 0.11/derecedeğerindedir.)

  11. Aerodinamik ProfilSürüklemekatsayısınınhücumaçısıiledeğişimi Minimum sürüklemekatsayısı Not: Bu grafiktipikkamburluklubirprofiliçin. Simetrikbirprofiliçin minimum cd değerisıfırderecehücumaçısındaoluşacak Tipikbirprofiliçin Cd-αgrafiği • Tipikbirprofiliçinsürüklemekatsayıhücumaçısıiledeğişimi. • Profilsürüklemekatsayısıiçinanalitikbirifadeyok. Deneyverisiya da başlangıçtasarımsırasındabiryazılımkullanılabilir (xfoil vb.). • Düşüksesaltıhızprofildeneyverileriiçiniyibirkaynak: http://m-selig.ae.illinois.edu/

  12. Aerodinamik Profil Moment katsayısınınhücumaçısıiledeğişimi Taşımakatsayısı Farklı Reynolds sayılarıiçinsürüklemekatsayısı Moment katsayısı 0.25c (çeyrekveter) noktasındaölçülen moment katsayısı NACA 2412 • Çeyrekveter(c/4) noktasında moment katsayısıhücumaçısıileuzunbiraralıktasabitkalır. Düşükses-altıprofilleriçintipikbirdavranıştır. • Çeyrekveternoktasıaynızamandaaerodinamikmerkezdir.

  13. Aerodinamik ProfilSeçimi – Aerodinamikperformansaçısından (L/D)maks TaşımaKatsayısı TaşımaKatsayısı (L/D)maks SürüklemeKatsayısı SürüklemeKatsayısı • Profilseçimindedikkatealınacak ilk parametretasarımtaşımakatsayısıdır. • Tasarımtaşımakatsayısıprofilinaerodinamikverimininmaksimumolduğu hale denkgelecekşekildeseçilmelidir. • İlk profilseçimdebaşarılıbirrakipörnekalınabilir.

  14. Aerodinamik Profilseçimindeuçuşşartlarınauygunverilerinkullanımı • Taşımavesürüklemekatsayılarısadecehücumaçısıveprofilgeometrisininyanı sıraReynolds sayısı (Re) veMach sayısınada bağlıdır. (Mach sayısıdahaçokyüksekhızlıuçuşlailgiliolduğundanburadaincelemeyeceğiz.) • İHA’largibiküçükölçeklihavaaraçlarındaReynolds sayısı, profiltaşımavesürüklemekatsayılarınıçokciddietkiler. • Bu nedenleprofildatalarıuygun Reynolds sayısıdeğerlerindeincelenmelidir. Uçuşşartlarındahavayoğunluğu Uçuşşartlarındahavanındinamikviskozitesi Uçuşhızı Ortalamaaerodinamikveter

  15. Aerodinamik KanatAerodinamiği Kanatöndengörünüşü Düşükbasınç Yüksekbasınç Kanatucugirdaplarınedeniyleprofil, geometrikhücumaçısındandahaküçükbiraçıdaçalışırvehızyönündeekbirsürüklemekuvvetiortayaçıkar. Veterhattı Geometrikhücumaçısı Efektifhücumaçısı İndüklenmişhücumaçısı İndüklenmişsürüklemekuvveti – taşımakaynaklıdır. Havahızvektörü

  16. Aerodinamik Kanatiçintoplamsürüklemekuvveti Kanatsürüklemesi = profilsürüklemesi + indüklenmişsürükleme • Profilsürüklemesidahaöncebahsettiğimizşekildeprofildatasındaneldeedilebilir. • İndüklenmişsürüklemeisekanatgeometrisinebağlıdır: • Planformşekli: Eliptikdikdörtgentrapez (sivrilmeli) • AçıklıkoranıSivrilmeoranı Ok açısı

  17. Aerodinamik Eliptikkanatsürüklemesi Profilveterdağılımıeliptik Açıklıkoranı İndüklenmişhücumaçısı Taşımakaynaklısürükleme Toplamsürükleme • Eliptiktaşımadağılımdataşımakaynaklısürüklememinimumdur. • Aynıaçıklıkoranıveprofilsürüklemesiiçin, diğerbütünkanatşekillerindedahafazlaindüklenmişsürüklemeortayaçıkar.

