Rotor-kiriş sisteminin homojen ve kompozit kiriş halleri için tam nonlineer dinamik modellenmesi, analizi ve doğrulanması
Fully nonlinear dynamic modeling, analysis, and validation of the rotor-beam system for homogeneous and composite beam configurations
- Tez No: 937197
- Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN KOPMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 152
Özet
Bu çalışma, helikopter rotor-kiriş sistemlerinin homojen ve kompozit kiriş hallerini dinamik olarak modellemek, analiz etmek, doğrulamak ve titreşim problemine alternatif bir çözüm geliştirmek amacıyla yapılmıştır. Helikopter rotor sistemleri için periyodik yapılı yenilikçi bir dolgu tasarımıyla titreşim yalıtımını iyileştirmek hedeflenmiştir. Helikopterler, türbinler ve bazı uzay araçları donanımlarında kullanılan kanat ve/veya kanatçıklar dönen narin kirişler olarak modellenmekte olup bu yapı elemanlarının dinamik davranışı hala incelenen mühendislik konuları arasındadır. Bu çalışmada önce helikopterlerin genel yapısı, çalışma şekli ve rotor-kanat sistemleri, çalışma modları ve yapısal problemleri gözden geçirilmiştir. Bilahare bir rotora bağlı dönen kiriş ve kiriş grubunun hareket denklemleri, kısmi sonlu eleman yaklaşımının kullanılacağı melez formülasyonlarla elde edilmiştir. Dönen kirişlerde lineer ve nonlineer modeller üzerinde durulmuş, dönmeden kaynaklanan katılaşma (stiffening) etkisinin çözümlere etkisi incelenmiştir. Helikopterde en önemli titreşim kaynaklarından birisi rotor-pal sistemidir. Bu sebeple, rotor-pal sisteminde titreşimi en aza indirecek periyodik yapılı yenilikçi bir dolgu yapısı tasarımı amaçlanmıştır. Belirlenen kısıtlar altında optimum titreşim zayıflatma performansına sahip kanat yapısı, sonlu elemanlar analizi ve yapılan deneylerle doğrulanmıştır. 350 dev/dak açısal hızda periyodik yapı içeren kirişin, damperli sisteme kıyasla %4.2 daha iyi titreşim yalıtımı sağladığı belirlenmiştir. Ayrıca, kalkış anındaki ivme değeri için RMS değeri, periyodik yapı için 0.214, damperli sistem için ise 0.239 olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar, periyodik yapının titreşim kontrolü konusunda daha etkili olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışma, rotor-pal sistemlerinin titreşim yalıtımını artırmak ve sistemin dinamik performansını iyileştirmek amacıyla periyodik dolgu yapılarının kullanımının potansiyel faydalarını göstermektedir. Periyodik yapı içeren kirişlerin, doğal frekansları artırarak rezonans bölgelerinden uzaklaşmayı sağladığı ve bu sayede rotor-pal sisteminin daha stabil bir yapıya kavuştuğu gözlemlenmiştir. Bu çalışma, hem deneysel hem de sayısal analizlerle desteklenmiş olup, periyodik dolgu yapılarının helikopter rotor sistemlerinde kullanımıyla ilgili kapsamlı bir değerlendirme sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This research was conducted to model, analyze, and validate the dynamic behavior of homogeneous and composite rotor-beam systems of helicopters. The periodic structures used in this study played a significant role in improving the dynamic performance of rotor-blade systems. Helicopters, turbines, and certain space equipment use blades and/or winglets that are modeled as rotating slender beams, and the dynamic behavior of these structural elements remains an ongoing topic of engineering research. In this study, the general structure of helicopters, their operating principles, and rotor-blade systems, including their operating modes and structural problems, were reviewed. Subsequently, the equations of motion for a rotating beam and beam group connected to a rotor were derived using hybrid formulations involving the partial finite element approach. The study focused on both linear and nonlinear models of rotating beams, examining the stiffening effect caused by rotation on the solutions. One of the major sources of vibration in helicopters is the rotor-blade system. Therefore, this study aimed to design an innovative periodic structure that would minimize vibration in the rotor-blade system. Under the determined constraints, an optimal blade structure with enhanced vibration attenuation performance was verified through finite element analysis and experimental tests. At an angular velocity of 350 rpm, the periodic structure-containing beam demonstrated 4.2% better vibration insulation compared to the damper system. Furthermore, the RMS value for acceleration at the initial stage was measured as 0.214 for the periodic structure and 0.239 for the damper system, indicating that the periodic structure is more effective in vibration control. In conclusion, this study demonstrated the potential benefits of using periodic structures to enhance vibration insulation and improve the dynamic performance of rotor-blade systems. It was observed that beams incorporating periodic structures increased natural frequencies, thereby distancing from resonance zones and resulting in a more stable rotor-blade system. Supported by both experimental and numerical analyses, this study provides a comprehensive evaluation regarding the use of periodic structures in helicopter rotor systems.
Benzer Tezler
- İki eksende daralan helikopter pallerinin sonlu elemanlar metodu ile titreşim analizi
Vibration analysis of double tapered helicopter blades via finite element method
SELİM ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR
- Kalınlık yönünde fonksiyonel derecelendirilmiş pallerin titreşim analizi
Vibration analysis of functionally graded rotor blades through thickness direction
ELİF KARAHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGE ÖZDEMİR
- 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
- Blade optimization of unmanned helicopter for variable rotor speed
Değişken rotor hızı için insansız helikopterin pala optimizasyonu
ONUR YASİN YÜCEER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Eksenel fonksiyonel derecelendirilmiş rotor pallerinin titreşim analizi
Vibration analysis of axially functionally graded rotor blades
BURAK KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR