| Sıra | DOSYA ADI | Format | Bağlantı |
|---|---|---|---|
| 01. | 2019 Tübi̇tak Uluslararasi İnsansiz Hava Araci Yarişmasi | pptx | Sunumu İndir |
Transkript
Sabit Kanatlı İHA Aerodinamik ve Uçuş MekaniğiProf. Dr. Hüseyin AKILLIDanışma ve Değerlendirme Kurulu ÜyesiMart 2019 / Gebze, TÜSSİDE2019 TÜBİTAK ULUSLARARASIİNSANSIZ HAVA ARACI YARIŞMASI
İçindekiler Aerodinamik Aerodinamik kuvvet ve momentler Kanat profili - Geometrik özellikler ve profil seçimi Referans kanat geometrisi Taşıma ve sürükleme kuvvetleri Uçuş Performansı Seyir Uçuşu Pervane-motor-pil verim bağıntıları Minimum uçuş hızı Seyir uçuşu menzili
Aerodinamikİtki (T)Sürükleme (D)Taşıma (L)Ağırlık (W)Havaya göre hızUçağa etkiyen kuvvetler(Seyir uçuşu hali):Aerodinamik kuvvetler:Taşıma (Lift) kuvveti: doğrultusuna dik etkiyen toplam aerodinamik kuvvetSürükleme (Drag): doğrultusuna ters yönde etkiyen toplam aerodinamik kuvvet Seyir uçuşunda:L = WT = D L: LiftD: DragT : ThrustW: Weight
AerodinamikAerodinamik kuvvet ve momentlerL RDα? ∞?Profil üzerinde aerodinamik kuvvetlerTaşıma kuvveti:Sürükleme kuvveti:Moment:Sırayla taşıma, sürükleme ve moment katsayılarıdır.Hava hızı, Uçuş şartlarında hava yoğunluğu, Kanat alanıdır.Ortalama aerodinamik veter boyudur.
Kanat alanı SAerodinamikAerodinamik kuvvet ve moment katsayılarıLDα? ∞Profil üzerinde aero kuvvetlerM Taşıma katsayısı:Sürükleme katsayısı:Moment katsayısı:ProfilKanat (ya da hava aracı)• Aerodinamik katsayılar hücum açısına, geometriye (profil geometrisi, kanat geometrisi, uçak konfigürasyonu, ıslak alan, vs.), Reynols sayısına ve Mach sayısına bağlıdırlar.• Kanat profili için taşıma ve sürükleme katsayıları deneysel olarak elde edilir ya da profil seçimi sırasında yaklaşık tahmin yapan yazılımlar kullanılabilir.Dinamik basınç:Deniz seviyesi standart koşullarda
AerodinamikProfil Geometrik özellikleriOrtalama kamburluk eğrisirtala a ka burluk eğrisi Kalınlık (t)alınlık (t)Kamburluka burlukVeter, cVeter, cHücum kenarıücu kenarı Firar kenarıFirar kenarı• Veter hattı: Hücum kenarı ile firar kenarını birleştiren doğru.• Ortalama kamburluk eğrisi: Profil üst ve alt yüzeyleri arasındaki uzaklıkların orta noktalarını birleştiren eğri.• Kamburluk: Profil veteri ile kamburluk eğrisi arasındaki maksimum mesafe (vetere dik ölçülür.)• Kalınlık: Profil üst ve alt noktaları arasında vetere dik olarak ölçülen mesafe.
Aerodinamik
AerodinamikReferans Kanat Geometrik Özelliklerib (kanat açıklığı)Uç veter uzunluğuKök veter uzunluğu Açıklık oranı(Aspect ratio)Sivrilme oranı(taper)Merkez hattıMerkez hattıKanat Alanı SOk açısıHücum kenarıFirar kenarıÇeyrek veter hattı
AerodinamikReferans Kanat - Ortalama Aerodinamik Veter• Ortalama aerodinamik veter (mean aerodynamic chord) özellikle uçak kararlılık hesaplamaları sırasında referans veter olarak kullanılır. • Düşük hızlar için kanadın aerodinamik merkezi, ortalama aerodinamik veterin hücum kenarından itibaren çeyrek (0.25c) uzunluğundadır.• Aerodinamik merkez tanım olarak aerodinamik momentin hücum açısından bağımsız olduğu noktadır.
