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 75e
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