  18. Aerodinamik Trapezkanatsürüklemesi Taşımakaynaklısürükleme Kanataçıklığıverimfaktörü Toplamkanatsürüklemesi • Trapezplanformlubirkanatiçintaşımakaynaklısürükleme, aynıprofilsürüklemesiveaçıklıkoranında, eliptiktaşımadağılımınagöre her zamandahafazladır. • AçıklıkoranıARarttıkçataşımakaynaklısürüklemeazalır.

  19. Aerodinamik Kanattaşımakatsayısı • Profiliçintaşımaeğrisieğimi • Kanatiçintaşımaeğrisieğimi • Profilinefektifhücumaçısıgeometrikhücumaçısındandahadüşükolduğundankanattaşımaeğrisieğimidüser. Yanikanataynıhücumaçısında profile göredahaküçükbirtaşımakatsayısınasahiptir. Eliptikkanat (Düşüksesaltıhız) Profil Yüksek AR; okaçısız (Düşüksesaltıhız) AR < 4 ;okaçısız (Düşüksesaltıhız) Kanat Ok açılıkanat (Düşüksesaltıhız)

  20. Aerodinamik Örnek İndüklenmişsürüklemefaktörü NACA 2412 profilinesahip, okaçısız, açıklıkoranı AR = 8 vesivrilmeoranı 0.8 olandüşükhızlıbirkanatiçinhücumaçısı 6 dereceikentaşımakatsayısınıhesaplayın. NACA 2412

  21. Aerodinamik Örnek NACA 2412 profilinesahip, okaçısız, açıklıkoranı AR = 8 vesivrilmeoranı 0.8 olandüşükhızlıbirkanatiçinhücumaçısı 6 dereceikentaşımakatsayısınıhesaplayın. Kanat profil Kanattaşımakatsayısıprofiltaşımakatsayısındandahadüşük.

  22. Aerodinamik ÖnemliNotlar • Düşüksesaltıhızlarda (İHA uçuşprofili) açıklıkoranınınazalmasıve ok açısınınartırılmasıkanattaşımakatsayısınıazaltır. • İndüklenmişsürüklemeyiazaltmakiçinaçılıkoranı AR olabildiğinceyüksekseçilmelidir. (Rakipuçaklarincelenebilir.) • Kararlılıkvekontrolaçısındangerekmedikçekanada ok açısıvermeyegerekyoktur. (Uçankanatkonfigürasyonundakararlılıkkısıtlarınedeniyleyüksek ok açısınaihtiyaçduyulur.) • Eliptiktaşımadağılımınayaklaşmakiçin (yanidüşükindüklenmişsürükleme) kanatasivrilmeaçısıverilebilir. • Tipikolarak 0.45 değerindebirsivrilmeoranıeliptikdağılımakıyasla %1 civarındadahafazlaindüklenmişsürüklemeyaratır. • Ancakçokfazlasivrilmedüşük Reynolds sayısınedenilekanatucundaperformansıdüşürebilir.

