Kanat profillerinde düşük Reynolds ve yüksek ses altı Mach sayıları için türbülansa geçiş

Abstract

Uzun menzil yüksek irtifa insansız hava araçlarının maruz kaldığı düşük yoğunluklu, düşük türbülans seviyeli, düşük Reynolds sayılı ve yüksek ses altı hızlı uçuş rejimini rüzgar tünellerinde elde etmek oldukça zordur. Bu yüzden deneysel veriler elde edebilmek için maliyeti yüksek olan yüksek irtifa uçuş testleri yapmak gerekmektedir. Yüksek maliyeti olan bu testler yerine, sayısal yöntemler ile yaklaşımlar yapılması sınır tabakadaki laminer akış ve türbülansa geçiş konusunda iyi bir alternatif olabilir. Bu tez çalışmasında, iki denklemli ?-Re?t bağıntı tabanlı türbülansa geçiş modeli geliştirilip, insansız hava araçlarında sıkça kullanılan bazı kanat profillerinin performanslarını tahmin etmede kullanılmıştır. İlk aşamada, hali hazırda düz levha üzerindeki akış için doğrulanan deneysel bağıntılar, ince bir profil olan NACA64A006 için düşük hız, yüksek Reynolds sayısı şartlarında doğrulanmıştır. Daha sonra bu tez çalışmasında esas olan yöntem orta kalınlıktaki E387 ve SD7037 kanat profilleri için doğrulanmıştır. Son aşamada diğer profillere göre oldukça kalın olan APEX-16 kanat profili yüksek irtifa, düşük Reynolds sayıları ve yüksek ses altı hızları için analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar literatürdeki Reynolds-ortalamalı Navier-Stokes ve viskoz-viskoz olmayan temelli eN yöntemine dayalı sayısal veriler ile kıyaslanmıştır. Çalışmada kullanılan geçiş bağıntı modelinin literatürdeki sayısal verilere göre başarılı bir seçenek olduğu görülmüştür.

High altitude long endurance UAV flight regime imposes certain difficult testing conditions for the ground based test facilities, such as low density, low freestream turbulence, high alpha, low-Reynolds, and high-subsonic-Mach numbers. High altitude flight testing would be required to collect actual experimental data at an expense of much higher costs. Computational approach is a viable alternative to support generation of design data for the laminar and transitional boundary layers at high-subsonic-Mach-numbers. In the present study, a two-equation ?-Re?t correlation-based transition model is further developed to predict some airfoils that are frequently used in the design of UAVs. Firstly, the empirical correlations already validated for low to high Mach number flat plate cases is validated for the thin NACA64A006 airfoil at low subsonic speed and high-Reynolds-number. Secondly, the present methodology is successfully demonstrated for the E387 and SD7037 moderately thick UAV type airfoils in the low-Reynolds and low-subsonic-Mach-number conditions. Finally, the relatively thicker APEX-16 airfoils at high-altitude, low-Reynolds-number conditions for high-subsonic Mach numbers are simulated. Results are compared with the available numerical data in the literature obtained through Reynolds Averaged Navier-Stokes and viscous-inviscid interaction methods using the eN method. It was shown that the present implementation of the correlation model is a viable alternative to the available data in the literature.