Geri Dön

Askeri korunaklar için havalandırma paneli hücre geometrisinin ekranlama etkinliği açısından kök çözüm metoduyla optimizasyonu

Optimization of ventilation panel cell geometry for military shelters using root solution method in terms of shielding effectiveness

PDF İndir

  1. Tez No: 932073
  2. Yazar: YASİN TUNA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AHMET CANSIZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 97

Özet

Günümüzde çevresel elektromanyetik etkilerin artması sebebiyle sivil ve askeri alanlarda birçok koruyucu ve iyileştirici tedbirler alınması zorunlu hale gelmiştir. Özellikle bilgi güvenliği ve operasyonel güvenilirlik konularında, elektromanyetik koşulların zayıflatıcı etkilerini önleyebilmek için zamanla kendini geliştiren ve güncelleyen askeri standartların sağlanabilmesi, savunma sanayii paydaşları adına bir odak unsuru haline gelmiştir. Savunma alanında ürün satış ve tedarik faaliyetleri açısından MIL-STD-461 ve MIL-STD-464 gibi standartlar teknik şartnamelerin demirbaş gereksinim maddesi olmuştur. Cihaz ve/veya sistemlerin elektromanyetik koşullar altında performans düşümü yaşamadan ve bulunduğu ortamdaki cihazların performanslarına etki etmeden çalışabilmesi, o cihaz ve/veya sistemin elektromanyetik uyumluluğa sahip olmasını gerektirmektedir. Elektromanyetik uyumluluk konusunda cihaz ve/veya sistemin gereksinimlerini sağlamak adına hem tasarım süreçlerinde hem de sistem son ürün entegrasyon süreçlerinde test işlemleri yapılarak veya bağımsız akredite kuruluşlara yaptırılarak ilgili gereksinimlerin doğrulanması gerekmektedir. Fakat sistem tasarım ve entegrasyon sürecinde ilgili teknik geliştirmeler ve simülasyonlar gerçekleştirilmediği durumda doğrulama işlemleri için gerekli olan test faaliyetleri uzamakta ve maliyetler artmaktadır. Cihaz ve sistem entegrasyon süreçleri, tüm ekipman ve alt sistemlerin nihai olarak bir araya getirilmesini ve sistemin devreye alınarak işletme koşullarına hazırlanmasını kapsamaktadır. Bu süreç zarfında sistemin istenilen elektromanyetik uyumluluk gereksinimlerinin karşılanabilmesi için topraklama, bonding ve ekranlama gibi elektriksel bağlantı tekniklerinin doğru şekilde kullanılması, hayati bir öneme sahiptir. Bu çalışmada, askeri ve taktik sistemlerin çevresel koşullara karşı dayanıklılığını arttırabilmek için sistem entegrasyon sürecinde kullanılan korunaklar ele alınmıştır. Korunaklar; mekanik darbelere, zorlu hava koşullarına, zararlı biyolojik kimyasal ve nükleer saldırılara dayanıklı olduğu ve sistemlerin daha pratik bir biçimde taşınabilmesine olanak sağladığı için askeri taktiksel operasyonların vazgeçilmez bir parçası olarak sıkça kullanılmaktadır. Askeri korunaklar aynı zamanda elektromanyetik koşullara karşı da sistemin uyumluluğu konusunda iyi bir koruyucudur. Askeri korunaklar elektromanyetik açıdan ekranlama özelliğine sahiptir. Böylece sistemin dış elektromanyetik koşullardan etkilenmemesi ve aynı zamanda çevreye elektromanyetik ışıma yaparak operasyonel güvenliği ve sürekliği tehlikeye atmaması sağlanmaktadır. Ancak korunaklarda bulunan; konnektör geçişleri, ana giriş kapısındaki boşluklar ve havalandırma boşlukları, korunağın ekranlama performansını azaltıcı yönde etki etmektedir. Bu durum korunağın ekranlama etkinliği açısından, korunağın bağlı bulunduğu performans gereksinimi standardında ilgili değerlerin sağlanmasını zorlaştırmaktadır. Askeri korunaklarda ekranlama etkinliğinin azami ölçüde iyileştirilebilmesi tüm sistemin elektromanyetik uyumluluğu açısından önem arz etmektedir. Bu sebeple konnektör geçişlerinde ve kapı boşluklarında özel EMI sızdırmaz contalar kullanılmaktadır. Havalandırma boşluklarında ise iletken yapıya sahip özel havalandırma panelleri kullanılmaktadır. Bu sebeple havalandırma panellerinin ekranlama etkinliği incelenerek en optimal hücre geometrisinin elde edilmesi hedeflenmiştir. Havalandırma panelinde istenilen frekans aralığında minimum ekranlama etkinliğini sağlayan ve bu durum için maksimum hava akışını sağlayan geometri optimal geometri olarak hedeflenmiştir. Bu sebeple havalandırma paneli ekranlama etkinliği hesaplamaları için dalga kılavuzu karakteristiklerinden yararlanılarak analitik yaklaşım sunulmuştur. Aynı zamanda optimizasyon için bir kök çözüm algoritması geliştirilmiş ve analitik yöntem ana fonksiyon olarak kök çözüm algoritmasında yer almıştır. Askeri sistemlerde kullanılacak havalandırma panellerinin ekranlama etkinliği performans gereksinimleri açıklanmıştır. İlgili gereksinimler referans alınarak bir optimizasyon çalışması yapılmıştır. Optimizasyon sonuçlarının doğrulanabilmesi için CST Studio programı üzerinden ilgili simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Simülasyon verileri kullanılarak optimizasyon çalışması ve analitik yöntemler doğrulanabilmiştir.

