ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLMENİN İNSANSIZ HAVA ARACI KANATLARININ AEROELASTİK DAVRANIŞINA ETKİLERİ

 

 

Ünlüsoy, Levent

Doktora, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü

Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Yavuz Yaman

Şubat 2014, 175 sayfa

 

 

Şekil değiştirebilen uçak teknolojileri geçtiğimiz on yılda havacılık sanayisinde ilgi odağı haline gelmiştir. Uçağın aerodinamik ve/ veya uçuş performansı açısından amaçlanan en iyileştirmesi, karbondioksit salınımının ve gürültü düzeylerinin azalması gibi faydalarının yanı sıra, aeroelastik davranışın olumsuz yönde etkilenmesi gibi yapısal kaynaklı sorunların da ortaya çıkmasına sebep olmaktadır. Bu yapısal problemler dikkatlice belirlenmeli ve kavramsal tasarım aşamasından başlayarak giderilmeye çalışılmalıdır.

Bu çalışmanın hedefi, başta insansız hava aracı kanatlarının doğrusal aeroelastik davranışı olmak üzere, şekil değiştirebilmenin olası etkileri hakkında kapsamlı bir bakış açısı sağlamaktır. Çalışmada kalkış, tırmanış, seyir ve avare uçuş olmak üzere dört farklı uçuş evresi incelenmiştir. Bu dört evrede kullanılması düşünülen insansız hava aracı kanadının hücum ve firar kenarı mekanizmaları, teleskopik kaburga ve kiriş mekanizmaları gibi bazı şekil değiştirme mekanizmaları yardımıyla veter, kanat açıklığı, süpürme açısı ve kambur değişimine uğradığı varsayılmıştır. Dört farklı kanat geometrisi elde edilirken; uçak tasarım gereksinimleri, uçak performans gereksinimleri, uçak yapısı gereksinimleri göz önünde bulundurulmuştur. Gereksinimler açısından asgari değerleri sağlayan ancak bu gereksinimler açısından hiçbir şekilde en iyileştirilme süreçleri uygulanmayan bu dört kanat şekli, doğrusal aeroelastik kararlılık açısından incelenmiştir. Kanat kuşbakışı görüntüsünün değişime uğradığı, bu dört farklı uçuş evrelerindeki çırpma ve ayrılma hızları tez sürecinde geliştirilen özgün bir bilgisayar programı yardımıyla belirlenmiştir.

Şekil değiştirebilen kanatların farklı uçuş evrelerindeki aeroelastik modelleri, iki-serbestlik-dereceli ve üç-serbestlik-dereceli düşük mertebe modeller olarak geliştirilmiştir. Değişken aerodinamik yükler Theodorsen teorisi kullanılarak gösterilmiştir. Kanatların yapısal özellikleri, farklı uçuş rejimlerindeki kanatlar için geliştirilen eşdeğer plak modelleri üzerinde yapılan bir dizi sonlu elemanlar analizi ile elde edilmiştir. Aeroelastik analizlerde iki farklı klasik çözüm yöntemi olan kyöntemi ve pk-yöntemi kullanılmıştır. Farklı uçuş rejimlerine ait yapılandırmalar için yapılan aeroelastik analizler, hesaplanan en yüksek çırpma ve ayrılma hızlarıyla kıyaslandığı takdirde çırpma ve ayrılma hızlarında sırasıyla yüzde 58 ve yüzde 75’e varan oranlarda değişimler olduğunu göstermiştir.

Bu çalışmada, şekil değiştirebilme olayından kaynaklanan yapısal sorunların belirlenmesi için analizler yapılmıştır. Çalışma sonucunda, şekil değiştirebilen kanat tasarımında aeroelastik iyileştirmenin yapısal tasarım sürecinin son derece önemli bir parçası olduğu gösterilmiştir.

 

 

Anahtar Kelimeler: Aeroelastik Analizler, Çırpmanın Öngörümü, Şekil Değiştirebilen Kanatların Tasarımı, Basitleştirilmiş Aeroelastik Modelleme