Geri Dön

The analyses of spin characteristics in jet aircraft design by utilizing 6-dof model

Jet uçak tasarımında viril karakteristiklerinin altı serbestlik dereceli model kullanılarak analizleri

PDF İndir

  1. Tez No: 933257
  2. Yazar: ESİN DAĞKOLU
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR, DR. ŞÜKRÜ AKİF ERTÜRK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 103

Özet

Bu tezin amacı, bir jet uçağının erken tasarım aşamasındaki viril karakteristiklerini anlamak, viril tahmini ve virilin önlenmesi için mevcut analiz yöntemlerini incelemek ve yüksek doğruluklu altı serbestlik dereceli uçak modelleri ile trim tabanlı yöntemleri uygulayarak alternatif yaklaşımlar sunmaktır. Jet uçakları yüksek hücum açılarında yüksek manevra kabiliyetine sahip olması beklenen tasarımlara sahip olmalıdır. Yüksek hücum açılarında ve aerodinamik olarak tutunmanın kaybedildiği ayrılma hücum açısının ötesinde yüksek manevra kabiliyeti olan modern bir savaş uçağı tasarlamak, uçakta viril sorununu beraberinde getirir. Uçaklarda viril hareketi, bir uçağın başına gelebilecek en karmaşık ve modellenmesi dinamik olarak en zor hareketlerden birisidir. Bu yüksek hücum açılarında gerçekleştirilen manevra kabiliyet isterlerinin güvenli uçuş zarfında sağlanabilmesi için uçağın viril hareketinin tahmini ve önlenmesi oldukça önemlidir. Viril hareketinin karakteristik özelliklerini uçağın tasarımı tamamlamadan ortaya koyabilmek, viril hareketinin önlenmesinde ve uçuş kontrol algoritmalarının buna göre düzenlenmesinde kritik bir role sahiptir. Uçağın daha erken tasarım aşamalarında, tünel testlerinden ve akışkan analizlerden elde edilen aerodinamik verilerden yararlanılarak trim yöntemi ile yüksek hücum açılarında uçak karakteristiğini belirlemek, uçağın tasarımının tamamlanmasını ve uçuş test aşamalarını beklemeden tasarımda değişiklikler yapmayı sağlayabileceği için oldukça önemlidir. Bu tez, üç ana başlıkta ele alınmaktadır: viril tahmini, viril önleme ve viril analizlerinin sonuçları. İlk bölümde, viril hareketinin tanımı ile giriş yapılmaktadır. Bunun temel sebebi viril hareketinin doğasını kavrayabilmek ve viril tanımının doğru yapılmasını sağlamaktır. Takibinde kronolojik olarak viril hareketinin tahmini ve önlenmesi ile ilgili yayınlanmış çalışmalar kapsamlı bir literatür taraması yapılarak sunulmaktadır. Aynı başlık içerisinde bu tez kapsamında kullanılacak olan altı serbestlik dereceli matematik modellerin tanımları yapılmaktadır ve içerikleri açıklanmaktadır. Temel olarak iki ana uçak modeli üzerinden analizler yapılmaktadır ve sonuçlar bu çerçevede verilmektedir. Bu modellerden biri açık kaynak olarak yayınlanan F-16 modelidir. Bu model içerisinde yüksek doğruluk tanımı ile verilen aerodinamik data kullanılmıştır. İkinci model olarak belirlenmiş bir Jet-eğitim uçağı ise matematik modelinin şemaları ve açıklamalarıyla sağlanmış fakat aerodinamik veriler ve viril tahminleri sayısal değer karşılıklarıyla gizlilik içerdiği için bu tez içerisinde paylaşılamamıştır. Son olarak bu bölümde, tezin akış şeması başlıklar halinde verilmektedir. İkinci bölümde, uçak viril hareketinin tahmini ve viril hareketinin özelliklerini belirlemek için hem üç serbestlik dereceli hem de altı serbestlik dereceli analiz yöntemleri kullanılarak viril hareketinin tahmini yapılmaktadır. Ayrıca, altı serbestlik dereceli analizlerde, Kalviste ve Bihrle yaklaşımlarının veri birleştirme çözümleri incelenmektedir. Bu bölümde tezin ana hedeflerinden biri olan trim temelli çözüm yöntemleri, altı serbestlik dereceli modeller ile kullanılmak üzere tanımlanmıştır. Viril hareketinin hücum açısının ve temel özelliklerinin tahmininin trim temelli bu yöntem ile tespit edilebilir olduğunun gösterilmesi uçağın ve kontrol sistemlerinin tasarımları açısından bir yol gösterici olarak kabul edilmiştir. Bu viril tahmin analizlerine ek olarak, pilotlu viril simülasyonlarının simülatör ortamında icra yöntemleri ele alınmıştır. Bu pilotlu viril simülasyonları, uçaktaki viril karakteristiğini incelemek ve temel olarak trim tabanlı yöntemlerle elde edilen viril karakteristikleri ile karşılaştırmak için kullanılmaktadır. Hem üç serbestlik dereceli hem altı serbestlik dereceli hem de pilotlu viril analizlerin icra edilmesinin temel sebebi trim tabanlı analizlerin doğruluğunu teyit etmektir. Son olarak bu bölüm içerisinde, viril tahmini için, belirlenmiş bir Jet-eğitim uçağı ve F-16 uçakları için ayrıntılı analiz koşullarını verilmektedir. Üçüncü bölümde, bir jet uçağını viril hareketine yönlendirme ihtimali olan uçağın üzerindeki hava akışının ayrılmasının teşhis edilmesi ile ilgili analiz yöntemleri ele alınmıştır. Viril hareketinin başlamasında şüpheli olarak