Parametric study of the effect of sweep and winglet on helicopter rotor blade in hovering condition using cfd

Abstract

Çalışma amacı, farklı helikopter bıçak biçimlerinin döneç ( rotor) performansına etkisi üzerine parametrik analiz yapmaktır. Biçimler, farklı kanatçıklar ve akçaağaç şekillerinde farklı tarama açıları içerir.Çalışma, Caradonna – Tung ve UH60A döneç kanatları olmak üzere iki farklı olay üzerinde uygulanmıştır. Bu tezde, üzerinde çalışılan döneç performans parametreleri; itme, tork ve liyakat figürüdür. Tüm hesaplamalar, RANS denklemleri çözülerek CFD kullanılarak elde edilir. Üç farklı türbülans modeli kullanılmış ve karşılaştırılmıştır; Spalart-Allmaras k- epsilon k- omega SST; SA, farklı kolektif açı açılarında farklı dönüş hızlarında yapılan ölçümlerle en iyi uyumu göstermiştir. Çalışmanın sonuçları, farklı süpürme açılarının konumlarının tempersiz ve bükülmemiş Caradonna- Tung (C-T) bıçağı üzerindeki etkisinin, bükülmüş UH60A bıçağı üzerindeki etkisinden daha fazla olduğunu göstermektedir. Dahası tork üzerindeki etki, itme üzerindeki etkisinden daha belirgindi. C-T bıçağı için torkta yaklaşık % 7 lik bir azalması mümkünken, UH60A olayında, torkta % 4 lük bir azalma fark edildi. Kanat etkisi UH60A döneç bıçağı için çalışıldı ve baskıda yaklaşık % 2 lik bir artış elde edildi.Tork tüm olaylarda artma göstermiştir. Akçaağaç şekli, torkta neredeyse% 5'lik bir azalmayla sonuçlandı, fakat aynı zamanda itişi de azalttı.

The objective of the study is to carry parametric analysis on the effect of different helicopter blade configurations on the rotor performance. The configurations include different sweep angles at different span locations, different winglets and maple shapes. The study was implemented on two different test cases which are, the Caradonna-Tung and UH60A rotor blades. The rotor performance parameters that are studied in this thesis are the thrust, torque and figure of merit. All the computations are obtained using CFD by solving the RANS equations. Three different turbulence models have been used and compared; the Spalart-Allmaras k-epsilon and k-omega SST. The SA has shown the best agreement with measurements at different rotational speeds under different collective pitch angles. The results of the study shows that, the effect of different sweep angles and locations on the untapered and untwisted Caradonna-Tung (C-T) blade is more that their effect on the twisted UH60A blade. Moreover, the effect on torque was much more pronounced than the effect on thrust. A decrease of around 7 % in torque was possible for the C-T blade while a decreases in torque of around 4% was noticed in the UH60A case. The winglet effect was studied for the UH60A rotor blade and an increase of about 2% in thrust was attained. However, the torque also increases in all the studied cases.The maple shape resulted in a decrease of almost 5% in torque but also it decreases the thrust.