Standart Kanat Kesitleri

Yüksek kaldırma ve düşük sürükleme kuvvetlerinin oluşmasının sağlandığı özel tasarlanmış kanat kesitlerinin geometrileri, kamburluk, kalınlık, maksimum kalınlık ile maksimum kamburluğun kiriş uzunluğuna göre miktarları ve kiriş üzerindeki konumları ile ifade edilir. Bu tanımlar Şekil 2.16 da gösterilmiştir[44].

Şekil 2.16. Kanat kesit geometrisinde tanımlar[61]

37

Kiriş hattı x ekseni ile, kamburluk ve alt-üst eğrilerin ordinatları y ile gösterilmiştir.

Maksimum kalınlık maksimum kamburluk y değerleri ve konumlarının x değerleri, üst ve alt eğrilerin (x,y) koordinatları, kamburluk eğrisinin (x,y) koordinatları, kanat kesit kiriş uzunluğuna (c) bölünerek boyutsuz olarak ifade edilir.

NACA 4412 kanat kesitinin içinde bulunduğu dört basamaklı NACA serisi olarak tanımlanan kanat kesitleri için kambur eğrisi ve bu çizgiye dik olarak tanımlanan ve kesitin üst ve alt yüzeylerinin oluşturulmasında kullanılan kesit kalınlıkları; kiriş hattı boyunca tanımlanan boyutsuz mesafe x cinsinden aşağıdaki denklemlerle tanımlanmıştır. m değişkeni boyutsuz maksimum kamburluk miktarını, p değişkeni maksimum kamburluğun kiriş hattı üzerindeki konumunu gösterir, t ise kesitin maksimum kalınlığını ifade etmektedir [44]. Kamburluk eğrisinin ordinatı maksimum kamburluk konumundan öncesi için; 0 p x,





2 2

y m px x

 p  (2.19)

denklemi ile verilirken, maksimum kamburluk sonrası için; p x 1,

 





denklemi ile verilmektedir[44]. Geometrinin alt ve üst yüzeylerinin koordinatlarını kamburluk eğrisinin ordinatına aşağıdaki denklemle verilen y değeri eklenerek üst yüzey, çıkartılarak alt yüzey ordinatı elde edilir.

2 3 4

0,2969 0,126 0,3516 0,2843 0,1015 0,2

y t  x x x x x 

        (2.21)

Dört rakamlı NACA kanat kesitlerinin isimlendirilmesinde kullanılan rakamların ne anlama geldiği şu şekilde açıklanabilir: Dört rakamdan soldan birincisi, kambur eğrisinin maksimum ordinat değerini kiriş uzunluğunun yüzdesi olarak ifade eder.

Soldan ikinci rakam, maksimum kamburluğun olduğu yerin hücum kenarından uzaklığını kiriş uzunluğunun onda biri olarak gösterir. Son iki rakamın oluşturduğu

38

iki basamaklı sayı ise kesitin maksimum kalınlığını kanat kesit kiriş uzunluğunun yüzdesi olarak ifade eder [44].

NACA 4412 için m, p ve t değerleri: Kambur eğrisinin maksimum ordinat değeri, kanat kesit kiriş uzunluğunun %4 üne eşittir; dolayısı ile m=0,04 olur. Maksimum kamburluğun olduğu yerin hücum kenarına uzaklığı; kanat kesit kiriş uzunluğunun 4/10 una eşit olduğundan; p=0,4 olur. Maksimum kalınlık, kanat kesit kiriş uzunluğunun % 12 sine eşit olduğundan; t=0,12 olur.

NACA beş rakamlı kanat kesitlerindeki rakamlar ise şu şekilde izah edilebilir:

Soldan birinci rakam, CL tasarım kaldırma katsayısının kamburluk miktarına göre anlatımıdır. Bu rakamın 3/2 katı, CL tasarım katsayısının on katına eşittir. İkinci ve üçüncü rakamlar birlikte maksimum kamburluğun olduğu yerin hücum kenarına olan uzaklığını kanat kesit kiriş uzunluğunun yüzdesi olarak ifade eder. Bu iki rakamın oluşturduğu iki basamaklı sayının yarısı, maksimum kamburluk yerinin hücum kenarına uzaklığının kanat kesit kiriş uzunluğunun yüzde kaçı olduğunu gösterir. Son iki rakam ise maksimum kalınlığın kanat kesit kiriş uzunluğunun yüzde kaçı olduğunu gösterir [44].

