SeyrüseferSeyir DefteriMühendislik → Bilgisayar Rüzgar Tüneline Karşı ; NACA TN-3361

Bilgisayar Rüzgar Tüneline Karşı ; NACA TN-3361

Seyir Defteri - Mühendislik
Çarşamba, 24 Şubat 2016

NACA TN-3361NACA 0012 kanat kesitinin 0°-180° arasındaki hücum açıları için 0,5e06 ve 1,8e06 Reynolds sayılarında rüzgâr tünelinde incelenmesini konu alan 1955 tarihli "NACA Technical Note 3361" [1] belgesi bu ve takip edecek bazı çalışmalar için temel olarak seçilmiştir.

0012 kesitinin tercih edilmesinin muhtelif sebepleri vardır; hakkında çok fazla tecrübî ve hesaplamalı araştırmanın yapılmış olması ve buna bağlı olarak karşılaştırma için bol miktârda kaynak bulunabilmesi, bu kaynakların pek çoğunun isteyen herkesin erişimine açık olması, helikopter pervanelerinden denizaltı dümenlerine kadar çok geniş bir alanda kullanılmış bir kesit olması ve deneyin tam hücum açısı aralığını kapsaması vesaire gibi.

TN-3361 çalışması ABD'de 7,5kadem yüksekliğinde ve 3kadem genişliğinde bir alçak türbülanslı rüzgâr tünelinde (Langley LTPT) gerçekleştirilmiştir. Kanat modelinin kesit uzunluğu 152,4mm genişliği ise 3kadem yani tünelin tam genişliğindedir ve kanat çelik bir kütüğün frezede işlenmesiyle imâl edilmiştir. Kanat koordinatları için beyan edilen azami sapma değeri 0,003pus (0,076mm) olarak ifade edilmiştir.

Naca kanat kesitleriyle ilgili kısa bir değerlendirmeye buradan ulaşılabilir.

 

NACA TN-3361; deney grafiği

Resim.1) TN-3361 değerlendirmesinde [1]  -2° ile 32° derece aralığında naca0012 kanat kesiti için sunulan kaldırma ve direnç katsayısı verileri.

 

Belgede grafik olarak sunulan verilerin geri kazanılması için g3data ve gnumeric yazılımları kullanılmıştır ve bu işlemin de bir miktar sapmaya sebep olabileceği göz önüne alınmalıdır. Elde edilen rüzgâr tüneli verilerinin çeşitli bilgisayar destekli mühendislik yazılımları ile karşılaştırılması çalışmalarında ilk olarak meşhur XFOIL kullanılacaktır.

Bununla birlikte uzun vadede asıl hedef daha yeni çözüm yöntemlerinin ve türbülans modelleme yaklaşımlarının da değerlendirilmesi ve özellikle hidrodinamik alanındaki uygulanabilirliklerinin incelenmeye çalışılması olacaktır.

 

XFOIL

XFOIL Fortran 77 ile *nix sistemleri için yazılmış ve ilk sürümü 1986 senesinden yayınlanmış olan ve alçak Reynolds sayılarına odaklanan bir tek bileşenli kanat kesiti tasarım ve hesaplama yazılımdır.

2013'de ulaşılan 6.9 sürümü ile yazılımın yeterli olgunluğa ve kararlılığa ulaştığı düşünüldüğünden geliştirilmesi durmuştur. Bununla birlikte açık kaynaklı olduğu için isteyenler yazılımı kendi ihtiyaçlarına uyarlayabilme imkânına da sahiptir ki bu yönde ilerleyen muhtelif başarılı projeler de mevcuttur.

Yazılım bir grafik arayüze sahip değildir ve menü yürütmeli komut satırı ile çalışır ayrıca XFOIL için geliştirilmiş grafik arayüzler de mevcuttur.

 

XFOIL Hesaplama Süresi

Resim.2) 1985'de üretilmesine başlanan MicroVAX II üzerinde XFOIL'in hesaplama hızı [2]. Bugünün en sıradan bilgisayarları bile aynı çözümü saniyenin kesirinde yapabiliyor.