  23. Aerodinamik İHA içinSürükleme Poları Bu aşamayakadarsadecekanatsürüklemesiinceledik. Uçağıntamamıiçintoplansürüklemeaşağıdakişekildeifadeedilebilir. Toplamsürükleme = parazitsürükleme + taşımakaynaklısürükleme • Sıfırtaşımasürüklemesinibulmakiçinuçağınbütünkomponentlerindengelenkatkılarıelealmakgerekir. • Tipikolarakiniştakımlarıkapanmayanbirgenelhavacılıkuçağıiçin 0.025-0.03 civarında. Okaçısızkanat Ok açılıkanat

  24. Aerodinamik İHA içinSürükleme Poları – Maksimum L/D Sürükleme polar grafiğindeorijindengrafiğeçizilendoğrununteğetolduğunoktamaksimum L/D değeriniverir. Maksimum L/D durumunda

  25. UçuşMekaniği ElektrikMotoru-PervaneKombinasyonu Toplamverim motor verimiilepervaneverimininçarpımınaeşittir. Şaft Pil Elektrik Motoru Şaftgücü Pervane Elektrikgücü • Pervane-motor sistemindenaldığımız net güçtür. (Power available) • Güç = Kuvvet x Hız

  26. UçuşMekaniği Minimum Hız (StolHızı) Maksimumtaşımakatsayısı StolBölgesi • Düşükstolhızıiçindüşükkanatyüklemesi (W/S) veyüksektaşımakatsayısıgereklidir. • Profilmaksimumtaşımakatsayısıprofilgrafiklerindeneldeedildiktensonrakanatiçinyaklaşıkolarakaşağıdakidenklemkullanılabilir. ProfilMaksimumtaşımakatsayısı

  27. UçuşMekaniği L SeyirUçuşu T D Havayagörehız Seyiriçingerekligüç W Sağlanabilenmaks. güç Gerekliitki (Thrust Required) Gerekligüç (Power Required)

  28. UçuşMekaniği SeyirUçuşu - minimum gerekligüç Ağırlığıvekanatalanı belli olanbir İHA içinSeyiruçuşunda minimum güçhali: Bu değerimaksimizeetmekgerekiyor Minimum güçhalindehavahızı: Minimum güçtehavahızı, maksimum L/D değerindekihavahızındandahadüşükbirdeğerdir.

  29. UçuşMekaniği SeyirUçuşu - Menzil Pildenbeslenenbirmotorasahipuçakiçinuçuşboyuncayakıtazalmayacağıvedolayısıylaağırlıkdeğişmeyeceğiiçinmenzilhesabıbasitleşir. Menzil = hız x zaman Uçuşsüresipildenalınanelektrikgücüne (Voltajveçekilenakım), pilağırlığınavepilinözgülenerjikapasitesine (E) bağlıdır. Seyiruçuşunda Tipikolarak 100-250 W.h/kg

  30. UçuşMekaniği SeyirUçuşu – En iyiMenzil Pervaneliuçaklariçin en iyi (maksimum) menzil L/D değerininmaksimumolduğuuçuşdurumundagerçeklerşir. Bu haldekihavahızıaşağıdakişekildehesaplanır. En iyimenzilhızı En iyimenzil L/D En iyimenziliçinbudeğerimenzildenklemindekullanmakgerek.

  31. UçuşMekaniği SeyirUçuşu – En fazlauçuşsüresihalleri Pervaneliuçaklar en fazlauçuşsüresidahaönceincelediğimiz minimum gerekligüçhaliileaynıdır. En fazlauçuşsüresihızı En fazlauçuşsüresiiçin L/D

  32. UçuşMekaniği Kaynaklar • Fundamentals of Aerodynamics 5th Edition, John D. Anderson Jr. • Aircraft Performance & Design 1st Edition, John D. Anderson Jr. • Aircraft Design: A Conceptual Approach (Aiaa Education Series), Daniel P. Raymer • Introduction to Aeronautics: A Design Perspective, Brandt et. al., 2004 • http://flightacademy.info/ • https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/guided.htm • http://m-selig.ae.illinois.edu/ • http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/

  33. TEŞEKKÜRLER 2019 TÜBİTAK ULUSLARARASI İNSANSIZ HAVA ARACI YARIŞMASI iha.tubitak.gov.tr iha@tubitak.gov.tr 2019 TÜBİTAK Uluslararası İHA Yarışması Eğitim Programı, 23-24 / 29-30 Mart 2019, Gebze

More Related