Özet (Çeviri)

Due to the increasing environmental electromagnetic effects in modern times, implementing protective and corrective measures has become a necessity in both civilian and military fields. Ensuring compliance with military standards that evolve and update over time to mitigate the weakening effects of electromagnetic conditions, especially regarding information security and operational reliability, has become a focus for defense industry stakeholders. Standards like MIL-STD-461 and MIL-STD-464 have become essential requirements in technical specifications for defense product sales and procurement activities. The ability of devices and/or systems to operate without performance degradation under electromagnetic conditions and without affecting the performance of surrounding devices necessitates their compliance with electromagnetic compatibility (EMC). To ensure compliance with EMC requirements, devices and systems undergo testing during design and system integration processes or through accredited independent bodies for verification. However, if relevant technical advancements and simulations are not conducted during system design and integration, the test processes required for verification may be prolonged, leading to increased costs. System and equipment integration processes include combining all components and subsystems into a final assembly and preparing the system for operational conditions. During this phase, meeting electromagnetic compatibility requirements necessitates proper implementation of electrical bonding, grounding, and shielding techniques, which are critical. This study focuses on military shelters used during system integration to enhance the resilience of military and tactical systems against environmental conditions. Shelters are frequently utilized in military tactical operations as they are resistant to mechanical shocks, harsh weather conditions, and harmful biological, chemical, and nuclear attacks, while enabling practical transportation of systems. Military shelters also serve as effective protection for ensuring systems' electromagnetic compatibility. Military shelters possess electromagnetic shielding properties, preventing systems from being affected by external electromagnetic conditions and avoiding electromagnetic emissions that could compromise operational safety and continuity. However, connector interfaces, door gaps, and ventilation openings in shelters negatively affect their shielding performance, complicating compliance with performance standards. Maximizing the shielding effectiveness of military shelters is vital for overall system electromagnetic compatibility. To address this, specialized EMI gaskets are used for connector interfaces and door gaps, while conductive ventilation panels are employed for ventilation openings. However, ventilation panel manufacturers rely on trial and error or iterative testing, producing only standard products based on specific geometric parameters or custom panels as specified by users. To minimize testing efforts and costs in ventilation panel design, this document proposes practical calculations based on waveguide characteristics. Waveguides transmits the electromagnetic wave along its length. Waveguides allow the electromagnetic energy transfer above its cutoff frequency. For operational frequency above the cutoff, transverse electric (TE) and/or transverse magnetic (TM) mode waves propagates. In contrast, waveguides do not transmit the electromagnetic waves below the cutoff frequency. Evanescent mode exists, when electromagnetic wave operational frequency is below the cutoff frequency. In this mode there is no electromagnetic energy transfer in a waveguide. Therefore, it is conventional to use this principle in a manner of electromagnetic shielding. In this thesis, an analytical approximation is developed to calculate shielding effectiveness which addresses the shielding performance. In this approximation, metallic wall losses are neglected because of evanescent mode. Analytical method is dependent on the waveguide cell geometries. Cell opening width (symbolized as g in this thesis) and length (symbolized as d in this thesis) effects the shielding effectiveness. When opening width gets increase, shielding effectiveness will decrease. In contrast, when waveguide length gets increase, shielding effectiveness will also increase. Ventilation panel must provide high airflow and shielding to be used in tactical shelter air conditioning systems. However, it is observable to see inverse relationship between the shielding effectiveness and airflow in ventilation panel. If cell opening is got increased, airflow will increase but at the other hand, shielding effectiveness will decrease. Therefore, airflow restriction on the shielding effectiveness is considered and optimization work is done. Root solution algorithm is developed by using the introduced analytical methods and approximations for ventilation panel shielding effectiveness optimization. In this optimization, goal is to achieve optimal cell geometry which provides the required minimum shielding effectiveness for maximum airflow, in a desired frequency range. Optimization method is implemented for tactical shelter air ventilation panel design. The shielding performance requirements are accepted as minimum 60 dB and 80 dB along the frequency range of 150 kHz to 10 GHz. To validate the optimization results, CST Studio is used. Ventilation panels which have different cell geometries such as hexagon, cylindrical and square are modelled and simulated in CST. The simulation results for each panel design are obtained as aligned with optimization results. In this context, also our analytical approaches are validated by the simulation results. Finally, obtained results are evaluated. According to results, minimum required shielding effectiveness with maximum opening width (g) is achieved by hexagon cell geometry. Therefore, it is convenient to use hexagonal cell geometry for ventilation panel structure. In addition to this, it is observed that cylindrical and square cell geometries also have similar performances. Thus, introduced analytical approach is convenient for design purposes as a practical manner.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    377715

