Nose landing gear main fitting design with topology optimization
Burun iniş takımı dikmesi ana bağlantı parçasının topoloji optimizasyonuyla tasarımı
- Tez No: 664063
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Konstrüksiyon Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Havacılık ve uzay endüstrisinde yapıların hafif tasarlanması büyük önem arz etmektedir. Hava aracını oluşturan yapıların hafifletilmesiyle hava aracının taşıyabileceği faydalı yük kapasitesi artırılabilmekte ve tükettiği yakıt miktarı azaltılabilmektedir. Hava aracı parçalarının ağırlıklarını azaltmada yapısal optimizasyon methodları etkili olmaktadır. Yapısal optimizasyon methodlarının bir diğer önemli faydası da istenen nitelikte tasarım çözümüne tasarım süreçlerini hızlandırarak ulaşılmasıdır. İniş takımı, iniş yüklerini sönümlemek için kullanılan uçak sistemidir. Bu çalışmada iniş takımı çeşitleri, uçaktaki yerleşim türleri, iniş takımı parçaları ve alt sistemleri, iniş takımı tasarım esasları hakkında bilgilere de yer verilmiştir. Büyük çoğunlukla iniş takımları parçaları metal alaşımlardan imal edilmektedir. Bu tezde burun iniş takımı ana bağlantı parçasının topoloji optimizasyonu çalışılmıştır. İniş takımının en büyük parçası olduğu için dikme ana bağlantı parçasının kütlesinin azaltılması önemli bir fark yaratmaktadır. Geleneksel tasarım sürecinde, kavramsal tasarım aşamasında belirlenen konsept tasarım üzerinden devam eden ön tasarım ve detay tasarım süreçlerinde yapılan tasarımların doğrulanması için analize ihtiyaç duyulmaktadır. Tasarımın ve analiz arasındaki bu süreç iteratif bir süreç olup çok uzun zaman ve kaynak harcamaya sebep olmaktadır, hatta bazen en başa dönüp seçilen tasarımda büyük değişiklikler yapmak gerekebilmektedir. Tezin amacı geleneksel tasarımdan daha iyi bir çözüm olarak tasarım sürecinin başlarında topoloji optimizasyonu kullanımıyla yeterli dayanımda, en hafif burun iniş takımı dikmesi ana bağlantı parçasının daha kısa sürede tasarlanabileceğini göstermektir. Bunu gerçekleştirebilmek için hedeflerin, tasarım kısıtlarının ve isterlerin doğru belirlenmesi ve optimizasyon için kullanılacak modelin doğru kurulması gereklidir. Doğru yapılan optimizasyon çalışmasıyla hedefe ulaşmak için tekrar edilen tasarım süreçlerinin önüne geçilebilmektedir. Tezde ayrıca yapısal optimizasyon için kullanılan farklı yöntemlere ve kullanım amaçlarına yer verilmiştir. Uçakların ulaşım amacıyla kullanılabilmesi için uçuşa elverişlilik sertifikasyon belgelerinin olması gereklidir. Bu belgelendirmenin uçuş otoritesinden alınması için uçak tasarımının regülasyonlarda belirtilen kurallara uygun olarak tasarlanmış olması ve bunun ispatlanması gereklidir. İniş takımı tasarımı için gerekli yük bilgileri regülasyonlarda yer yükleri ve iniş koşulları olarak verilmiştir. Regülasyonlarda belirtilen yüklerin iniş takımı için hesaplamaları yapılmıştır. Tecrübe edilmiş uygulamalar ve iniş takımı tasarım hesapları için kullanılan varsayımlar ile ilgili bilgiler literatür araştırması sonucunda elde edilmiş ve bu çalışmada kullanılmıştır. Topoloji optimizasyonu için Hypermesh Optristruct'ta sonlu elemanlar modeli kurulmuş ve optimizasyon parametreleri belirlenmiştir. Hesaplanan iniş takımı yükleri sonlu elemanlar modeline aktarılmıştır. Topoloji optimizasyonu için sonlu elemanlar modeli geliştirme sürecinde yapılan çalışmalar eklerde gösterilmiştir. Bu çalışmalarda: Sonlu eleman modellemede kullanılan elemanların tiplerinin, kısıt ve hedef değerlerinin, üretim kısıtlarının ve Optistruct çözücüsüne ait diğer parametrelerinin optimizasyon sonucuna etkileri çalışılmış ve çıkan sonuçlar değerlendirilerek amaca uygun bir model geliştirilmiştir. Topoloji optimizasyonu çalışmasının doğru sonuç vermesi, optimizasyon için gereken zamanın kısa olması ve gerekli bilgisayar donanımı kapasitesinin düşük olabilmesi için parametrelerin hedefler doğrultusunda asgari düzeyde tutulması ve birbirleriyle uyumlu olması sağlanmıştır. Burun iniş takımı dikme ana bağlantı parçasının topoloji optimizasyonu ve sonu elemanlar analizi için Hypermesh programında kurulan burun iniş takımı sonlu elemanlar modeli hakkında sınır şartları, eleman tipleri, eleman boyutları, eleman sayısı ve kritik noktalarla ilgili anlatımlar tezde yer almıştır. Topoloji optimizasyonu kapsamında burun iniş takımı dikmesi için optimize edilecek ve edilmeyecek tasarım uzayının ve hedeflenen hacmin belirlenmesi konusunda dikkat edilmesi