MBK-5 Stupen — RC Uçaklar İçin 5 Kademeli Modüler Elektrikli İtki Sistemi

[BartuARICA]

Merhabalar tekrar.


Tanışma konumda bahsettiğim ana projelerimden birinin bir parçası olan MBK-5 Stupen isimli itki sistemi üzerine çalışıyorum.


Sistem, klasik tek motorlu/pervaneli RC uçak sistemlerinden farklı olarak, havayı beş farklı aşamadan geçiren modüler bir itki mimarisi olarak tasarlandı:


1. Ana fan ve motor
2. Akışı düzenleyen honeycomb stator
3. Basınç dengeleme ve soğutma bölümü (plenum + NACA duct'lar)
4. İkincil hızlandırıcı fan ve motor
5. Daralan çıkış nozulu


Temel fikir, turbofan motorlardaki kademeli hava akışı mantığından ilham alarak bunu elektrikli RC uçak ölçeğinde denemek. Sistemin dış gövdesi tek bir entegre itki ünitesi olarak tasarlanırken, iç motor ve ESC ekipmanlarının değiştirilebilir/modüler olması hedefleniyor.


Proje şu anda kavramsal tasarım ve ön mühendislik aşamasında. Henüz prototip ve test aşamasına geçmedim. Bu nedenle özellikle uzun süredir modelcilikle uğraşan arkadaşların görüşlerini almak istiyorum.


Özellikle şu konularda fikirlerinizi merak ediyorum:

• İki farklı pervane/motor kademesinin aynı hava akışı içinde çalışması sizce ne gibi aerodinamik sorunlar oluşturabilir?
• Ana fan ile ikinci fan arasında stator ve plenum kullanılması sizce akış açısından ne kadar mantıklı?
• Honeycomb stator tasarımında özellikle dikkat etmem gereken noktalar neler olabilir?
• Daralan nozulun bu sistemde verimli çalışabilmesi için hangi konulara dikkat etmeliyim?
• Sizce bu konseptin en büyük teknik riski nedir?

Projenin mevcut tasarımını ve hesaplama yaklaşımını içeren teknik raporu konuya ekliyorum. Eleştiri ve önerilere açığım. Özellikle bu konuda benden çok daha fazla tecrübeye sahip modelcilerin fikirleri benim için çok değerli olacaktır.


Şimdiden teşekkürler. Herkese iyi forumlar.

 

[Sumer Yamaner]

Çoğumuz için ağır bir mühendislik konusu. Bir tek şunu düşündüm. EDF'de hava girişi çok önemli. Sanki ana motor dediğini arkaya, arkadaki daha zayıf motoru turboşarj mantığıyla girişe koymak daha mantıklı olacak.

 

[BartuARICA]

Çoğumuz için ağır bir mühendislik konusu. Bir tek şunu düşündüm. EDF'de hava girişi çok önemli. Sanki ana motor dediğini arkaya, arkadaki daha zayıf motoru turboşarj mantığıyla girişe koymak daha mantıklı olacak.

Hocam, öncelikle ilginiz ve öneriniz için çok teşekkür ederim. Söylediğiniz yaklaşımı biraz düşündüm. Özellikle EDF sistemlerinde giriş akışının ne kadar kritik olduğu konusunda kesinlikle haklısınız.


Benim mevcut tasarımımda ise kademelerin görevlerini biraz farklı şekilde tanımlamaya çalıştım. Ana fanı yalnızca sisteme hava alan bir kademe olarak değil, akışa ilk hız artışını kazandıran ana kademe olarak düşünüyorum. Ardındaki stator ve plenum bölümünün amacı da akışı mümkün olduğunca düzenleyip ikinci kademeye daha uygun bir akış hâlinde iletmek.


İkinci ve daha yüksek devirli kademeyi ise ana fanın oluşturduğu akışın hızını daha da artıran bir “booster” kademesi olarak tasarlamayı düşünüyorum. Bu kademeden sonra daralan nozul ile akışın çıkış hızını artırmayı hedefliyorum.


Bu nedenle mevcut tasarımda ana fanı öne, ikinci kademeyi ise arka tarafa yerleştirdim. Ancak henüz prototip ve test aşamasına geçmediğim için bu yerleşimin pratikte ne kadar verimli olacağını kesin olarak söylemem mümkün değil.


Sizin önerdiğiniz düzende ise daha düşük güçlü ön kademenin ana fana önceden bir hızlandırma veya basınçlandırma etkisi sağlamasını düşündüğünüzü anlıyorum. Bu yaklaşımın özellikle giriş akışını iyileştirme açısından avantaj sağlayabileceğini düşünüyorum.


