Mini turbojet rotorunun deneysel ve sayısal dinamik analizi
Experimental and numerical dynamic analysis of a mini turbojet rotor
- Tez No: 995391
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ, DOÇ. DR. DOĞUŞ ÖZKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Esnek rotorlar, Serbest titreşim analizi, Flexible rotors, Free vibration analysis
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İmal Usulleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, 200 N sınıfı bir mini turbojet motoru rotorunun dinamik davranışı deneysel modal analiz (EMA) ve sonlu elemanlar yöntemi (FEM) birlikte kullanılarak incelenmiştir. Yüksek dönme hızlarında çalışan mini turbojet rotorları, rezonans ve yorulma açısından son derece hassas olduğundan doğal frekansların güvenilir biçimde belirlenmesi kritik önem taşımaktadır. Deneysel modal analiz, serbest–serbest sınır koşullarında darbe çekiç yöntemi ile gerçekleştirilmiş; Dytran 5850B darbe çekici ve PCB 3333A üç eksenli ivmeölçer kullanılmıştır. Farklı sensör konumlarından alınan FRF ölçümleri rotorun ilk üç doğal frekansını tüm testlerde tutarlı biçimde yaklaşık 1.25 kHz, 2.30 kHz ve 4.5–4.6 kHz bandında göstermiştir. Ayrıca 6.8–7.0 kHz ve 9.0–9.2 kHz civarında yüksek mertebe modları tespit edilmiştir. Sayısal analizlerde önce eksen boyunca bölgelendirilmiş 1B Euler–Bernoulli modeli oluşturulmuş, ardından rotor geometrisinin tamamını içeren 3B ANSYS modal analizi uygulanmıştır. Euler modeli birinci modu 1245 Hz olarak tahmin etmiş; 3B model ise ilk modları 1360–2470–4740 Hz aralığında hesaplamış ve bu değerler deneysel sonuçlarla yüksek uyum göstermiştir. Mod şekilleri, 4.5 kHz üzerindeki modlarda türbin kanatlarının baskın titreşim karakteri sergilediğini ortaya koymuştur. Deneysel ve sayısal sonuçların karşılaştırmasında frekans farkı ve FRAC analizi kullanılmış; ilk modlar için %2–9 aralığında hatalar ve FRAC ≥ 0.80 değerleri elde edilmiştir. Ayrıca kritik hız analizi ve Campbell diyagramı değerlendirmesi rotorun çalışma hızları ile rezonans bölgelerinin kesişmediğini göstermiştir. Sonuç olarak, bu çalışma mini turbojet rotorunun modal parametrelerini yüksek doğrulukla ortaya koymuş, deneysel–sayısal doğrulama ile güvenilir bir dinamik tasarım altyapısı sunmuştur.
Özet (Çeviri)
In this study, the dynamic behavior of a 200 N-class mini turbojet rotor is investigated through a combined approach of Experimental Modal Analysis (EMA) and Finite Element Method (FEM). Since mini turbojet rotors operate at extremely high rotational speeds, accurately identifying their natural frequencies and mode shapes is essential for preventing resonance and ensuring structural integrity. The experimental modal analysis was performed under free–free boundary conditions using an impact hammer test. A Dytran 5850B modal hammer and a PCB 3333A triaxial accelerometer were employed. Frequency Response Function (FRF) measurements obtained from multiple sensor locations consistently revealed the first three natural frequencies at approximately 1.25 kHz, 2.30 kHz, and 4.5–4.6 kHz. Additional higher-order modes were observed near 6.8–7.0 kHz and 9.0–9.2 kHz. On the numerical side, both a 1D Euler–Bernoulli beam model and a full 3D ANSYS finite element model were developed. The 1D model predicted the first bending mode at 1245 Hz, while the 3D model computed the first three modes in the 1360–2470–4740 Hz range, demonstrating strong agreement with the experimental results. Mode shape evaluations showed that modes above 4.5 kHz were dominated by the turbine blade bending behavior. Comparisons between experimental and numerical results were conducted using frequency deviation, FRAC, and coherence metrics. The first three modes exhibited frequency differences within 2–9% and FRAC values above 0.80. Critical speed analysis and Campbell diagram evaluation confirmed that the operating speeds of the rotor do not intersect with major resonance regions. Overall, this study accurately characterizes the modal parameters of the mini turbojet rotor and provides a reliable dynamic validation framework using integrated experimental and numerical methods.
Benzer Tezler
- A study for the effects of turbine blade out on structural integrity of TJ90 turbojet engine
TJ90 turbojet motorunda türbin kanatçık kaybının motor yapısal bütünlüğüne etkisi
YÜCEL BEKİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Mini turbojet/turboprop motorun ileri ekserji analizi
Advanced exergy analysis for a small scale turbojet/turboprop engine
SELÇUK EKİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Uçak MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖNDER ALTUNTAŞ
PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
- Miniturbojet motor için radyal akışlı kompresör tasarımı
Radial flow compressor design for mini turbojet engine
SERKAN DEMİRBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiMilli Savunma ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DOĞUŞ ÖZKAN
- Turbojet motoru kompresör modülü yapısal tasarımı, malzeme ve imalat yöntemi belirlenmesi
Turbojet engine compressor module structural design, material and manufacturing process determination
EYÜP ATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT VURAL
- Üç farklı güç grubu konfigürasyonuna göre bir insansız hava aracının yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assessment of an unmanned aerial vehicle according to three different power group configurations
DURAN ÇALIŞIR
Doktora
Türkçe
2022
Uçak MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