düşünülen aerodinamik veriler ve aerodinamik türevler ele alınarak incelenen bu analiz yöntemleri yine trim tabanlı analizler yapılarak icra edilmiştir. Bu yöntemler temel olarak iki kriter kullanılarak incelenmiştir. Bu kriterler Weissman ve Bihrle kriterleri olarak tez içerisinde ele alınmıştır. Analizlerin bu iki kriter birleştirilerek değerlendirilmesi için, bu kriterlerin birleşik yaklaşımı da analiz yöntemleri arasında sunulmuştur. Viril hareketinin önlenmesi için verilen bu metotlar trim tabanlı analiz yöntemi tanıtılarak değerlendirilmiştir. Trim tabanlı analiz yöntemi sayesinde uçak için belirlenen trim noktasında, aerodinamik türevleri rahatlıkla hesaplanabilir hale gelmiştir. Ayrıca bu trim metodu ile kontrol yüzey büküm yeterlilikleri sağlandığı sürece uçağın dinamik olarak içerisinde bulunabileceği sınırlarının çizilmesini sağlamıştır. Bu bölümde tüm bu trim tabanlı analiz yönteminin detayları ve viril hareketinin önlenmesinde temel olarak alınabilecek aerodinamik parametrelerin detayları incelenmiştir. Bunlara ek olarak, yapılacak olan analizlerin sonucunda viril hareketini önleme stratejileri değerlendirilmektedir. Son olarak bu bölüm içerisinde, F-16 uçağı için viril hareketinin önlenmesi için oluşturulmuş analiz koşullarını sunulmuştur. Dördüncü bölümde viril hareketinin tahmini ve önlenmesi ile ilgili tanıtılan yöntemlerin analizlerinin sonuçları sunulmaktadır. Belirlenin bir Jet-eğitim uçağı ve F-16 uçağı için İkinci ve Üçüncü bölümlerin son maddelerinde tanımlanan analiz zarflarında analizler yapılmıştır. Bu analizlerin bulguları, karşılaştırmalı bir yaklaşımla ele alınarak tartışılmış ve sonuçlar viril karakteristikleri ve ayrılma senaryoları ele alınarak verilmiştir. Bu bölümün ilk kısmında, belirlenen Jet-eğitim uçağı verileri ve altı serbestlik dereceli matematik modeli kullanılarak viril tahmin analizleri yapılmıştır. Veri birleştirme yöntemleri ve trim metotları sonuçları ile üç serbestlik dereceli sonuçlar temel alınarak karşılaştırmalar yapılmış ve sonuçlar tablolanmıştır. Bu karşılaştırmalar sonucunda belirlenen veri birleştirme metodu ve trim metodu kullanılarak, pilotlu simülatör analizlerin sonuçları değerlendirilmiştir. Bunlara ek olarak belirlenen trim tabanlı çözüm metodu F-16 uçağı için de uygulanıp viril karakteristiği tüm kontrol yüzey bükümleri kombinasyonları ile verilmiştir. Bu bölümün ikinci kısmında ise viril hareketinin önlenmesi için tanıtılan metotların analiz sonuçları verilmiştir. Bu analizler sadece altı serbestlik dereceli F-16 uçak modeli ile yapılmıştır. Bu bölümde trim tabanlı analiz yöntemi kullanılmasının avantajları ve kontrol yüzey bükümlerinin etkileri açıklanmıştır. Sonuç bölümünde, bu tezin genel maksadı ve analizlerin sonuçları özetlenmiştir. Temel olarak bu tezin kapsamı, bir jet uçağı için tasarım ve üretim tamamlanıp uçuş test aşamasına geçilmeden önce, sadece tünel verileri ve akış analizlerinden gelen aerodinamik veriler altı serbestlik dereceli matematik modeller ve trim tabanlı analizler yaparak viril hareketlerinin tespit edilmesi ve viril hareketlerine sebep olduğu düşünülen kriterlerin araştırmasını yapmaktır. Uçak için erken tasarım fazı olarak kabul edilen uçuş kontrol sistemlerinin ve uçak tasarımının ilerletildiği aşamada yüksek hücum açılarının analizlerinin yapılabilme kabiliyeti oldukça önemli bir kazanımdır. Bu tez kapsamında, uçuş test gibi pahalı süreçlerde ve pilot hayatı için kritik olan viril test prosedürleri belirlenmeden önce viril karakteristiği ile ilgili yüksek bilgi sahibi olmak uçuş güvenliğini artırmak ve riskleri azaltmak için teorik ve pratik çözümler derlenmiş ve sunulmuştur. Bu bölümün son kısmında ise bu çalışma kapsamında olmayan fakat bu konunun devamı niteliğinde incelenmeye değer görülen ve bir sonraki analiz aşaması olarak değerlendirilecek bir konu başlığı olan: bir jet uçağı için halihazırda bir dönüş hızı varken uçağın ayrılma analizlerinin icrası konu başlığına gelecek zaman için bir çalışma önerisi olarak değinilmiştir. Belirtildiği gibi yüksek hücum açılarında yapılan manevralar, manevraların doğası gereği dönüş açısı içerirler ve bu durum uçağın üzerinde akışın ayrılması durumunu büyük oranda etkiler. Viril hareketinin bir sebebi olabilecek ayrılma analizlerinin belirli dönme açılarında icrası ile uçağın güvenli olarak uçabileceği zarf belirlenebilir ve bu bölgelerde uçağın uçuş kontrol algoritmaları bu dönüş açıları baz alınarak güncellenebilir. Tez kapsamında geliştirilmiş olan trim temelli analiz algoritması dönüş açıları da hesaba katılarak kolay bir şekilde analizlerin icra edilmesine, gerekli dönüş açısı limitlerinin getirilmesine ve tasarım değişikliklerinin yapılmasına olanak sağlamıştır.