    Çağdaş Suriye nesrinde siyasî hapishane edebiyatı üzerine eleştirel bir bakış

    The literature of political prisons in contemporary Syrian prose analytical prepective

    ABDOLGADER MOHAMED ALİ

    Yüksek Lisans

    Arapça

    Arapça

    2014

    Doğu Dilleri ve EdebiyatıSelçuk Üniversitesi

    Doğu Dilleri ve Edebiyatları Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. FİKRET ARSLAN

  2. Tez No

    314033

    Yakın dönem Türkiye tarihindeki ayaklanmaların modellenmesi (1800-1938)

    Modelling of the contemporary era insurgencies in Turkey (1800-1938)

    ÖZGÜR KÖRPE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Siyasal BilimlerHarp Akademileri Komutanlığı

    Strateji ve Stratejik Araştırmalar Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. YAVUZ SELİM KARAKIŞLA

  3. Tez No

    374660

    Liman kentlerinde koruma ve yaşatma prensipleriyle değerlendirilen gemi inşa endüstrisi yapıları: Tersane-i Amire üzerine yeni bir senaryo 'Haliç tersanesi bilinç platformu'

    Buildings of shipyard industry evaluated with conservation and preservation principles in port cities: New scenario about Tersane-i Amire- Haliç shipyard awareness platform

    ESİN SARIMAN ÖZEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi

    İç Mimarlık Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SAADET AYTIS

  4. Tez No

    677402

    Bir askerî barınağın ısıl modellenmesi

    Thermel model of a military shelter

    SİNEM KURTULUŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR

  5. Tez No

    584840

    Bunker-scape: Defense architecture in Gallipoli peninsula

    Korugan-peyzaj: Gelibolu yarımadasındaki savunma mimarisi

    CANER ARIKBOĞA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    MimarlıkOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İPEK GÜRSEL DİNO

    DR. ÖĞR. ÜYESİ PELİN YONCACI ARSLAN

Geri Dön