The environmental impact of aviation is a subject of constant research nowadays.
Noise emission and fuel consumption are some of the driving factors that have led to
renewed interest in the research of propellers. Although the old technologies of the 1940’s
and 1950’s give adequate propeller performance, low fuel consumption and strict noise
emission regulations are driving propeller research into newer horizons. Contra-Rotating
propellers offer an advantage in the form of torque on aircraft as both propellers cancel the
torque from each other out. The aft propeller utilizes the rotational kinetic energy of the wake
being shed from the front propeller and thus an increase in propulsive efficiency is observed.
The complex interactions between the front and aft propeller give rise to noise which has
hindered the commercial application of contra-rotating propellers.
In this thesis an emphasis is placed on a thorough understanding of the design
considerations and aerodynamic interactions of contra-rotating propellers operating at low
speed. Methods of calculating dual-propeller performance are investigated and section data
of airfoils is used to calculate the thrust and torque distributions of a standard dual rotating
propeller. For an understanding of the complex flow field of contra-rotating propeller, the
Sliding Mesh approach has been implemented for a detailed CFD Analysis and the results
are compared with Wind Tunnel Test Data available in literature as well as calculated section
data. Aerodynamic interactions between the front and aft rotor in the form of periodic
oscillations of the aerodynamic loads on both propellers has been observed. The CFD
methodology adopted has been deemed to be an efficient and accurate tool for the analysis
of contra-rotating propellers and a reliable benchmark for further study
Havacılığın çevresel etkisi günümüzde sürekli araştırma konusu olmaktadır. Gürültü
emisyonu ve yakıt tüketimi, pervane araştırmalarına ilginin yenilenmesine neden olan itici
faktörlerden bazılarıdır. 1940'ların ve 1950'lerin eski teknolojileri yeterli pervane
performansı sağlasa da, düşük yakıt tüketimi ve katı gürültü emisyon düzenlemeleri, pervane
araştırmalarını yeni ufuklara doğru yönlendiriyor. Ters Dönen pervaneler, her iki pervane de
torku birbirinden ayırdığı için uçakta tork şeklinde bir avantaj sunmaktadır. Arka pervane,
ön pervaneden atılan rüzgarın dönme kinetik enerjisini kullanır ve böylece itme veriminde
bir artış gözlemlenir. Ön ve arka pervane arasındaki karmaşık etkileşimler gürültüye neden
olur ve ters dönen pervanelerin ticari uygulamasını engellemektedir.
Bu tezde, düşük hızda çalışan ters dönen pervanelerin tasarım konuları ve
aerodinamik etkileşimlerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasına vurgu yapılmıştır. Çift
pervane performansını hesaplama yöntemleri araştırılır ve standart çift dönen pervanenin
itme ve tork dağılımlarını hesaplamak için kanat profillerinin kesit verileri kullanılır. Ters
dönen pervanenin karmaşık akış alanının anlaşılması için, Sliding Mesh metodu kullanarak
ayrıntılı bir CFD Analizi için uygulanmıştır ve sonuçlar literatürde bulunan Rüzgar Tüneli
Test Verileri ve hesaplanmış kesit verileriyle karşılaştırılmıştır. Her iki pervanede
aerodinamik yüklerin periyodik salınımları şeklinde ön ve arka rotor arasında aerodinamik
etkileşimler gözlemlenmiştir. Benimsenen CFD metodolojisi, ters dönen pervanelerin
analizi için verimli ve doğru bir araç ve daha ileri çalışmalar için güvenilir bir kriter olarak
görülmüştür