Benim merak ettiğim nokta, bu iki farklı kademenin çalışma noktalarının ve hava debilerinin birbirine nasıl uyumlandırılacağı. Sizce öndeki daha düşük güçlü kademe, arkadaki ana fanın çalışma koşullarını iyileştirmek için nasıl boyutlandırılmalı?


Tekrar teşekkür ederim hocam, öneriniz tasarımın akış mimarisini yeniden değerlendirmemi sağladı.

 

[Sumer Yamaner]

Sorularının yanıtı bende yok. Sadece EDF'lerin çıkış daraltılmasından pek hoşlanmadıklarını biliyorum. Türbin gibi değiller bu konuda.

 

[BartuARICA]

Sorularının yanıtı bende yok. Sadece EDF'lerin çıkış daraltılmasından pek hoşlanmadıklarını biliyorum. Türbin gibi değiller bu konuda.

Hocam teşekkür ederim. Bu konu üzerinde biraz daha araştırma yapacağım. Özellikle nozul çapının EDF performansına etkisi konusunda farklı kaynakları incelemeyi düşünüyorum. Uyarınız benim için değerli oldu.

 

[BartuARICA]

Merhabalar.


MBK5 projesinin CAD modelini büyük ölçüde tamamladım. İlk CFD analizlerini de gerçekleştirmeye başladım. İlk denemelerde mesh ve solver kaynaklı bazı sorunlar yaşadım ancak modeli sadeleştirerek ilk başarılı akış analizini almayı başardım.


Şu an amacım temel hava akışını doğrulamak. İlerleyen süreçte iç motor yerleşimleri, honeycomb yapısı ve diğer detayları da kademeli olarak ekleyerek tekrar analiz edeceğim.


CAD modelinden bir görüntü de ekliyorum. Görüş ve önerilerinizi duymak isterim.

Bu RESMİ görmek için izniniz yok. Giriş yap veya üye ol

 

[Mehmet YILMAZ]

Ellerinize sağlık, çok güzel bir çalışma olmuş. Bu tür uğraşların pratikteki uygulamaları bazen kısıtlı veya sorunlu olsa da, araştırmaya teşvik etmesi, CAD ve CFD gibi yeni yetenekleri öğrenmeye itmesi açısından bu süreçleri çok seviyorum.EDF uçuranların "kızıl elmalarından" birisi de sanırım koaksiyel (coaxial) EDF sistemleri. Bununla ilgili internette onlarca konu var ve neredeyse hepsinin vardığı ortak bir sonuç mevcut: Bu sistemler tek motora göre bir performans artışı sağlasa da, iki motorun toplam gücünden daha az katkı sunduğu için oluşan karmaşıklığa ve teknik sorunlara pek değmiyor. Ne zaman ki bir koaksiyel 70mm sistem, iki adet bağımsız 70mm EDF'den daha fazla güç üretir ve bunu yüksek verimle (ya da en az kayıpla) yapabilir, sanırım ancak o zaman pratikte daha fazla uygulama alanı bulacaktır.

Sizin projenizle ilgili de benim naçizane gördüğüm iki zor nokta var:

1. Giriş/Çıkış Oranları (FSA) ve de Laval Nozül DurumuBir EDF için en ideal "tatlı nokta" (sweet spot), egzoz çıkış alanının Fan Süpürme Alanı'nın (FSA) %80 ila %90'ı arasında olmasıdır. Hava emiş (intake) alanı ise FSA'nın %100 ila %110'u civarında tutulmalıdır. Çıkış nozülünü %80 FSA'nın altına düşürmek egzoz hızını artırıyor gibi görünse de, statik itkiyi düşürür ve nihayetinde yüksek geri basınç (back-pressure) nedeniyle itkide ciddi bir çökmeye yol açar.Ayrıca lisede gösterilen de Laval nozül benzeri bir sistem de EDF'lerde çalışmayacaktır. Daralan-genişleyen (convergent-divergent) bir de Laval nozülün işlevsel olabilmesi için çok yüksek basınç oranları ve süpersonik gaz hızları gerekir. EDF'ler ise düşük basınç oranına sahip subsonik (ses altı) bir hava akışı üretir. Dolayısıyla bu sistemler EDF'lerde işe yaramadığı gibi, düşük hızlarda verimsiz birer akış kısıtlayıcıya dönüşür.

