Yazan: Adam Kahraman

Rüzgâr tünelinde test yaparken, muhtemelen havayı görebilmeyi isterdiniz. Duman kirliliği yaratmadan veya devasa bir CFD simülasyonu çalıştırmadan, laminar ve türbülanslı akışı gerçekleştiği anda görebildiğinizi hayal edin. Gerçek zamanlı olarak rüzgârı “görmenizi” sağlayan bir araç olsaydı?

WindProbe, bu arzuyu karşılamak üzere tasarlandı. Birden fazla açıda yüksek zaman çözünürlüğüyle rüzgâr profillerini yakalarken, entegre hareket takibi ölçümün tam olarak nerede yapıldığını belirler.

Bu makalede, aracın kullanım durumlarını, nasıl çalıştığını ve rüzgâr tüneli test iş akışınızda sunduğu pratik kazanımları gösteriyoruz.

İçindekiler

1. Giriş
2. Yaygın Rüzgâr Ölçüm Sorunları
3. WindProbe 3D Nasıl Çalışır
4. Pratik Uygulama: Kırkıl Rüzgâr Simülasyonu
5. Sonuç

Şekil 1: Hareket takibi yansıtıcıları görünen WindProbe'un tam boy görünümü

Yaygın Rüzgâr Ölçüm Sorunları

Duman makinesi, lazerler veya tüyler gibi araçlar kullanarak akış görselleştirmenin çeşitli yolları vardır. Bunların hepsinin avantajları ve dezavantajları vardır, ancak en yaygın sınırlama, nicel veriler üretmek yerine öncelikle ölçüm aracı olarak görsel gözlemeye dayanmalarıdır.

Belirli bir nesnenin etrafındaki hava akışını ölçmek, bir sorun katmanı daha ekler.

• Kurulum, o nesnenin şekli etrafında oluşturulmalıdır.
• Tüyler yüzeye takılmalıdır.
• Duman, nesnenin etrafındaki belirli noktalara yönlendirilmelidir.
• Problar nesnenin etrafına yerleştirilmelidir.

Rüzgâr tünellerinin bir diğer yaygın kullanım alanı CFD simülasyon sonuçlarını doğrulamaktır, ancak bunun da kendine özgü sorunları vardır.

• Fiziksel kurulumdaki küçük farklılıklar, gerçek hava akışının simülasyonun öngördüğünden farklı davranmasına neden olabilir.
• İkisinin gerçekten eşleşip eşleşmediğini kontrol etmenin doğrudan bir yolu yoktur.
• Tam rüzgâr profilini ölçmenin bir yolu olmadan, aktarımın doğru olduğunu büyük ölçüde varsayıyorsunuz.

WindProbe 3D Nasıl Çalışır

Çözdüğü karmaşık zorluklara rağmen, WindProbe'un kendisi basit bir tasarıma sahiptir. Uç kısmında 40 derecelik bir kabul konisi bulunan beş delikli çok delikli bir basınç sensörüdür.

Şekil 2: Ölçekli olarak gösterilen 40° kabul konisiyle WindProbe

Kabul konisi, WindProbe'un uca çeşitli açılardan çarpan rüzgârı ölçmesine ve x, y ve z eksenlerinde hız vektörlerini yakalamasına olanak tanır. Sadece doğrudan içine akan rüzgârı ölçen bir Pitot tüpünün aksine, bu çok delikli tasarım geniş bir yön aralığında veri yakalar. Bu özellik, türbülanslı koşullarda rüzgâr ölçerken gereklidir.

WindProbe'un 200 Hz'lik bir veri toplama frekansı vardır. Bu zaman çözünürlüğü, rüzgâr hızındaki ince ayrıntıları yakalayarak ölçümler arasında veri noktalarını kaçırmadan hızlı değişiklikleri görmenizi sağlar.

İşte WindProbe'un çalışmasını gösteren bir video:

Prob önceden kalibre edilmiş olarak gelir ve iletişim ve güç için tek bir USB kablosu aracılığıyla bir WindShaper ile eşleştirilmesi kolaydır. Prob, modele bağlı olarak 1 m/s kadar düşük ve 60 m/s'ye kadar rüzgâr hızlarını ölçebilir.

WindProbe'un uzamsal takibi, veri kaydederken probu hareket ettirmenize ve kaydedilen değerleri 3D uzayda çizmenize olanak tanır. Bu, rüzgâr profilini hem akış yönü ekseni boyunca hem de belirli bir düzlemin dikey ve yatay eksenleri boyunca tüm test kesiti boyunca haritalandırmayı mümkün kılar. Tek bir noktada ölçüm yapmak yerine, test kesitinin tam rüzgâr görüntüsü yakalanabilir. Ayrıca, test kesitindeki herhangi bir nesne etrafında rüzgâr ölçümleri alınabilir; bu bir pervane, bir hava profili veya bir drone olabilir.

Şekil 3: 3D olarak takip edilirken gerçek zamanlı rüzgâr verisi yakalayan WindProbe

WindProbe'un 3D olarak takip edilmesini sağlayan şey, probun kolu boyunca yerleştirilen hareket yakalama işaretleridir. Hareket yakalama kameralarıyla eşleştirildiğinde, sistem probun 3D uzaydaki tam konumunu takip eder. 