gerekenler hakkında literatür araştırmasından elde edilen hesaplama yaklaşımları ve kişisel deneyime dayanan bilgilere yer verilmiştir. Belirlenen tasarım uzayının CAD modelinin oluşturularak optimizasyon modeline aktarılması ve optimize edilmeyecek kısımların nasıl oluşturulacağı anlatılmıştır. Topoloji optimizasyonu parametrelerinin sonuca etkisi anlatılarak farklı yoğunluk değerlerine göre sonuç karşılaştırmaları yapılmıştır. Topoloji optimizasyonu sonucunun değerlendirilmesinde dikkat edilmesi gereken eleman yoğunluğu, gerilme değerleri gibi hususlar anlatılmıştır. Optimizasyon sonucunda elde edilen geometrinin talaşlı imalat ile üretilebilir bir modele dönüştürme aşaması gösterilmiştir. Yapılan topoloji optimizasyonu çalışmasının doğrulanması için üretilebilir hale getirilen üç boyutlu burun iniş takımı ana bağlantı parçası modelinin, topoloji optimizasyonu modelindeki sınır şartları ve yükleme koşullarına göre lineer statik sonlu elemanlar analizinin yapılması ve analiz için kullanılan sonlu elemanlar modelinin optimizasyon için kullanılan modelden farkları anlatılmıştır. Sonuç olarak hedeflenen ağırlık aralığında üretilebilir bir burun iniş takımı dikme ana bağlantı parçası tasarlanmış ve yeterli dayanımda olduğu analiz sonuçlarıyla gösterilmiştir. Yapılan çalışmalardan elde edilen fayda ve bulgular değerlendirilerek ileriye dönük yapılabilecek çalışmalar hakkında fikirler sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Designing lightweight stuctures is very important for aerospace industry. Structural optimization methods are effective for decreasing weight of aircraft parts. Landing gear is an aircraft system which is used for absorbing landing loads. Mostly metal alloys are used for landing gears. In this thesis topology optimization of a nose landing gear main fitting is studied. Decreasing weight of main fitting makes significant difference since it is the biggest part of landing gear. The main purpose of the thesis is to show a solution which is better than conventional design by using topology optimization method in early design phase to design the lightest nose landing gear main fitting with enough strength in a shorter time. Furthermore structural optimization methods and their importance for aviation industry are told in the thesis. In this study, calculation and implementation to finite element model of load conditions stated in EASA CS23(European Aviation Safety Agency Certification Speficifications) for landing gear, setting of optimization model in Hypermesh Optistruct and validation of topology optimization with finite element analysis are discussed. Studies which are done during the development of finite element model for topology optimization are shown. Details about finite element model of nose landing gear main fitting, such as boundary conditions, element types, element sizes, number of elements and key points are explained. Informations about best practices and assumptions for calculation of landing gear are obtained from literature and used in this study. Literature knowledge and personal experiences about the considerations for assigning of design and non design spaces are told in the thesis. Topology optimization's parameters' effects on results are told and comparisons are made for different parameters. Interpretation of topology optimization results and convertation of results into manufacturable geometry is told. Linear static finite element analyses are done in order to verificate the optimization study. Differences between finite element model and optimization model are evaluated. Finally results are evaluated and ideas about what could be done in the future are presented.
Benzer Tezler
- Design of the main landing gear for a trainer aircraft with topology optimization
Eğitim uçağı ana iniş takımının topoloji optimizasyonu ile tasarımı
IRMAK FEROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN
- Temel eğitim uçağı burun iniş takımı fork ve aks parçalarının tasarımı ve analizi
Design and static analysis of nose landing gear fork, axle for basic trainer aircraft
ZİHNİ BAYKARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA AY
- Hafif siklet bir uçağın kaplama perçin ve rib hesabı
The Calculations of skin rivets and rib design of light airplane
MEHMET SAİT SAFFET BAYSAL
- Hafif siklet bir uçağın yer yüklerine göre boyutlandırılması
Dimensioning of a light airplane depending on ground loads
İLHAN EKMEN