2. Bal Peteği (Honeycomb) Izgara ProblemiTasarımda bal peteği ızgaraların kullanılması şu üç büyük sorunu beraberinde getirecektir:Yüksek Yüzey Sürtünmesi: Bal peteği yapıları çok geniş bir iç yüzey alanına sahiptir. Bu durum yoğun bir yüzey sürtünmesine (skin friction drag) neden olarak egzoz çıkış hızını yavaşlatır.Taşıma/Yönlendirme Eksikliği: Düz ve sert duvarlı bal peteği hücreleri, pervaneden çıkan girdaplı (swirling) havayı eksenel (düz) akışa yumuşak bir şekilde geçiremez. Akış doğrudan hücre duvarlarına çarparak kinetik enerjisini kaybeder; bu da ısı ve türbülansa dönüşür.Akış Engellenmesi (Choking): Bal peteği duvarlarının fiziksel kalınlığı, toplam çıkış alanını daraltır. Bu durum fanı boğar (choking) ve motorun aşırı ısınmasına yol açar.

Zamanında küçük bir rüzgar tüneli yapacağım diye yırtınırken, laminar hava akışı oluşturmak yerine türbülansı daha da artırdığımda sinirden deliye dönmüştüm. "Acaba bize okulda öğretilen her şey mi yanlış?" diye teorileri sorgulattıran o süreci bizzat acı bir tecrübeyle yaşadığım için bu bal peteği/akış ilişkisindeki hayal kırıklığını çok iyi biliyorum. Pratikte işler kağıt üzerindeki gibi pürüzsüz ilerlemiyor maalesef.

Her şeye rağmen umarım projeyi hayata geçirip, deneyip bulgularınızı forumda paylaşma şansınız olur. Kolaylıklar dilerim!

 

[BartuARICA]

Ellerinize sağlık, çok güzel bir çalışma olmuş. Bu tür uğraşların pratikteki uygulamaları bazen kısıtlı veya sorunlu olsa da, araştırmaya teşvik etmesi, CAD ve CFD gibi yeni yetenekleri öğrenmeye itmesi açısından bu süreçleri çok seviyorum.EDF uçuranların "kızıl elmalarından" birisi de sanırım koaksiyel (coaxial) EDF sistemleri. Bununla ilgili internette onlarca konu var ve neredeyse hepsinin vardığı ortak bir sonuç mevcut: Bu sistemler tek motora göre bir performans artışı sağlasa da, iki motorun toplam gücünden daha az katkı sunduğu için oluşan karmaşıklığa ve teknik sorunlara pek değmiyor. Ne zaman ki bir koaksiyel 70mm sistem, iki adet bağımsız 70mm EDF'den daha fazla güç üretir ve bunu yüksek verimle (ya da en az kayıpla) yapabilir, sanırım ancak o zaman pratikte daha fazla uygulama alanı bulacaktır.

Sizin projenizle ilgili de benim naçizane gördüğüm iki zor nokta var:

1. Giriş/Çıkış Oranları (FSA) ve de Laval Nozül DurumuBir EDF için en ideal "tatlı nokta" (sweet spot), egzoz çıkış alanının Fan Süpürme Alanı'nın (FSA) %80 ila %90'ı arasında olmasıdır. Hava emiş (intake) alanı ise FSA'nın %100 ila %110'u civarında tutulmalıdır. Çıkış nozülünü %80 FSA'nın altına düşürmek egzoz hızını artırıyor gibi görünse de, statik itkiyi düşürür ve nihayetinde yüksek geri basınç (back-pressure) nedeniyle itkide ciddi bir çökmeye yol açar.Ayrıca lisede gösterilen de Laval nozül benzeri bir sistem de EDF'lerde çalışmayacaktır. Daralan-genişleyen (convergent-divergent) bir de Laval nozülün işlevsel olabilmesi için çok yüksek basınç oranları ve süpersonik gaz hızları gerekir. EDF'ler ise düşük basınç oranına sahip subsonik (ses altı) bir hava akışı üretir. Dolayısıyla bu sistemler EDF'lerde işe yaramadığı gibi, düşük hızlarda verimsiz birer akış kısıtlayıcıya dönüşür.

2. Bal Peteği (Honeycomb) Izgara ProblemiTasarımda bal peteği ızgaraların kullanılması şu üç büyük sorunu beraberinde getirecektir:Yüksek Yüzey Sürtünmesi: Bal peteği yapıları çok geniş bir iç yüzey alanına sahiptir. Bu durum yoğun bir yüzey sürtünmesine (skin friction drag) neden olarak egzoz çıkış hızını yavaşlatır.Taşıma/Yönlendirme Eksikliği: Düz ve sert duvarlı bal peteği hücreleri, pervaneden çıkan girdaplı (swirling) havayı eksenel (düz) akışa yumuşak bir şekilde geçiremez. Akış doğrudan hücre duvarlarına çarparak kinetik enerjisini kaybeder; bu da ısı ve türbülansa dönüşür.Akış Engellenmesi (Choking): Bal peteği duvarlarının fiziksel kalınlığı, toplam çıkış alanını daraltır. Bu durum fanı boğar (choking) ve motorun aşırı ısınmasına yol açar.

