Millî helikopter projeleri için “Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Temelli” Çözücü

TUSAŞ tarafından 2 ayda bir yayımlanan “TUSAŞ MAG” dergisinin 123. sayısında TUSAŞ'ın milli helikopter projeleri için “Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Temelli” Çözücü'süne yönelik Genel Maksat Helikopteri Gökbey'in tam boy statik testi ve bu testin TUSAŞ'a kazandırdıkları hakkında bir yazıya yer veriliyor.

TUSAŞ MAG dergisinin 123. sayısına, mobil uygulamamızın dergi bölümünden ücretsiz olarak ulaşabilirsiniz.

Dergide yer alan “Millî Helikopter Projelerimiz İçin “Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Temelli” Çözücü” başlıklı yazıyı, takipçilerimize sunuyoruz:

MİLLÎ HELİKOPTER PROJELERİMİZ İÇİN “HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ TEMELLİ” ÇÖZÜCÜ

Ar-Ge ve inovasyon alanında güçlü çalışmalar yürüten Şirketimiz, havacılık şirketleri için oldukça önemli olan ve hava araçlarının tasarımına doğrudan katkı sağlayan aerodinamik analiz araçları geliştirilmesi konularında önemli projelere imza atıyor. Bilgisayarların işlem yapabilme kapasitelerinin hızlı gelişimiyle beraber hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüleri hava araçları tasarımında etkin biçimde kullanılıyor. Artan helikopter tasarım faaliyetlerinin ardından Şirketimiz için de helikopterlere özgün bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı geliştirilmesi fikri kaçınılmaz hâle gelmiş durumda.

Helikopter; kaldırma, itme ve kontrol kuvvetlerini sağlamak için döner kanatlardan yararlanan bir hava aracıdır. Döner kanatlar olarak adlandırılan rotor kanatları, dikey bir eksen etrafında döner ve yatay bir düzlemde bir disk tanımlar. Bir kanat yüzeyinin havaya göre bağıl hareketi aerodinamik kuvvetler üretir. Uçmayı sürdürmek için ileri bir hıza ihtiyaç duyan sabit kanatlı uçakların aksine helikopterin döner kanatları, aracın ileri hızı sıfır olsa bile bu kuvvetleri üretebilir. Bu nedenle helikopter, yere göre sabit, yani havada asılı kalma, dikey kalkış ve hemen hemen her arazide iniş dâhil olmak üzere dikey uçuş kabiliyetine sahiptir. Bu kabiliyeti sayesinde günümüzde helikopterler arama ve kurtarma, yangınla mücadele, insan ve kargo nakliyesi, keşif gözetleme ve tıbbi nakliye gibi birçok alanda kullanılıyor.

HAD nedir?

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD), sıvı ve gaz akışı, ısı transferi ve kimyasal reaksiyonlar gibi fiziksel olguları içeren sistemlerin bilgisayar tabanlı simülasyon yoluyla analizidir. HAD çok güçlü bir tekniktir, endüstri ve akademide geniş bir uygulama alanına sahiptir. Örneğin; hava araçları, gemiler, içten yanmalı motorlar, gaz türbinleri, iklimlendirme sistemleri, mikroçiplerin soğutulması ve damarlardaki kan akışı gibi birçok alanda kullanılır. HAD temelli çalışmalar helikopter geliştirme süreçlerinde, özellikle tasarım ve analiz faaliyetlerinde, kritik ve vazgeçilemez bir öneme sahiptir. Yöntemin doğası gereği bu çalışmalar büyük oranda "gelişmiş mühendislik araçları" (çoğu zaman tam teşekküllü yazılımlar) vasıtasıyla yürütülebiliyor. Güncel durum itibarıyla HAD mühendislik araçları alanı yüksek oranda ticari yazılımların egemenliği altındadır.

Şirketimizin hedefleri

Döner Kanat Teknoloji Merkezi (DKTM) ve Gelişmiş Hava Araçları Konseptleri Teknoloji Merkezi (Gehakt) ortaklığında geliştirilen proje kapsamında Şirketimizin bünyesinde yürütülen helikopter tasarım ve analiz çalışmalarına destek olmak üzere açık kaynak kodlu temel bir HAD analiz aracının/yazılımının ortaya çıkarılması hedefleniyor. Böylece hem ticari yazılım bağımlılığın ve bu yazılımlara harcanan bütçenin (bakım maliyeti dâhil) azaltılması hem de ilerleyen süreçte ileri seviye ve Şirketimize özgü geliştirme ve iyileştirmelerin üzerine inşa edilebileceği bir zemin kurulması sağlanıyor.

Bu bağlamda, Stanford Üniversitesi bünyesinde açık kaynaklı olarak başlatılan ve küresel ölçekte geniş bir kullanıcı ve geliştirici tabanı tarafından sürekli geliştirilmekte olan SU2 HAD çözücüsünün geliştirilmiş ve özelleştirilmiş bir sürümünün helikopter problemlerinin çözümüne uyarlanması öngörülüyor. Geliştirilmekte olan yazılım ile rotorun askı uçuşu ve İleri uçuş analizleri gerçekleştirilebilecek. Çalışmanın ilerleyen aşamalarında bu yazılım, yüksek seviyeli bir akış çözücüsü hâline getirilerek, helikopter performansında kritik rol oynayan rotor ard alanı ve pal ucu girdapları incelenebilecek. Yazılım kullanılarak helikopter gövdesi ile rotor arasındaki etkileşim de analiz edilebilecek. Helikopter gövdesi üzerindeki motor hava alığı ve egzoz gibi akış giriş ve çıkışlarının da modellenmesiyle birlikte helikopter etrafındaki akış alanı asgari varsayım ve ihmal ile gerçeğe yakın olarak modellenebilecek.

Rotorun askı uçuşu ileri uçuş analizlerinin yapılabilmesi için öncelikle pal geometrisinin oluşturulması gerekiyor. Geliştirilen yazılım pal geometrisinin modellenmesini de içeriyor. Bu geometrinin yazılım içerisinde oluşturulması için profillerin, veter uzunluğunun, burulma açısının ve çeyrek veter pozisyonunun radyal dağılımı ise girdi olarak kullanılacak. Geometri üreticisi pal ucunda, hücum kenarı için lineer, parabolik, kübik vs. gibi farklı pal ok dağılımlarına imkân tanıyacak. Daha sonra pal ve rotor için özel kullanıcı etkileşimi gerektirmeyen yapısal çözüm
ağı yöntemi ile HAD çözücüsü için gerekli olan çözüm alanı bilgisi sağlanacak.

Çözüm hacmi oluşturulması da otomatize edilerek tasarım faaliyetleri hızlandırılacak. Rotor düzleminin yunuslama (pitching) ve yalpalama (rolling) hareketleri ile pal açılarından kollektif açısı, ağ üreticisine ve HAD çözücüsüne simülasyon süresince ve öncesinde iletilecek. Aynı işlem pal açılarından kollektif açısı için de uygulanacak. Diğer iki pal açısı olan çırpınma ve gecikme (flap and lead-lag) açıları rotor dinamiğine bağlı şekilde sağlanacak olan periyodik bir fonksiyon yardımı ile HAD çözücüsüne eklenecek. Böylece, belirlenen uçuş şartları için zamana bağlı veya zamandan bağımsız çözümler endüstriyel ürünler kalitesinde elde edilebilecek.

Milli imkânlarla geliştirilen ve Ar-Ge içeriği oldukça yüksek olan bu sistemin döner kanat sınıfına giren tüm yerli ürünlerimizin tasarım süreçlerinde de kullanılması hedefleniyor.