Özet (Çeviri)

This thesis aims to understand the spin characteristics of a jet aircraft during the early design phase, to examine existing analysis methods for spin prediction and spin prevention, and to present alternative approaches by implementing trim-based methods with high-fidelity six-degree-of-freedom aircraft models. The high angle-of-attack region that aircraft mostly has highly cross- coupled dynamic characteristics must be accurately defined within the mission envelope of a jet aircraft, and the jet aircraft control system should be designed accordingly. The study aims to improve the maneuverability characteristics at high angle-of-attack range by predicting and preventing the spinning motion at the early design phase of the aircraft and ultimately improve the flight control system and aircraft design. The study is organized in three main objectives: spin prediction, spin prevention, and spin mode analyses. In the first section, an introduction to spinning motion is presented, followed by a discussion on the purpose of the thesis, which aims to enhance understanding of spin. A comprehensive literature review is included. The second section examines spin prediction, employing both three-degree-of-freedom and six-degree-of-freedom analyses to determine aircraft spin mode characteristics. In addition, for six-degree-of-freedom analysis, the study covers the data blending solutions of Kalviste and Bihrle approaches. The piloted spin simulations are used to examine the spin behavior and to compare the spin characteristics with trim-based methods. Finally, the section gives the detailed analysis conditions for spin prediction for the jet-trainer and F-16 aircraft. In the third section, spin prevention is addressed by analyzing departure characteristics and the spin susceptibility for a jet aircraft. Mainly Weissman and Bihrle criteria, including their blended approaches, are applied to assess spin prevention strategies by performing trim-based departure and spin susceptibility analyses. Finally, the section gives the detailed analysis conditions for spin prevention for F-16 aircraft. The final section presents the results of spin mode analysis, covering both prediction and prevention outcomes. The findings of various case studies, including jet-trainer and F-16 aircraft, are discussed with various spin and departure scenarios. This thesis contributes to the field of aircraft design by providing a detailed framework to understand and detect the spin risks by conducting trim-based methods in a jet aircraft before the flight test phase, offering both theoretical insights and practical solutions to improve flight safety and reduce risks.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    878254

    Delta kanat hücum kenarı eklentilerinin boylamsal ve yanal stabiliteye etkilerinin incelenmesi

    Investigation of longitudinal and lateral stability on a delta wing with leading edge extension

    AYŞE SİBEL YALAZ ECE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI

  2. Tez No

    398013

    Optimum design of attenuator of spun-bond production system

    Spunbond-nanolif-spunbond (SNS) teknolojisi ile nitelikli hava filtresi üreten bir sistemin çekici ünitesinin tasarımı ve geliştirilmesi

    NASSER GHASSEMBAGLOU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ

  3. Tez No

    304561

    Döndürerek kaplama yöntemiyle farklı tavlama sıcaklıklarında üretilen ZnO yarıiletken filmlerinin bazı fiziksel özelliklerinin incelenmesi

    The investigation of the some physical properties of ZnO semiconductor films produced by spin coating method at different annealing temperatures

    SENA ALTUNCU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET PEKER

  4. Tez No

    337852

    Nb2O5 ve Nb2O5 tabanlı ince filmlerin karakterizasyonu ve güneş pili üretimi

    Characterization of Nb2O5 and Nb2O5 based thin films and solar cell production

    SEHER ÇETİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Seramik MühendisliğiDumlupınar Üniversitesi

    Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN GÖÇMEZ

  5. Tez No

    75070

    Yeni sübstitüe ftalosiyaninlerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi

    Başlık çevirisi yok

    ŞEBNUR MEREY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Anorganik Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZER BEKAROĞLU

Geri Dön