Design and optimization of non-pneumatic tire in air vehicles
Hava araçlarında pnömatik olmayan lastiklerin tasarımı ve optimizasyonu
- Tez No: 1025587
- Danışmanlar: PROF. DR. SADETTİN ORHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar destekli tasarım, Hiperelastik malzemeler, Sonlu elemanlar analizi, Termoplastik, İniş takımı, İstatistiksel deney tasarımı, Computer aided design, Hyperelastic materials, Finite element analysis, Thermoplastic, Landing gear, Statistical experimental design
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Uçak iniş takımı sistemlerinde yaygın olarak kullanılan geleneksel pnömatik lastikler (PT), iç hava basıncına bağımlı yapıları nedeniyle düzenli bakım gereksinimi, patlama riski ve ani basınç kaybı gibi çeşitli operasyonel sınırlamalara sahiptir. Bu tez çalışmasında, söz konusu sınırlamaların giderilmesi amacıyla uçak burun iniş takımı uygulamalarına yönelik Fibonacci eğrisi tabanlı iç destek yapısına sahip pnömatik olmayan bir lastik (NPT) tasarlanmış, üretilmiş ve deneysel ile sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Geliştirilen NPT prototipi, eriyik yığma modelleme (FDM) yöntemi kullanılarak TPU malzemeden üretilmiştir. Malzeme karakterizasyonu kapsamında, farklı gerinim hızlarında çekme ve basma testleri ile Split Hopkinson Basınç Çubuğu deneyleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen veriler LS-DYNA ortamında yürütülen sonlu eleman analizlerinde malzeme modeli girdisi olarak kullanılmıştır. Referans bir uçak esas alınarak burun iniş takımının maruz kalabileceği yükler hesaplanmış ve bu yükler altında, aynı dış boyutlara sahip pnömatik ve pnömatik olmayan lastikler için dikey rijitlik testleri uygulanmıştır. Oluşturulan sonlu elemanlar modeli deneysel sonuçlarla doğrulanmış ve pnömatik olmayan lastiğe ait deneysel ve sayısal dikey rijitlik sonuçları arasında yüzde 6 fark elde edilmiştir. Ayrıca, düşme testini temsil etmek amacıyla dinamik bir sonlu elemanlar modeli geliştirilmiştir. Dinamik analizlerin ardından tasarımın iyileştirilmesi amacıyla deney tasarımı (DOE) yöntemi uygulanmıştır. DOE çalışması sonucunda öngörülen efektif gerilme ve yer değiştirme değerleri ile analiz sonuçları arasında yüzde 1'den daha düşük fark bulunmuş ve yüksek düzeyde uyum sağlanmıştır. Gerçekleştirilen optimizasyon çalışması ile başlangıç tasarımındaki lastik kütlesi yaklaşık yüzde 50 azaltılmış, maksimum yer değiştirme değeri ise yüzde 35 sehim sınırlamasının sınırının altında tutulmuştur. Elde edilen deneysel ve sayısal bulgular arasındaki yüksek uyum, önerilen pnömatik olmayan lastik tasarımının havacılık uygulamalarında geleneksel pnömatik lastiklere alternatif oluşturma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Conventional pneumatic tires (PT), which are widely used in aircraft landing gear systems, have various operational limitations due to their reliance on internal air pressure, including regular maintenance requirements, the risk of bursting, and sudden pressure loss. In this thesis study, a non-pneumatic tire (NPT) featuring a Fibonacci curve-based internal support structure for aircraft nose landing gear applications was designed, manufactured, and examined through experimental and numerical methods to overcome these limitations. The developed NPT prototype was manufactured from TPU using the fused deposition modeling (FDM) method. As part of the material characterization, tensile and compression tests at different strain rates, as well as Split Hopkinson Pressure Bar experiments, were conducted, and the obtained data were used as material model inputs in finite element analyses performed in the LS-DYNA. Based on a reference aircraft, the loads acting on the nose landing gear were calculated, and vertical stiffness tests were carried out under these loads for pneumatic and nonpneumatic tires of identical external dimensions. The developed finite element model was validated against experimental results, and a difference of 6 percent was obtained between the experimental and numerical results vertical stiffness results of the nonpneumatic tire. Furthermore, a dynamic finite element model was developed to represent the drop test. Following the dynamic analyses, the design of experiments (DOE) method was applied to improve the design. The predicted effective stress and displacement values obtained from the DOE study exhibited less than 1 percent deviation from the analysis results, indicating a high level of agreement. Through the optimization study, the tire mass in the initial design was reduced by approximately 50 percent, while the maximum displacement value was maintained below the 35 percent deflection limit. The high agreement between the experimental and numerical findings demonstrates that the proposed non-pneumatic tire design has the potential to serve as an alternative to conventional pneumatic tires in aviation applications.
Benzer Tezler
- Havacılık uygulamaları için emniyet kritik daimimıknatıslı alternatör tasarımı ve analizi
Design and analysis of safety critical permanent mangetalternator for aviation applications
HÜSEYİN ERSÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Optimization of solution blown PVDF nanofibers for air filtration applications
Hava filtrasyonu uygulamaları için çözeltiden üfleme yöntemi ile PVDF nanoliflerin optimizasyonu
FEYZA NUR BÜYÜKNALÇACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ KILIÇ
- Improvement of inadequencies of small diameter artificial blood vessels
Küçük çaplı yapay damarların mevcut yetersizliklerinin iyileştirilmesi
İPEK YALÇIN ENİŞ
Doktora
İngilizce
2016
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜMMÜHAN TELEM GÖK SADIKOĞLU
- Kazanların incelenmesi ve kontrol tipleri
Operation principles and control types of sleam generators
M.HÜSEYİN YILDIRIM
- Ağır ticari araçlarda süspansiyon hava körüğüne gelen yatay hareketin sönümlenmesi
Damping of horizontal motion to suspension air bellows in heavy commercial vehicles
OSMAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FARUK YAREN