Zamanında küçük bir rüzgar tüneli yapacağım diye yırtınırken, laminar hava akışı oluşturmak yerine türbülansı daha da artırdığımda sinirden deliye dönmüştüm. "Acaba bize okulda öğretilen her şey mi yanlış?" diye teorileri sorgulattıran o süreci bizzat acı bir tecrübeyle yaşadığım için bu bal peteği/akış ilişkisindeki hayal kırıklığını çok iyi biliyorum. Pratikte işler kağıt üzerindeki gibi pürüzsüz ilerlemiyor maalesef.

Her şeye rağmen umarım projeyi hayata geçirip, deneyip bulgularınızı forumda paylaşma şansınız olur. Kolaylıklar dilerim!

Merhabalar, detaylı ve açıklayıcı yorumunuz için çok teşekkür ederim. Tasarımın mimarisini ilk paylaşımımda yeterince açık anlatamamış olabilirim; bu nedenle sistemin çalışma mantığını biraz daha ayrıntılı açıklamak istedim.


Sistemde ana EDF’den çıkan akışın hemen arkasında, belirli bir mesafe sonrasında honeycomb yapı bulunuyor. Honeycomb’un kullanılmasındaki amaç, ana EDF’den çıkan dönel ve düzensiz akışı mümkün olduğunca düzenleyerek sonraki aşamaya daha eksenel bir akış iletmek. Honeycomb’dan sonra yine belirli bir boşluk bulunuyor. Ardından gövde üzerindeki dört adet NACA girişiyle dışarıdan ek hava alınarak plenum bölgesine yönlendirilmesi planlanıyor. Plenumun ardından ikinci aşamadaki motor bulunuyor ve bu aşamanın akışı yeniden hızlandırması hedefleniyor.


Honeycomb yapısının oluşturabileceği sürtünme ve toplam basınç kaybı konusundaki uyarınızı dikkate aldım. İlk düşüncem, akışın düzenlenmesinden elde edilecek faydanın bu kayıpları telafi edebileceğiydi; ancak bunun yalnızca tasarım varsayımı olduğunu ve CFD ile fiziksel testler yapılmadan kesin bir sonuca varılamayacağını düşünüyorum. NACA girişlerinin de kaybedilen basıncı doğrudan geri kazandıran yapılar değil, sisteme ek hava sağlayan girişler olduğunu daha net anlamış oldum.


Çıkış alanı konusunda yaptığınız uyarı da revizyon açısından oldukça faydalı oldu. İlk hesaplamada fanın çapını kullanarak alan hesabını yanlış yorumladığımı fark ettim. Mevcut tasarımda yaklaşık 104,5 mm iç çapa sahip çıkışın, ana fanın akış alanına göre beklediğimden çok daha küçük kaldığını gördüm. Bu nedenle sıradaki revizyonda çıkış çapını artırmayı ve daha uygun bir FSA oranına yaklaşmayı planlıyorum. Şu an yaklaşık 200 mm iç çap üzerinde çalışıyorum; nihai ölçüyü gerçek fan göbek çapı ve diğer sistem parametrelerini de dikkate alarak belirleyeceğim.


Ayrıca plenum uzunluğunu önceki tasarımdaki yaklaşık 7 cm’den 12 cm’ye çıkardım. Bunun akışın karışması ve ikinci aşamaya daha düzenli ulaşması açısından faydalı olup olmayacağını CFD ve mümkün olursa fiziksel testlerle incelemeyi planlıyorum.


Proje şu an hâlâ erken prototip ve geliştirme aşamasında. Amacım tasarımın ilk hâlinin kesin olarak çalışacağını iddia etmekten ziyade, CAD, CFD ve gerçek testler üzerinden tasarımı geliştirerek hangi noktaların fayda veya kayıp oluşturduğunu öğrenmek. Bu nedenle yorumunuz ve paylaştığınız tecrübeler benim için gerçekten faydalı oldu.


Tekrar zaman ayırıp bu kadar detaylı açıklama yaptığınız ve sıradaki revizyon konusunda yol gösterdiğiniz için teşekkür ederim. Revizyonları tamamladıktan sonra güncel modeli ve ilerleyen prototip sonuçlarını forumda paylaşmaya çalışacağım. Saygılarımla.