Publication: Sabit düz kanatlı insansız hava araçlarının sürü hareketlerinin aerodinamik analizi
Abstract
Bu çalışma, iki insansız hava aracının yakın formasyon uçuşunu sunmaktadır ve çalışmanın amacı, hesaplamalı akışkanlar dinamiği araçlarını kullanarak bir sürüdeki sabit kanatlı insansız hava araçları arasındaki girdap etkilerinin anlaşılmasını geliştirmektir. Sayısal yöntemi doğrulamak için literatürdeki değişken yoğunluklu bir rüzgar tüneli testinin sonuçları kullanılmıştır. Üç-boyutlu tek bir kanat geometrisi için veri doğrulama analizleri gerçekleştirilmiştir. Doğrulanmış sayısal hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli, çeşitli hücum açılarında tek bir insansız hava aracı için kaldırma katsayısı (CL) ve sürükleme katsayısı (CD) değerlerini belirlemek için kullanılmıştır. İnsansız hava aracının arkasındaki aerodinamik etki alanlar incelenirken, literatürdeki çalışmalarla uyumlu olarak iki insansız hava aracı arasındaki boylamsal mesafenin yakın uçuş için etkili olmadığı tespit edilmiştir. Bu nedenle iki insansız hava aracı üzerinde hem dikey hem de yanal mesafeler için hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri gerçekleştirilmiştir. Yakın formasyon uçuşu için optimum pozisyon, kaldırma katsayısı ile sürükleme katsayısı oranı CL/ CD değerleri kullanılarak belirlenmiştir. Analiz sonuçları, tüm yanal pozisyonlarda en etkili uçuşların, iki insansız hava aracı dikey olarak aynı yükseklikte olduğunda gerçekleştiğini göstermektedir. Aerodinamik verimlilik açısından, b kanat açıklığı için yakın formasyon uçuşu için en etkili noktalar 0,875 b ve 1 b yanal mesafelerdedir. Bu konumlarda, uçuş verimliliği yaklaşık %11,5 oranında artırılabilir. Ayrıca takip eden insansız hava aracının yanal mesafede 0,625 b kadar yakınlaştığı durumlarda, takip eden insansız hava aracının aerodinamik performansının olumsuz etkilendiği görülmüştür.
This research presents a close-formation flight of two unmanned aerial vehicles and the aim of the study is to improve the understanding of the vortex effects between fixed-wing unmanned aerial vehicles in a swarm using computational fluid dynamics tools. To validate the numerical method, results of a variable-density wind tunnel test from the literature were used. This numerical computational fluid dynamics analysis was used to determine the lift coefficient (CL) and the drag coefficient (CD) values for a single unmanned aerial vehicle at various angles of attack. When examining the aerodynamic impact areas behind the unmanned aerial vehicle, the longitudinal distance between the two unmanned aerial vehicles is not particularly effective for close flight. Therefore, computational fluid dynamics analyses were carried out on the two unmanned aerial vehicles for both vertical and lateral distances. The optimum position for close-formation flight was identified using CL/ CD ratios. The results of the analysis indicate that the most effective flights, across all lateral positions, occur when the two unmanned aerial vehicles are vertically at the same height. In terms of aerodynamic efficiency, the most effective points for close-formation flight for wingspan b are at lateral distances of 0.875 b and 1 b. At these positions, flight efficiency can be increased by approximately 11.5%. It was also found that the aerodynamic performance of the trailing unmanned aerial vehicle was negatively affected when the trailing unmanned aerial vehicle got as close as 0.625 b in lateral distance.
This research presents a close-formation flight of two unmanned aerial vehicles and the aim of the study is to improve the understanding of the vortex effects between fixed-wing unmanned aerial vehicles in a swarm using computational fluid dynamics tools. To validate the numerical method, results of a variable-density wind tunnel test from the literature were used. This numerical computational fluid dynamics analysis was used to determine the lift coefficient (CL) and the drag coefficient (CD) values for a single unmanned aerial vehicle at various angles of attack. When examining the aerodynamic impact areas behind the unmanned aerial vehicle, the longitudinal distance between the two unmanned aerial vehicles is not particularly effective for close flight. Therefore, computational fluid dynamics analyses were carried out on the two unmanned aerial vehicles for both vertical and lateral distances. The optimum position for close-formation flight was identified using CL/ CD ratios. The results of the analysis indicate that the most effective flights, across all lateral positions, occur when the two unmanned aerial vehicles are vertically at the same height. In terms of aerodynamic efficiency, the most effective points for close-formation flight for wingspan b are at lateral distances of 0.875 b and 1 b. At these positions, flight efficiency can be increased by approximately 11.5%. It was also found that the aerodynamic performance of the trailing unmanned aerial vehicle was negatively affected when the trailing unmanned aerial vehicle got as close as 0.625 b in lateral distance.