Örneğin, NACA 23012 için: 30 sayısı; maksimum kamburluk yerinin hücum kenarına uzaklığı: kiriş uzunluğunun % 15. 12 sayısı; maksimum kalınlık: kanat kesit kiriş uzunluğunun % 12 sine eşittir[44].

Diğer standart kanat kesitlerinin (NREL, FFA, DU, FX, RISO,... serilerine ait kanat kesitler) geometri tanımları kendilerine özel olup bazılarında polinom fonksiyonlar kullanılarak yüzey koordinatları ifade edilebilmektedir.

Türbin kanatlarında kullanılacak standart kanat kesitlerinin seçiminde göz önüne alınacak en önemli kriterler özetle şöyle sıralanabilir:

 Yüksek C_L/C_D oranı

 Kesit yüzeyinin pürüzlülüğüne karşı hassasiyetin düşük olması

 Güç kontrolü sistemine uygun stall davranışı

39

Bu gereksinimler, eski türbinlerde kullanılan uçak kanat kesitleri yerine, türbin veriminin artmasını sağlayacak, rüzgar türbinlerine özel kanat kesit tasarımının yolunu açtı.

Bu ihtiyaçlara uygun olarak tasarlanmış olan ve rüzgar türbinlerinde yaygın olarak kullanılan bazı standart kanat kesitleri şunlardır: DU serisi, (Delft Üniversitesi Hollanda), NREL serisi (Ulusal Yenilenebilir Enerji Labaratuarı, ABD), FFA serisi (İsveç Havacılık Araştırmaları Enstitüsü), FX serisi (Althaus ve Wortmann), RISO serisi (Riso Ulusal Laboratuarı, Danimarka), NACA dört ve beş basamaklı serileri.

Bu çalışmada kullanılan standart kanat kesitleri şunlardır:

1. NACA 0012

Bu çalışmada kullanılan kanat kesitlerinin stall öncesi aerodinamik (kaldırma ve sürükleme) katsayı değerleri akademik kaynaklardan alınmıştır. Bu kaynaklarda verilen aerodinamik katsayılar kullanılarak polinom fonksiyonları oluşturulmuştur:

C_Lk₀k₁k₂²k₃³k₄⁴ (2.22)

2 3 4

0 1 2 3 4

CDk kk  k k (2.23)

Bu fonksiyonlar kullanılarak Excel’de oluşturulan programda, stall öncesi her hücum açısı için kaldırma ve sürükleme katsayılarının hesaplanması sağlanmıştır. Stall sonrası için aerodinamik katsayı değerlerinin hesaplanmasında ise, düz levha kabülüne ve deneysel elde edilen sonuçlara göre düzenlenen Viterna eşitlikleri [32]

kullanılmıştır. Bu eşitlikler hücum açısının stall açısı ile 90 derece arasında olduğu aralıkta kullanılmıştır. Viterna eşitlikleri aşağıda verilmiştir:

40

Burada kullanılan simgelerin anlamları şöyledir: α; hücum açısı, αS; stall açısı,

Dmaks

C ; maksimum sürükleme katsayısı, CDs; stall açısındaki sürükleme katsayısı, AR; en- boy oranı (aspect oranı). Örnek olarak, NACA 23012 için elde edilen bu değerler Çizelge 2.2 de verilmiştir.

41

Çizelge 2.2. NACA 23012 Aerodinamik katsayılar

NACA 23012 C_L C_D

stall öncesi için

k₀ 0,10318 0,00604

k1 0,10516 -0,00036

k2 0,001048 5,43E-05

k3 7,35E-06 6,53E-06

k₄ -6,6E-06 -2,8E-07

Stall açısı 16 derece -

Stall açısındaki CL 1,653 -

stall sonrası için Stall açısındaki CD 0,0225 -

B1 1,29 -

B₂ -0,0556 -

A1 0,5 -

A2 0,414 -

Çizelge 2.2 deki değerler kullanılarak NACA 23012 kanat kesitinin CL nin ve CD nin, 0 derece ile 90 derece aralığındaki hücum açılarında sahip olduğu değerlere göre yeniden oluşturulan polar grafikleri Şekil 2.17 ve Şekil 2.18 de gösterilmiştir.

42

Şekil 2.17. NACA 23012 Kaldırma katsayısı (CL)-hücum açısı polar grafiği

Şekil 2.18. NACA 23012 Sürükleme katsayısı(C_D)-hücum açısı polar grafiği

0

43

NACA 23012 için yapılan çalışmaların aynıları diğer standart kanat kesitleri içinde yapılmıştır. Bu kanat kesitlerinin geometrileri ve aerodinamik özellikleri 1 ve Ek-2 de verilmiştir.