AerodinamikProfil Taşıma katsayısının hücum açısı ile değişimiAkış ayrılmasıkış ayrıl asıTaşıma eğrisi eğimiTaşı a eğrisi eği iHücum açısıücu açısıSıfır taşıma hücum açısıSıfır taşı a hücu açısı• Taşıma katsayısı, maksimum değerine ulaşıncaya kadar hücum açısı ile lineer değişir. Lineer kısımda teorik eğim 2π/rad (yaklaşık olarak 0.11/derece değerindedir.)Teorik olarak eğrinin eğimi 2π/radPratik olarak 0.11/derece alınabilir.Teorik olarak eğrinin eği i 2π/radPratik olarak 0.11/derece alınabilir.Taşıma KatsayısıTaşıma KatsayısıTipik bir profil için cl-α grafiğiMaksimum taşıma katsayısıaksi u taşı a katsayısıProfil taşıma katsayısı:Teorik
AerodinamikProfil Sürükleme katsayısının hücum açısı ile değişimi• Tipik bir profil için sürükleme katsayı hücum açısı ile değişimi.• Profil sürükleme katsayısı için analitik bir ifade yok. Deney verisi ya da başlangıç tasarım sırasında bir yazılım kullanılabilir (xfoil vb.).• Düşük sesaltı hız profil deney verileri için iyi bir kaynak: http://m-selig.ae.illinois.edu/ Tipik bir profil için Cd-α grafiğiMinimum sürükleme katsayısıini u sürükle e katsayısıNot:Bu grafik tipik kamburluklu bir profil için. Simetrik bir profil için minimum cd değeri sıfır derece hücum açısında oluşacak
AerodinamikProfil Moment katsayısının hücum açısı ile değişimiFarklı Reynolds sayıları için sürükleme katsayısıTaşıma katsayısıMoment katsayısıNACA 2412• Çeyrek veter(c/4) noktasında moment katsayısı hücum açısı ile uzun bir aralıkta sabit kalır. Düşük ses-altı profiller için tipik bir davranıştır.• Çeyrek veter noktası aynı zamanda aerodinamik merkezdir.0.25c (çeyrek veter) noktasında ölçülen moment katsayısı
AerodinamikProfil Seçimi – Aerodinamik performans açısındanTaşıma KatsayısıTaşıma KatsayısıSürükleme KatsayısıSürükle e atsayısıTaşıma KatsayısıTaşıma KatsayısıSürükleme KatsayısıSürükle e atsayısı• Profil seçiminde dikkate alınacak ilk parametre tasarım taşıma katsayısıdır.• Tasarım taşıma katsayısı profilin aerodinamik veriminin maksimum olduğu hale denk gelecek şekilde seçilmelidir.• İlk profil seçimde başarılı bir rakip örnek alınabilir. (L/D)maks/(L/D)maks/
AerodinamikProfil seçiminde uçuş şartlarına uygun verilerin kullanımı • Taşıma ve sürükleme katsayıları sadece hücum açısı ve profil geometrisinin yanı sıra Reynolds sayısı (Re) ve Mach sayısına da bağlıdır. (Mach sayısı daha çok yüksek hızlı uçuşla ilgili olduğundan burada incelemeyeceğiz.)• İHA’lar gibi küçük ölçekli hava araçlarında Reynolds sayısı, profil taşıma ve sürükleme katsayılarını çok ciddi etkiler. • Bu nedenle profil dataları uygun Reynolds sayısı değerlerinde incelenmelidir. Uçuş şartlarında hava yoğunluğu Uçuş şartlarında havanın dinamik viskozitesi Uçuş hızıOrtalama aerodinamik veter
AerodinamikKanat AerodinamiğiDüşük basınçYüksek basınçKanat önden görünüşüKanat ucu girdapları nedeniyle profil, geometrik hücum açısından daha küçük bir açıda çalışır ve hız yönünde ek bir sürükleme kuvveti ortaya çıkar. Geometrik hücum açısıEfektif hücum açısıİndüklenmiş hücum açısıİndüklenmiş sürükleme kuvveti – taşıma kaynaklıdır.Veter hattıHava hız vektörü