 

XFOIL, lüzucî etkileri yüksek dereceden panel yöntemi ile birleştirerek ve Karman-Tsien sıkıştırılabilirlik düzeltmesini de hesaba dahil ederek çalışan melez bir çözüm yöntemine sahiptir. Sınır tabaka ve geçiş eşitlikleri lüzucî olmayan akış bölgesi ile birlikte Newton yöntemi ile çözülür ki bu yaklaşım özellikle geçiş ayrılması kabarcığının oluştuğu alçak Reynolds sayılarında hızlı bir çözüm elde edebilmek için son derece uygundur.

Yazılım hakkında daha kapsamlı bilgiler verilmeyecektir, ilgilenenler zaten açık kaynaklı olan XFOIL'i kolayca bulup [4] inceleyebilirler.

Hesaplama için deney ortamında kullanılan sınır şartları ayarlandıktan sonra sonuç üzerinde ciddi etkileri olan bir değişkenin belirlenebilmesi gerekiyordu: Ncrit

Deneyin 1954 senesinde yapıldığı göz önüne alınarak bu değer 6 olarak öngörüldü. Özellikle direnç sonuçları incelendiğinde [Resim.6] bu değerin makûl gibi göründüğü söylenebilir. Diğer taraftan her türlü harici akış hesaplama çalışmasının en önemli değişkenlerinden biri olan Ncrit'in daha sonra ayrıca ele alınması düşünülmektedir.

 

XFOIL; naca 0012 için basınç katsayısı dağılımı

Resim.3) Ele alınan rüzgar tüneli deneyi şartlarında 5° hücum açısı için XFOIL tarafından hesaplanan basınç katsayısı dağılımı.

 

 

XFOIL; naca 0012 için sürtünme katsayısı dağılımı

Resim.4) Ele alınan rüzgar tüneli deneyi şartlarında 5° hücum açısı için XFOIL tarafından hesaplanan sürtünme katsayısı dağılımı ve en yöntemi ile hesaplanan geçiş bölgelerinin yerleri.

 

 

XFOIL ve Rüzgâr Tüneli Deneyi için Kaldırma Katsayıları

Resim.5) 0° ile 15° derece arasında XFOIL sonuçlarının deney verileriyle karşılaştırılması. Görüldüğü gibi 6 dereceye kadar mükemmel, 7 dereceden sonra sapma giderek artıyor. Fakat buradaki Reynolds sayısının XFOIL için gayet yüksek olduğunu da göz önüne almak gerekli.

 

 

XFOIL ve Rüzgâr Tüneli Deneyi için Direnç Katsayıları

Resim.6) 0° ile 17° derece arasında XFOIL direnç sonuçlarının deney verileriyle karşılaştırılması. 13 dereye kadar sonuç mükemmel olarak değerlendirilebilir. Direnç sonuçları üzerinde büyük etkisi olan Ncrit için seçilen değerin deneyde kullanılan rüzgâr tüneline uyumlu olduğu rahatlıkla söylenebilir. Yaklaşık 14 derece civarında tutunma kaybı başladığı için artık bu noktadan sonra yazılımın gerçekçi bir sonuç verebilmesi zaten beklenmiyordu. Diğer taraftan bu kadar iyi bir direnç sonucunu mevcut en gelişmiş RANS yaklaşımlarıyla ve binlerce kat daha uzun çözüm süreleriyle bile elde edebilmenin ne kadar zor olabileceğini ancak uğraşanlar bilir.

 

 

XFOIL ile hesaplanan Naca 0012 için Direnç Katsayısı bileşenleri

Resim.7) XFOIL tarafından hesaplanan direnç katsayısı bileşenleri.

 

 

♦ Kaynaklar

1. Aerodynamic Characteristics of Naca 0012 Airfoil Section at Angles of Attack From 0 to 180, 1955, Chris C. Critzos - Harry H. Heyson - Robert W. Boswinkle
2. XFOIL: An Analysis and Design System for Low Reynolds Number Airfoils, 1989, Mark Drela
3. XFOIL 6.9 User Guide, 2011, Mark Drela
4. XFOIL genelağ sitesi: http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/
 







Telif Hakkı © 1997-2018 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.