Yapısal optimizasyon ile helikopter kuyruk konisinin doğal frekansının değişimi
Change of the natural frequency of the helicopter tail cone bystructural optimization
- Tez No: 818517
- Danışmanlar: PROF. DR. NİZAMİ AKTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Helikopterler doğası gereği çok fazla dönel elemana sahip ve yoğun bir şekilde titreşime maruz kalan hava araçlarıdır. Bu titreşimler çoğu zaman risk teşkil etmese de bazı durumlarda çok riskli olabilmektedir. Helikopterler yapısalları da diğer tüm yapılar gibi doğal frekans değerlerine sahiptirler ve bu doğal frekans değerleri tahrik frekansı değerleri ile çakıştığında yapı rezonansa girerek statik yüklerden daha yüksek dinamik yüklere maruz kalabilmektedir. Bu dinamik yükler ise kırıma(kırılmaya) kadar ulaşabilecek durumlara neden olabilir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında tahrik frekansı ile çakışan doğal frekans değerleri için yapısal bir optimizasyon çalışması yapılmış ve bu değerler ötelenmeye çalışılmıştır. İlk olarak helikopter kuyruğunu oldukça iyi şekilde temsil eden sonlu elemanlar modeli hazırlanmış, ardından yapılan çekiç darbe testi ile bu model doğrulanmıştır. Yapılan optimizasyon çalışmaları ile de yapının doğal frekans değeri ötelenmeye çalışılmıştır. Sistemin sönümlü doğal frekansının değişimi yapının sönüm katsayısının, kütlesinin veya eşdeğer yay sabiti değerinin (rijitliğinin) değişimi ile mümkün olmaktadır. Helikopterlerin yapısal kısımlarında genellikle sönümleme amacıyla kullanılan bir yapı veya mekanizma bulunmamaktadır. Bu sebeple kütle ve yay sabitinin değişimi oldukça büyük önem arz etmektedir. Yapısal optimizasyon kapsamında helikopter kuyruğunun yapısal elemanlarının malzemeleri, kalınlıkları ve kesitleri değiştirilmiştir. Böylece yapının eş değer yay sabiti ve kütlesi değiştirilmiş ve bu değişiklikler sonlu elemanlar modeline yansıtılarak her değişiklik için model koşturularak elde edilen benzetim sonuçları incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda kütle ve yay sabiti değerinin değişimi ile doğal frekans değerlerinin değişimi ve bunun istenilen aralıklarda olup olmadığı incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda mod şekline göre yüksek deplasman görülen konumlara eklenen düşük ilave ağırlıkların bile büyük etkiye sahip olacağı, benzer şekilde bu konumlarda yapılan inceltmeler sonucu ağırlık azaltmanın da kayda değer doğal frekans değişimlerine sebep olacağı görülmüştür. Ayrıca aynı ağırlıkta ve alüminyum malzemeden geleneksel yöntemler ve bal peteği levha olarak üretildiği düşünülen yatay kuyruk modeli sonucunda eşdeğer yay sabitinin farklı olmasından dolayı aynı mod şekli için farklı doğal frekans değerleri görülmüştür.
Özet (Çeviri)
By nature, helicopters are structures that have many rotating elements and are subject to intense vibration. Although these vibrations do not pose a risk most of the time, they can be very risky in some cases. Like all structures, helicopters also have natural frequency values, and when these natural frequency values coincide with the drive frequency values, the structure can resonate and be exposed to more dynamic loads than static loads. These dynamic loads can cause situations that can reach up to breaking. In the study, a structural optimization study will be made for the natural frequency values that coincide with the drive frequency and these values will be tried to be shifted. Firstly, a finite element model that represents the helicopter tail very well was prepared, and then this model was verified by the hammer impact test. With the optimization studies, the natural frequency value of the structure was tried to be shifted. The change of the damped natural frequency of the system is possible by changing the damping coefficient, mass or equivalent spring constant value (rigidity) of the structure. There is no structure or mechanism used for damping in the structural parts of helicopters. For this reason, the change of mass and spring constant is of great importance. Within the scope of structural optimization, the materials, thickness and cross-sections of the structural elements of the helicopter were changed. Thus, the equivalent spring constant and mass of the structure were changed and these changes were applied to the finite element model and the simulation results obtained by running the model for each change were examined. As a result of the studies, the change of mass and spring constant value as a result of these change of natural frequency values and whether this is in the desired ranges were examined. In the studies, it was seen that even low additional mass added to the positions with high displacement according to the mode shape will have a great effect, and similarly, weight reduction as a result of thickness reduction at these positions will also cause significant natural frequency changes. In addition, different natural frequency values were observed for the same mode shape due to the difference in the equivalent spring constant for the horizontal tail modelled with the same weight and same aluminum material by traditional methods and produced as a honeycomb plate.
Benzer Tezler
- 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
SÜLEYMAN DEMİR
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KURT
PROF. DR. TEMEL KOTİL
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Structural design and optimization of bearingless helicopter tail rotor system
Yataksız helikopter kuyruk rotor sisteminin yapısal tasarımı ve optimizasyonu
MERT MUSTAFA TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VAHİT MERMERTAŞ
- Analysis and design of helicopter rotor blades for reduced vibrational level
Helikopter rotor palalarının azaltılmış titreşim düzeyi için analizi ve tasarımı
AYKUT TAMER
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAVUZ YAMAN
- Eklemeli imalatta hibrit yapıların topoloji optimizasyonu
Topology optimization of hybrid structures in additive manufacturing
FEHMİ MUTLU
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CENGİZ KAYACAN