Numerical design of UAV with coanda effect

Abstract

Son zamanlarda teknolojinin gelişmesi ile birlikte havacılık uygulamalarında farklı hava araçlarına ihtiyaç duyulmaktadır. İşlevsellik bakımından İnsansız Hava Aracı (İHA) modelleri gelişmektedir. Motor verimliliği açısından, tek motorlu dikey iniş kalkış (VTOL) yapabilen İHA'lar savunma sektöründe sıklıkla kullanılmaktadır. İHA'ların uçuş performansının arttırılması üzerine çok sayıda araştırma yapılmıştır. Coanda etkisi temellerini Henry Coanda'nın atmış olduğu bir akış fenomenidir. İHA modelleri üzerinde Coanda hava yüzeyi kullanılması kaldırma kuvvetini büyük ölçüde arttırmaktadır. Bu tezde, dikey iniş kalkış (VTOL) yapabilen İHA'lara uçuş avantajı sağlaması için Coanda etkisi yaratacak yüzey parametrelerinin oluşturulması ve bu parametrelerin numerik olarak simüle edilmesi amaçlanmıştır. Havacılık ve İHA tarihleri araştırılarak, VTOL hareket edebilen ve Coanda etkisi kullanılan İHA tasarımları incelenmiştir. Coanda etkisi incelenmiş, yapısal tasarım aşamaları anlatılmıştır. Model üzerinde Coanda etkisinin aktif olabileceği yüzeyi oluşturmak için parametreler belirlenmiş ve buna uygun olarak mekanik modeli çizilmiştir. Kavisli yüzeyi oluşturan radyus değişkenleri V1 parametreleri olarak belirlenmiştir. Akışın kavisli yüzeyden sonra yönünü belirleyen yay uzunluğu değişkenleri ise V2 parametreleri olarak belirlenmiştir. Türbülans modellemesi ve sınır koşullarından bahsedilmiştir. Aerodinamik performansı etkileyen terimler açıklanmıştır. Bu değerlerin performansı arttırmasına yönelik simülasyonlar oluşturulmuştur. Numerik metod kısmında, sonlu hacim yöntemi kullanılarak parametrelerin aerodinamik performansa etkilerini incelemek için Navier-Stokes denklemleri çözdürülmüştür. Numerik sonuçların deneyselliğini kontrol etmek için Bernoulli denklemi ile karşılaştırılmıştır. Diğer doğrulama yöntemi olarak, literatürde bulunan yüzeyden akışın ayrılma açısını öngören ampirik denklem kullanılmıştır. Coanda etkisi oluşturan eğrilik yarıçapı ve yay uzunluğu parametreleri analizlere göre kıyaslanmış, optimum yüzey parametrelerine karar verilmiştir. Anahtar Kelimeler: İHA, Coanda Etkisi, Coanda Etkili İHA, VTOL, Aerodinamik

With the development of technology, different aircraft are needed in aviation applications. Models of unmanned aerial vehicles (UAVs) are becoming more functional. Single-engine VTOL UAVs are widely used in the defense sector due to their high engine efficiency. Numerous studies have been conducted on increasing the flight performance of UAVs. Henry Coanda found the Coanda effect, a flow phenomenon. Coanda air surfaces increase the lifting force when used on UAV models. This thesis aims to create surface parameters that will produce the Coanda effect and to numerically simulate these parameters in order to give VTOL-capable UAVs a flight advantage. By researching the history of aviation and UAVs, UAV designs that can move VTOL and use the Coanda effect are examined. The Coanda effect is examined. The structural design is explained. The surface parameters on which the Coanda effect will be active have been determined. A mechanical model was drawn accordingly. The radius of curvature V1 parameter was determined as the arc length V2 parameter, which determines the direction of the flow after leaving the surface. Turbulence modeling and boundary conditions are mentioned. Terms affecting aerodynamic performance are explained. Simulations were developed to improve these values' performance. In the numerical method part, Navier-Stokes equations are solved to examine the effects of parameters on aerodynamic performance using the finite volume method. As the verification method, Bernoulli's equation and the equation estimating the separation angle found in the literature were used. As a result of the analysis, the optimum surface parameters were decided. Keywords: UAV, Coanda Effect, Coanda Effect UAV, VTOL, Aerodynamics