AerodinamikKanat için toplam sürükleme kuvvetiKanat sürüklemesi = profil sürüklemesi + indüklenmiş sürükleme• Profil sürüklemesi daha önce bahsettiğimiz şekilde profil datasından elde edilebilir.• İndüklenmiş sürükleme ise kanat geometrisine bağlıdır: Planform şekli: Eliptik dikdörtgen trapez (sivrilmeli) Açıklık oranı Sivrilme oranı Ok açısı
AerodinamikEliptik kanat sürüklemesiProfil veter dağılımı eliptikAçıklık oranıİndüklenmiş hücum açısıTaşıma kaynaklı sürüklemeToplam sürükleme• Eliptik taşıma dağılımda taşıma kaynaklı sürükleme minimumdur. • Aynı açıklık oranı ve profil sürüklemesi için, diğer bütün kanat şekillerinde daha fazla indüklenmiş sürükleme ortaya çıkar.
• Trapez planformlu bir kanat için taşıma kaynaklı sürükleme, aynı profil sürüklemesi ve açıklık oranında, eliptik taşıma dağılımına göre her zaman daha fazladır.• Açıklık oranı AR arttıkça taşıma kaynaklı sürükleme azalır.AerodinamikTrapez kanat sürüklemesiTaşıma kaynaklı sürüklemeToplam kanat sürüklemesi Kanat açıklığı verim faktörü
AerodinamikKanat taşıma katsayısı• Profil için taşıma eğrisi eğimi• Kanat için taşıma eğrisi eğimi• Profilin efektif hücum açısı geometrik hücum açısından daha düşük olduğundan kanat taşıma eğrisi eğimi düser. Yani kanat aynı hücum açısında profile göre daha küçük bir taşıma katsayısına sahiptir.ProfilKanatEliptik kanat(Düşük sesaltı hız)Yüksek AR; okaçısız(Düşük sesaltı hız)AR < 4 ;okaçısız(Düşük sesaltı hız)Ok açılı kanat(Düşük sesaltı hız)
Aerodinamikİndüklenmiş sürükleme faktörüÖrnekNACA 2412 profiline sahip, okaçısız, açıklık oranı AR = 8 ve sivrilme oranı 0.8 olan düşük hızlı bir kanat için hücum açısı 6 derece iken taşıma katsayısını hesaplayın. NACA 2412
AerodinamikÖrnekNACA 2412 profiline sahip, okaçısız, açıklık oranı AR = 8 ve sivrilme oranı 0.8 olan düşük hızlı bir kanat için hücum açısı 6 derece iken taşıma katsayısını hesaplayın. profilKanatKanat taşıma katsayısı profil taşıma katsayısından daha düşük.
AerodinamikÖnemli Notlar• Düşük ses altı hızlarda (İHA uçuş profili) açıklık oranının azalması ve ok açısının artırılması kanat taşıma katsayısını azaltır.• İndüklenmiş sürüklemeyi azaltmak için açılık oranı AR olabildiğince yüksek seçilmelidir. (Rakip uçaklar incelenebilir.)• Kararlılık ve kontrol açısından gerekmedikçe kanada ok açısı vermeye gerek yoktur. (Uçan kanat konfigürasyonunda kararlılık kısıtları nedeniyle yüksek ok açısına ihtiyaç duyulur.)• Eliptik taşıma dağılımına yaklaşmak için (yani düşük indüklenmiş sürükleme) kanata sivrilme açısı verilebilir. • Tipik olarak 0.45 değerinde bir sivrilme oranı eliptik dağılıma kıyasla %1 civarında daha fazla indüklenmiş sürükleme yaratır.• Ancak çok fazla sivrilme düşük Reynolds sayısı nedenile kanat ucunda performansı düşürebilir.
AerodinamikİHA için Sürükleme PolarıBu aşamaya kadar sadece kanat sürüklemesi inceledik. Uçağın tamamı için toplan sürükleme aşağıdaki şekilde ifade edilebilir.Toplam sürükleme = parazit sürükleme + taşıma kaynaklı sürükleme• Sıfır taşıma sürüklemesini bulmak için uçağın bütün komponentlerinden gelen katkıları ele almak gerekir. • Tipik olarak iniş takımları kapanmayan bir genel havacılık uçağı için 0.025-0.03 civarında.Okaçısız kanatOk açılı kanat
AerodinamikİHA için Sürükleme Poları – Maksimum L/DSürükleme polar grafiğinde orijinden grafiğe çizilen doğrunun teğet olduğu nokta maksimum L/D değerini verir.Maksimum L/D durumunda
Uçuş MekaniğiElektrik Motoru-Pervane Kombinasyonu Pervane PilŞaftElektrikMotoruToplam verim motor verimi ile pervane veriminin çarpımına eşittir.Şaft gücüElektrik gücü• Pervane-motor sisteminden aldığımız net güçtür. (Power available)• Güç = Kuvvet x Hız
Uçuş MekaniğiMinimum Hız (Stol Hızı) Stol BölgesiMaksimum taşıma katsayısı• Düşük stol hızı için düşük kanat yüklemesi (W/S) ve yüksek taşıma katsayısı gereklidir.• Profil maksimum taşıma katsayısı profil grafiklerinden elde edildikten sonra kanat için yaklaşık olarak aşağıdaki denklem kullanılabilir.Profil Maksimum taşıma katsayısı
Uçuş MekaniğiHavaya göre hızSeyir Uçuşu Gerekli itki (Thrust Required)Gerekli güç (Power Required)T DLWSeyir için gerekli güç Sağlanabilen maks. güç
Uçuş MekaniğiSeyir Uçuşu - minimum gerekli güçAğırlığı ve kanat alanı belli olan bir İHA için Seyir uçuşunda minimum güç hali:Minimum güç halinde hava hızı:Bu değeri maksimize etmek gerekiyorMinimum güçte hava hızı, maksimum L/D değerindeki hava hızından daha düşük bir değerdir.
Uçuş MekaniğiSeyir Uçuşu - MenzilPilden beslenen bir motora sahip uçak için uçuş boyunca yakıt azalmayacağı ve dolayısıyla ağırlık değişmeyeceği için menzil hesabı basitleşir.Menzil = hız x zamanUçuş süresi pilden alınan elektrik gücüne (Voltaj ve çekilen akım), pil ağırlığına ve pilin özgül enerji kapasitesine (E) bağlıdır. Seyir uçuşundaTipik olarak 100-250 W.h/kg
Uçuş MekaniğiSeyir Uçuşu – En iyi MenzilPervaneli uçaklar için en iyi (maksimum) menzil L/D değerinin maksimum olduğu uçuş durumunda gerçeklerşir. Bu haldeki hava hızı aşağıdaki şekilde hesaplanır. En iyi menzil için bu değeri menzil denkleminde kullanmak gerek.En iyi menzil hızıEn iyi menzil L/D
Uçuş MekaniğiSeyir Uçuşu – En fazla uçuş süresi halleriPervaneli uçaklar en fazla uçuş süresi daha önce incelediğimiz minimum gerekli güç hali ile aynıdır.En fazla uçuş süresi hızıEn fazla uçuş süresi için L/D
Uçuş MekaniğiKaynaklar• 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/
iha.tubitak.gov.triha@tubitak.gov.trTEŞEKKÜRLER2019 TÜBİTAK Uluslararası İHA Yarışması Eğitim Programı, 23-24 / 29-30 Mart 2019, Gebze2019 TÜBİTAK ULUSLARARASIİNSANSIZ HAVA ARACI YARIŞMASI
2019 Tübi̇tak Uluslararasi İnsansiz Hava Araci Yarişmasi
Yazar :
Hüseyin AKILLI
Yıl : 2019
Anahtar Kelimeler
Daha fazla görüntüle