The Aerodynamic Effects of The Using Curved Wingtip Devices on Horizontal Tail

Abstract

In this study, aerodynamic forces on a horizontal stabilizer of commercial aircraft that has NACA 0012 airfoil and new horizontal stabilizers that are designed by mounting two different curved wingtip devices (winglet) to the preliminary horizontal stabilizer at different angle of attack values. The preliminary horizontal stabilizer is designed by the airfoil shape that is composed of 200 points and determined span, root chord, dihedral angle, sweep angle and taper ratio values. This design is defined as C1. Two curved wingtip devices that have the same sweep angle, cant angle, taper ratio, span and height but different airfoil thickness ratio at tip are designed and mounted to the C1. These are named as C2 and C3, respectively. The aerodynamic analyses of these designs are done by using Fluent that is a well-known computational fluid dynamics program. The analyses are performed at 13 different angle of attack values and the alterations on drag (CD) and lift (CL) coefficients of the designed horizontal tails are observed. According to the results, C2 has higher lift to drag ratio (CL/CD) values at all angle of attack values. For the C3 design, the same result has been seen except for the result of -1 degree angle of attack.

Özet

Bu çalışmada, NACA 0012 simetrik kanat profiline sahip, ticari amaçlı bir yolcu uçağının yatay dengeleyicisi ve bu yatay dengeleyicinin ucuna yerleştirilen iki farklı kıvrık kanat ucu yapısının üzerinde farklı hücum açılarında oluşan aerodinamik kuvvetler incelenmiştir. Yatay dengeleyici, SolidWorks tasarım programında 200 noktadan oluşan kanat profili eğrisi ve belirlenen V açısı, ok açısı ve sivrilme oranları kullanılarak tasarlanmıştır. Bu tasarım C1 olarak tanımlanmıştır. C1 tasarımının uç kısmına, aynı ok açısına, bükme açısına, sivrilme oranına, açıklığa, yüksekliğe sahip; fakat uç kısmındaki kanat profili kalınlığı farklı olan iki kıvrık kanat ucu yapısı tasarlanarak toplamda üç kanat tasarımı elde edilmiştir. Bu tasarımlar sırası ile C2 ve C3 olarak adlandırılmıştır. Üç farklı tasarımın aerodinamik analizi, bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı olan Fluent kullanılarak yapılmıştır. On üç farklı hücum açısında gerçekleştirilen analizler sonucunda elde edilen sonuçlara göre tasarımların üzerindeki sürükleme (CD) ve taşıma (CL) katsayılarındaki değişimler gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, C2 tasarımı için analizlerin yapıldığı bütün hücum açılarında daha yüksek taşıma kuvvetinin sürükleme kuvvetine oranına (CL/CD) sahip olduğu görülmüştür. C3 tasarımı için ise -1 derece hücum açısındaki sonuç haricinde aynı sonuç elde edilmiştir.