Helikopter kuyruk rotor hatve kolunun topolojik optimizasyon temelli eklemeli imalatı ve test edilmesi
Topological optimization-based additive manufacturing and testing of helicopter tail rotor pitch control arm
- Tez No: 803386
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA KURT, PROF. DR. TEMEL KOTİL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Askeri havacılık, Dişli rotor sistemleri, Doğrusal olmayan optimizasyon, Kısa ömürlü yorulma, Nikel-titanyum alaşımları, Sivil havacılık, Tasarım optimizasyonu, Yüksek mertebeli sonlu elemanlar, Yüzey yorulması, Şekil optimizasyonu, Military aviation, Geared rotor systems, Non-linear optimization, Low cycle fatique, Nickel-titanium alloys, Civil aviation, Design optimization, Higher order finite elements, Surface fatigue, Shape optimization
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, çok yönlü bir yaklaşım benimsenerek helikopter kuyruk rotor hatve kolunun topolojik optimizasyon temelli eklemeli imalatı ve test edilmesi üzerine çalışmalar yürütülmüştür. Bu kapsamda, Al 7050-7452 alüminyumdan imal edilen hatve kontrol kolunun yorulma testleri gerçekleştirilerek S/N eğrisi oluşturulmuş ve kırılma bölgeleri incelenmiştir. Elde edilen S/N değerleri kullanılarak FEA gerçekleştirilmiştir. Orijinal Al hatve kolunun mekanik özellikleri baz alınarak yorulma temelli topoloji optimizasyonu yapılmıştır. Aynı şekilde, 7000 serisi alüminyum ve yeniden üretilen titanyum hatve kolunun yorulma testleri yapılarak yeni bir eğri uydurma denklemi ile S/N eğrisi elde edilmiştir. Helikopter rotoru yüksek çevrimli yorulmaya (HCF) maruz kalmaktadır. Yürütülen tez çalışmalarında kritik bir parçanın tasarımı için yorulma temelli topoloji optimizasyonu çalışılmıştır. Kapalı Soderberg (CS) yorulma kırılma kriteri ve Çift Yönlü Evrimsel Yapısal Optimizasyon (BESO) yöntemi kullanılarak hatve kontrol kolunun en iyi tasarımı elde edilmiştir. ANSYS ve ABAQUS yazılımları aracılığıyla yapısal analizler yapılmış ve sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde elde edilen gerilme ve gerilme genliği değerleri Manson-McKnight yöntemiyle bulunmuştur. Optimizasyon probleminin biçimlendirilmesinde iki farklı hacim kısıtı uygulanarak parçanın en uygun geometrisi bulunmuştur. Oluşturulan yeni geometriler orijinal geometriye sadık kalınarak yeniden tasarlanmış, statik ve dinamik sonlu elemanlar analizi ile doğrulanmıştır. Al parçanın toplam kütleye göre yorulma bazlı topoloji optimizasyonu sonucunda elde edilen parçanın genel kütle, toplamda %34 oranında azaltılmıştır. Azaltılan ağırlığa göre titanyum hatve kolu iki farklı hacim kullanılarak 4 adet üretilmiş ve komponent bazında yorulma testleri uygulanmıştır. Her bir hacim kısıtı için, bir adet komponent Bilyalı dövme prosesine tabi tutulmuştur. Sonuçlar değerlendirildiğinde, bilyalı dövme işlemine uygulanan 0.3 hacim kısıtlı hatve kolu üretilerek Gökbey helikopteri üzerinde testleri tamamlanacaktır.
Özet (Çeviri)
In this study, a comprehensive approach was adopted to carry out research on the topological optimization-based additive manufacturing and testing of the helicopter tail rotor pitch arm. In this scope, fatigue tests were conducted on the pitch arm control arm made of Al 7050-7452 aluminum to generate S/N curves and examine fracture areas. Finite Element Analysis (FEA) was performed using the obtained S/N curves and parameters. Fatigue-based topological optimization was conducted based on the mechanical properties of the original Al pitch arm. Similarly, fatigue tests were conducted on the 7000 series aluminum and re-manufactured titanium pitch arms to obtain S/N curves using a newly developed curve fitting equation. The helicopter rotor is exposed to high-cycle fatigue (HCF). Fatigue-based topological optimization was studied for the design of a critical component. The best design of the pitch arm control arm was achieved using the Closed Soderberg (CS) fatigue fracture criterion and the Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) method. Structural analyses were performed using ANSYS and ABAQUS software, and finite element analyses were conducted. The stress and stress intensity values obtained during the analyses were determined using the Manson-McKnight method. By applying two different volume constraints in the formation of the optimization problem, the most suitable geometry of the component was found. The newly generated geometries were redesigned while maintaining the original geometry and verified through static and dynamic finite element analysis. The overall weight of the part obtained through fatigue-based topological optimization was reduced by 34% relative to the total weight of the Al part. Based on the reduced weight, four titanium pitch arm arms were produced using two different volumes, and component-level fatigue tests were applied. For each volume constraint, one component was subjected to the ball peening process. In conclusion, the pitch arm with a volume constraint of 0.3, which underwent the ball peening process, will be produced and tested on the Gökbey helicopter.
Benzer Tezler
- Flap kontrollü duran rotor aeroplastik modellemesi ve ilgili sistem tasarımı
Flap controlled stopped rotor aeroplastic modelling and related system design
LEVENT TURHAN
Doktora
Türkçe
2002
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. Y. KEMAL YILLIKÇI
- Comprehensive investigation of rotor stall onset for future helicopters
Rotor tutunma kaybı başlangıcının yeni nesil helikopterler için kapsamlı incelenmesi
ENES UÇAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGE ÖZDEMİR
- Helikopter ana rotor göbeğinin maksimum uçuş yükleri altında sonlu elemanlar analizi
Finite element analysis of a main rotor hub under maximum flying loads for a helicopter
MUHAMMED TALHA ERTUNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Havacılık ve Uzay MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ
DOÇ. DR. CİHAN DEMİR
- Design and construction of an innovative helicopter system
Yenilikçi bir helikopter sisteminin tasarım ve imalatı
MEHMET HANİFİ DOĞRU
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM HALİL GÜZELBEY
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM GÖV
- Aerodynamic analysis and controller integration of amoving horizontal tail for a utility helicopter with asingle main rotor
Tek ana rotorlu genel maksat helikopteri için hareketli yatay kuyruğun aerodinamik analizleri ve kontrolcüye entegrasyonu
KAAN EGE TIRMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL