Geri Dön

VTOL troop seat design and analysis

Dikey iniş ve kalkış yapabilen hava araçları için asker koltuğu tasarım ve analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 872036
  2. Yazar: HASAN TOTOŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ONUR TUNÇER, DOÇ. DR. ÇAĞLAR ÜÇLER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 173

Özet

Askeri hava araçları, hava araçlarının icadından sonra geliştirilmeye başlandı. Dikey iniş ve kalkış yapabilen hava araçlarının kullanımı pist olmadığı durumlarda avantajlıdır ve pistin olmadığı koşullar için önemli bir teknolojidir (Zhou ve diğ, 2020). Bazı görevlerde dikey iniş ve kalkış yapabilen hava araçları gereklidir. İzleme ve sabit ölçümler yaparken hava aracının havada durması gerekir (Özdemir ve diğ,2014). Dikey iniş ve kalkış yapabilen hava araçlarının askeri amaçlı gözetleme, kargo taşıma, asker ve mağdurları kurtarma gibi geniş bir kullanım alanı vardır (Intwala ve Parikh,2015). Askeri dikey iniş ve kalkış yapabilen hava araçları kokpit koltukları için MIL-S-58095 standardı kullanılır. Kabin koltukları için ise MIL-S-85510 standardı kullanılır. G seviyeleri kabin koltukları için kokpit koltuklarına göre daha azdır (Demircan,2020). Geçmişte asker koltuklarının yeterli dayanımı olmadığından dolayı insanların yaralandığı kazalar olmuştur (Reilly,1977). Bu çalışmada, dikey iniş ve kalkış yapabilen hava araçları koltuk tasarımı hakkında daha fazla bilgi sağlamak ve kaza anlarında yaralanmaları önlemek amacıyla asker koltuklarının dayanımı incelenmiştir. Bu çalışmada tasarım MIL-S-85510 standartlarına göre yapıldı. Tasarımda Solidworks programı kullanıldı. Bu araştırmada statik ve dinamik analizler yapıldı. Yapıya g kuvveti uygulanarak statik ve dinamik analizler gerçekleştirildi. G kuvvetleri için MIL-S-85510, CS27 ve CS29 standartlarından maksimum olan g kuvvetleri alındı. Analizleri yapmak için Ansys Workbench programının statik yapısal modülü ve zamana bağlı yapısal modülü kullanıldı. Toplamda 5 tane statik test ve 2 dinamik test yapıldı. Tüm testlerde g kuvvetleri 10 derece boyuna eksendeki yer deformasyonu hesaba katılarak yapıya uygulandı. İleri yöndeki statik test için 30 g, arka yöndeki statik test için 12 g, yanal yönde uygulanan test için 23 g, aşağı yönde uygulanan test için 20 g ve yukarı yönde uygulanan statik test için 8 g yük uygulanmıştır. Aşağı yönde uygulanan statik test CS27/29 standartlarındaki kuvvet MIL-S-85510 standartlarına göre daha yüksek olduğu için, aşağı yönde uygulanan statik testte CS27/29 standartlarındaki g kuvveti uygulanmıştır ve CS27/29 standartlarına göre test 3 saniye boyunca uygulanmıştır. Dinamik analizler için MIL-S-85510'da belirtilen yönlerde ve 10 derece boylamsal eksende yer deformasyonu hesaba katılarak kuvvetler uygulanmıştır. Dikey yönlü dinamik test için minimum doruk yavaşlaması 0,087'nci saniyede 32 g ve maksimum doruk yavaşlaması 0,059'uncu saniyede 37 g olarak uygulandı. Yanal yönlü dinamik test için minimum doruk yavaşlaması 0,127'nci saniyede 22 g ve maksimum doruk yavaşlaması 0,0811'inci saniyede 27 g olarak uygulandı. Kontaklar için insan modeli ve kumaşlar arasında sürtünmeli kontak tanımlandı. Diğer kontaklar için sabit kontak tanımlandı. Analizde kullanılan insan modeli için aşağı yönde g kuvveti uygulanan statik test ve dikey dinamik test dışında 110 kg'lık model kullanıldı. Aşağı yönde uygulanan statik testte insan modeli için 75 kg'lık model kullanıldı. Bunun sebebi aşağı yönde uygulanan g kuvveti için CS27 ve CS29 standartlarında daha yüksek g kuvveti olmasında dolayı bu standartların baz alınarak testin gerçekleştirilmesiydi. Dikey dinamik analiz içinse 89 kg'lık model kullanıldı. Koltuk tepsisi, koltuk direği, emniyet kemeri ve kumaşlar SpaceClaim programı ile daha iyi örgü ağı kalitesi ve daha hızlı bir analiz için kabuk modele çevrildi. Koltuk bacakları için alüminyum (Al) 7068 malzemesi kullanıldı. Ağırlığın MIL-S-85510 standardına göre kısıtlı olmasından dolayı yapıda kalınlık artırımı yapabilmek sınırlıydı. Koltuk bacaklarının alt kısmında 3 mm'lik ve üst kısımlarında 3 ve 3,5 mm'lik borular, iki bacağı birbirine bağlayan aynı zamanda emniyet kemerinin takıldığı orta kısımdaki boruda ise 4,5 mm kalınlık kullanıldı. Koltuk oturma yerindeki borularda Al 7075 malzemesi kullanıldı, 2 ve 2,5 m kalınlık tanımlandı. Somun, cıvata ve rondela için Al 7075 malzemesi kullanılması yeterli görüldü. Bu parçalarda yüksek bir stres görülmedi. Yüksek stres değerleri için hotspot analizleri yapıldı. Literatürde bu stres inceleme yöntemi ilk aşamalarda yorulma testleri için bulundu ama aynı zamanda gerçek stres değerlerini bulmak için de kullanıldı. Tekillikler ve süreksizlikler üzerindeki gerçek gerilmeleri bulmak için kullanılır. Hotspot stres hesaplaması gerçek stres değerini verir. Bu stres hotspot stresinin etrafındaki belirli lokasyonlar aracılığıyla ölçülür (Caccese,2010). Hotspot noktasından 0,5 t ve 1,5 t uzaklıktaki noktalar aracılığıyla hotspot hesaplaması yapılır.“t”kalınlığı ifade eder (DNV,2011). Koltuk bacaklarını ve oturma kısmını birbirine bağlayan bağlantı parçası için çözelti işlenmiş ve yaşlandırılmış Ti-8V-5Fe-1Al malzemesi kullanıldı. En yüksek stresin bu bağlantı parçasında olduğu görüldü. Bu sebeple bu bölgede ağ duyarlılığı analizi yapıldı. Aşağı yöndeki statik test için maksimum 674,6 MPa, ileri yöndeki g kuvveti için 597,7 MPa, yanal g kuvveti için 632,2 MPa, yukarı yöndeki g kuvveti için 415,5 MPa stresin kaynak bölgesinde oluştuğu görüldü, arka yöndeki g kuvveti için maksimum 314,6 MPa stresin koltuk direğinde oluştuğu görüldü. Dikey dinamik test için 1331,8 MPa ve boyuna dinamik test için ise 1008,8 MPa stresin bağlantı parçasında oluğu görüldü. Statik testlerde önemli bir stres gözlemlenmedi. İleri yönlü statik test için maksimum stres bağlantı parçasında 577,2 MPa olarak gözlemlendi. Bu bölgede ağ hassasiyet analizi yapıldı ve bu stres 597,7 MPa değerine yükseldi. Koltuk direklerinde 476,5 MPa stres gözlemlendi. Ağ hassasiyet analiziyle bu değer 567,9 MPa değerine yükseldi. Koltuk tablasında gözlemlenen maksimum stres 259,8 MPa değerindeydi ve bu stres ağ hassasiyet analiziyle 246,7 MPa değerine düştü. Bakır alaşım pullarda maksimum 46,8 MPa stres gözlemlendi. Cıvatalarda maksimum 118,8 MPa ve rondelalarda maksimum 61,8 MPa stres gözlemlendi. Arka yönlü statik testte koltuk direkleri için 226,8 MPa stres gözlemlendi. 