Şekil 4: WindProbe üzerindeki OptiTrack hareket yakalama işaretleri

Aynı işaretler WindShaper'a yerleştirilir ve yazılımın probun konumunu rüzgâr kaynağına göre takip etmesine olanak tanır.

Şekil 5: WindShaper üzerindeki OptiTrack hareket yakalama işaretleri

WindVision Yazılımı

WindProbe'dan gelen tüm veriler, takibi, ölçümü ve veri görselleştirmeyi yöneten WindVision yazılımı ile işlenir. Probun olması gereken yere konumlandırılmasına yardımcı olmak için prob, gerçek zamanlı bir rehber görevi gören yerleşik bir LED şeride sahiptir. Yazılımda bir ölçüm düzlemi tanımladığınızda, LED'ler konumunuza göre renk değiştirir: uzaktayken kırmızı, yaklaştıkça sarı ve tam düzlem üzerindeyken yeşil.

Şekil 6: WindProbe üzerindeki LED şeridi kırmızı, sarı ve yeşil yanıyor

WindVision, verileri .csv veya .vtk dosyaları olarak dışa aktarabilir; bunları ParaView gibi bir yazılımda açıp analiz edebilirsiniz. WindVision'da test kesitinin ve ölçüm düzleminin boyutlarını tanımlarsınız.

Yazılım ayrıca bu ölçüm düzleminin uzamsal çözünürlüğünü ayarlamanıza da olanak tanır. Düzlem, voksel adı verilen birimlere bölünür. 2D bir görüntünün boyutunun ve çözünürlüğünün piksellerle tanımlanmasına benzer şekilde, voksel uzaydaki bir değerin 3D temsilidir. Çözünürlüğü artırmak, voksel sayısını artırır ve daha yüksek veri granülaritesi ile daha fazla içgörü sağlar. Çözünürlüğü düşürmek, daha az vokseli doldurarak ölçümü daha hızlı tamamlamanıza olanak tanır ve akışın daha geniş bir genel görünümünü sağlar.

Sistem, 1 cm³ kadar küçük hacimlerde hız vektörlerini ölçebilir. En küçük bu ayarda, ölçüm düzlemenizde 27 milyona kadar voksel ile çalışabilir, rüzgâr profilinin yüksek ayrıntılarını sağlayabilirsiniz. 

Pratik Uygulama: Kırkıl Rüzgâr Simülasyonu

Diyelim ki yüksek binalardaki pencereleri temizlemek için tasarlanmış bir drone tasarlıyorsunuz. Rüzgâr hızı genellikle irtifa ile artar, bu nedenle yüksek binaların üst katları çok daha güçlü rüzgârlara maruz kalır. Bu rüzgâr binaya çarptığında, keskin hız gradyanları oluşturur ve bu da önemli rüzgâr kırkılına neden olabilir; bu durum bir drone için yön bulmayı zorlaştırabilir.

Pahalı pencerelerin bulunduğu yoğun bir bölgenin üzerinde bu uçuşa çıkmadan önce, drone operatörü droneyu veya binayı riske atmadan bu koşullarda biraz pratik yapmak isteyebilir.

Şekil 7: Bir binanın yüzeyine çarpan rüzgârın bilgisayar tarafından oluşturulmuş görüntüsü (kaynak)

Neyse ki, bu ortam WindShaper kullanılarak kolayca simüle edilebilir. Aşağıdaki şekildeki 2x2 modül kurulumu için sol fan modüllerini 2 m/s, sağ modülleri ise 6 m/s hızında çalıştırabilirsiniz. Bu, iki taraf arasında dik bir gradyan oluşturarak rüzgâr kırkılını simüle eder. WindProbe daha sonra WindShaper tarafından oluşturulan rüzgâr profilini görselleştirmenize olanak tanır.

Şekil 8: WindShaper'dan net rüzgâr kırkılını gösteren WindVision yazılımı

WindProbe'u fanların önüne yerleştirerek veri toplamaya başlayabilirsiniz. Probu düzlem boyunca hareket ettirdikçe, yazılım rüzgâr profilinin gerçek zamanlı bir görselleştirmesini otomatik olarak oluşturur.

Bir sonraki adım, bu koşullarda nasıl tepki verdiğini görmek ve kurtarma pratiği yapmak için drone'unuzu makinenin önünde soldan sağa uçurmaktır.

Sonuç

WindProbe, görünmez havayı okunabilir verilere dönüştürerek mühendisler ve araştırmacılar için 3D rüzgâr ölçümünde benzersiz bir yaklaşım sunar. Karmaşık ve pahalı ekipmanlar olmadan daha önce imkansız olan bir doğrulama seviyesi sağlar. Çok delikli basınç algılama ve hareket takibini birleştirerek, gerçek zamanlı olarak tam bir 3D rüzgâr profilini haritalayabilen piyasadaki tek araç olmaya devam eder.

Şekil 9: Sabit kanatlı bir İHA'nın arkasındaki akış alanını 3D tarayan WindProbe