5 mm eleman boyutuyla ağ hassasiyet analizi yapıldı ve bu stres 314,6 MPa değerine yükseldi. Koltuk tablasında maksimum 95,2 MPa stres gözlemlendi. Bakır alaşım pullar için maksimum 6,6 MPa, cıvatalarda maksimum 38,6 MPa ve rondelalarda maksimum 9,7 MPa stres gözlemlendi. Yanal statik test için maksimum stres bağlantı parçasında 556,5 MPa değerindeydi. Ağ duyarlılığı analiziyle bu stres 632,2 MPa değerine yükseldi. Koltuk direklerinde 432,4 MPa stres gözlemlendi, ağ hassasiyet analiziyle bu stres 493,6 MPa değerine yükseldi. Koltuk direklerini birbirine bağlayan orta tüpte ağ hassasiyet analiziyle 435 MPa stres gözlemlendi. Koltuk tablası için 357,7 MPa stres gözlemlendi. Ağ hassasiyet analiziyle bu stres 416,9 MPa değerine yükseldi. Bakır alaşım pullarda maksimum 80,3 MPa stres, cıvatalarda 176,3 MPa stres ve rondelalarda 95,2 MPa stres gözlemlendi. Aşağı yönlü statik testte bağlantı parçasında 590,4 MPa stres gözlemlendi. Ağ hassasiyet analiziyle bu stres 674,6 MPa değerine yükseldi. Koltuk tablasında 290,2 MPa stres gözlemlendi. Bu stres ağ hassasiyet analiziyle 257,6 MPa değerine düştü. Bakır alaşım pullarda 59,7 MPa stres, cıvatalarda maksimum 109,2 MPa stres ve rondelalarda maksimum 59 MPa stres gözlemlendi. Yukarı yönlü statik test için maksimum stres bağlantı parçasında 415,5 MPa olarak gözlemlendi. Bu stres ağ hassasiyet analiziyle 385,3 MPa değerine düştü. Koltuk direklerinde maksimum stres 112,5 MPa olarak gözlemlendi ve bu stres ağ hassasiyet analiziyle 206 MPa değerine yükseldi. Koltuk tablasında 81 MPa stres gözlemlendi ve bu stres ağ hassasiyet analiziyle 74,6 MPa değerine düştü. Bakır alaşım pullarda maksimum 26,5 MPa stres, cıvatalarda maksimum 34,7 MPa stres ve rondelalarda maksimum 23,8 MPa stres gözlemlendi. Dikey dinamik testte maksimum stres bağlantı parçasında 1331,8 MPa olarak gözlemlendi ve ağ hassasiyet analiziyle bu stres 1230 MPa değerine düştü. Koltuk direklerinde 315,3 MPa stres, ağ hassasiyet analiziyle 520,2 MPa değerine yükseldi. Koltuk tablasında ağ hassasiyet analiziyle 226,5 MPa stres gözlemlendi. Bakır alaşım pullarda maksimum 71,8 MPa stres, cıvatalarda 143,7 MPa ve rondelalarda 74,2 MPa stres gözlemlendi. Yanal dinamik testte bağlantı parçasında 1008,8 MPa stres, ağ hassasiyet analiziyle 850,2 MPa değerine düştü. Koltuk direklerinde maksimum stres 513,3 MPa stres oluştu, ağ hassasiyet analiziyle bu stres değeri 559,7 MPa değerine yükseldi. Koltuk direklerinin üst bacaklarında ağ hassasiyet analiziyle 522,3 MPa stres oluştu. Koltuk tablasında maksimum stres ağ hassasiyet analiziyle 256,3 MPa değerindeydi. Bakır alaşım pullarda maksimum stres 55,3 MPa, cıvatalarda 122,7 MPa ve rondelalarda 95,5 MPa değerindeydi. Bu araştırma sonucunda bu tasarım ve malzeme seçimiyle yapıdaki streslerin malzemenin akma değerlerinin %10 altında kaldığı sonucuna ulaşıldı. Yolcular için güvenli ve hafif bir tasarım elde edildi.

Özet (Çeviri)

This research made for developing a safe troop seat for vertical take-off and landing (VTOL) air vehicles with a new approach. The design was made mainly according to the MIL-S-85510 standards. Design made with SolidWorks program. For analysis static and dynamic tests were made. Static tests were done by applying g force to the structure. G forces are taken from the maximum values of MIL-S-85510, CS27, and CS29 standards. For making analysis Ansys program was used. 5 static tests and 2 dynamic tests were made in this research. For static tests, forward, aftward, lateral, downward, and upward g forces were applied to structures with 10-degree floor deformation in the longitudinal axis. For dynamic tests, loads were applied in longitudinal and vertical directions specified by the MIL-S-85510 standards. For the dummy model except for the downward static test and vertical dynamic test, a 110 kg weighted dummy was used. For the downward test, a 75 kg weighted dummy model was used because in this test CS27/CS29 standards were considered. For the vertical dynamic test, an 89 kg dummy model was used. For the contacts between the dummy and fabrics frictional contacts were defined. For other contacts fixed contacts were defined. For the seat pole, Aluminum (Al) 7068 material was used. For the lower part of the seat pole, 3 mm thickness, and the upper part of the seat pole 3 mm and 3,5 mm tubes were used, for the middle part of the pole which connects the two legs 4,5 mm thickness was used. For the seat pan, Al 7075 material was used with 2 mm and 2,5 mm thickness. For the bolts and washers, Al 7075 material was suitable. For the junction part of the seat pan and pole solution treated and aged Ti-8V-5Fe-1Al was used. It is shown that the most stress occurred on the junction part. In that region mesh sensitivity analysis was made. For the downward static test 674,6 MPa stress, for the forward static test 597,7 MPa, for the lateral static test 632,2 MPa, for the upward static test 415,5 MPa maximum stress was observed in the junction part. For the aftward static test, a maximum of 314,6 MPa stress occurred on the seat pole.For the vertical dynamic test, 1331,8 MPa, and for the longitudinal dynamic test 1008,8 MPa maximum stress was observed on the junction part. In this research, it is assured that with this design and material selection, all stresses on the structure were 10% below the yield stress of the materials. A lightweight designwas achieved with enough strength for the safety of the occupants.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    492776

    VTOL İHA'nın kanat bağlantı açılarının incelenmesi

    Investigation of wing connections of VTOL IHA

    EMRE YAZAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Havacılık MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE ACAR

  2. Tez No

    222364

    Quadrotor VTOL aracının modellenmesi ve kontrolü

    Modeling and control of a quadrotor VTOL vehicle

    BORA ERGİNER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. ERDİNÇ ALTUĞ

  3. Tez No

    346615

    Dört rotorlu insansız hava aracı (Quadrotor)nın pd ve bulanık kontrolcü tasarımı ve benzetim uygulaması

    Quad-rotor unmanned aerial vehicle (Quadrotor) design and simulation with pd and fuzzy controller

    SONGÜL AKYÜZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEge Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSA ALCI

  4. Tez No

    850565

    Autonomous landing of a VTOL UAV on a ship deck moving on standing wavy sea using camera and laser range finder

    Kamerayla ve lazer mesafe ölçerle bir VTOL İHA'nın sabit dalgalı denizde hareket eden bir gemi güvertesine otonom inişi

    ALİ MANCAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET KEMAL LEBLEBİCİOĞLU

  5. Tez No

    595313

    Design, development and control of a hybrid uav

    Hibrit hava aracının tasarımı, modellenmesi ve kontrolü

    ABDURRAHİM MURATOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OZAN TEKİNALP

Geri Dön