Heat Generation of Aviation Bearings
Havacılık Rulmanlarında Isı Üretimi
- Tez No: 997937
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH ÖZEN ÜNVERDİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Mechanical Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar destekli termal analiz, Isı üretimi, Rulmanlı yatak, Computer aided thermal analysis, Heat generation, Roller bearing
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek hızlı havacılık rulmanlarında meydana gelen ısı üretimi; modern havacılık itki sistemlerinin termal yönetimi, verimliliği ve yapısal güvenilirliği üzerinde doğrudan belirleyici olan kritik bir fenomendir. Yüksek DN sayıları ve önemli eksenel yüklerin karakterize ettiği aşırı çalışma koşulları altında görev yapan bu rulmanlar, termal kaçak (thermal runaway) riskini önlemek ve bileşen ömrünü garanti altına almak için hassas güç kaybı tahminlerine ihtiyaç duyar. Bu tez çalışması; Palmgren-Harris, Flouros, Forster ve kapsamlı SKF sürtünme modeli olmak üzere dört temel ampirik güç kaybı korelasyonunun tahmin doğruluğunu ve fiziksel tutarlılığını karşılaştırmalı olarak incelemektedir. Araştırma metodolojisi, bu analitik sürtünme modellerinin sayısal bir termal ağ (thermal network) sistemine entegre edilmesini ve ardından elde edilen sonuçların deneysel motor test verileriyle doğrulanmasını içermektedir. Çalışma kapsamında; yağlayıcı kinematik viskozitesi, dönme hızı ve eksenel yükün ısı üretimi üzerindeki etkileri sistematik olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, yağlayıcı viskozitesinin özellikle düşük ve orta sıcaklık aralıklarında ısı üretiminin ana belirleyicisi olduğunu, ancak bu etkinin ampirik modellerin kullandığı farklı viskozite üstelleri nedeniyle modele özgü değişkenlik gösterdiğini ortaya koymuştur. Palmgren-Harris modeli, viskoziteye karşı en yüksek duyarlılığı (v^(2/3)) sergilemiş ve bu durum düşük yağ besleme sıcaklıklarında (30°C) dış bilezik sıcaklığının 100°C 'ye varan sapmalarla aşırı yüksek tahmin edilmesine yol açmıştır. Buna karşılık, düşük viskozite üsteline (〖(v〗^0.0525) sahip olan Flouros modeli, 70°C 'ye kadar olan deneysel verilerle en yüksek korelasyonu göstererek jet yağlamalı yüksek hızlı uygulamalar için en uygun model olduğunu kanıtlamıştır. Bu araştırmanın özgün bir katkısı da SKF modelinin detaylı bileşen analizi ve duyarlılık incelemesidir. SKF modelinin; artan sıcaklıklarda giriş bölgesi kayma ısıtması (φ_rs) ve kinematik ikmal/açlık (φ_ish) faktörlerindeki artış sayesinde, kinematik viskozitedeki hızlı düşüşü dengeleyen bir öz-dengeleme mekanizmasına sahip olduğu keşfedilmiştir. Bu etkileşim, yüksek sıcaklıklarda yuvarlanma momentinin gerçekçi olmayan şekilde düşük tahmin edilmesini önleyerek daha stabilize ve fiziksel açıdan tutarlı bir termal profil sunmaktadır. Ayrıca parametrik analizler, yüksek DN sayılarında aerodinamik sürüklenme ve kayma sürtünmesi gibi hıza bağlı kayıpların, toplam termal bütçeye yükten daha fazla katkı sağlayan baskın unsurlar olduğunu doğrulamıştır. Elde edilen sonuçlar, yağ viskozitesi formülasyonunun ve ampirik model kalibrasyonunun doğru termal analiz için kritik olduğunu ortaya koymaktadır. Gelecekte, farklı yük, hız ve yağ debisi koşullarında yapılacak rulman test düzeni deneyleri ile yeni ampirik korelasyonların geliştirilmesi ve modelin doğruluk düzeyinin artırılması hedeflenmektedir. Bu tezin bulguları, yeni nesil yüksek performanslı havacılık rulmanları için ısı üretim modellerinin seçimi ve kalibrasyonunda teknik bir çerçeve oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
Heat generation in high-speed aviation bearings is a critical phenomenon that directly governs the thermal management, efficiency, and structural reliability of modern aerospace propulsion systems. Operating under extreme conditions characterized by high DN numbers and significant axial loads, these bearings require precise power loss estimations to prevent catastrophic thermal runaway and ensure component longevity. This thesis provides a comprehensive comparative investigation into the predictive accuracy and physical consistency of four prominent empirical power loss correlations: Palmgren-Harris, Flouros, Forster, and the advanced SKF friction model. The research methodology involves the integration of these analytical friction models into a numerical thermal network, which is subsequently validated against experimental engine test data. The study systematically evaluates the influence of lubricant kinematic viscosity, rotational speed, and axial loading on heat generation. The results indicate that while lubricant viscosity is a significant driver of heat generation—particularly in the low-to-moderate temperature range—its impact is highly model-dependent due to varying viscosity exponents. The Palmgren-Harris model exhibited the highest sensitivity to viscosity (v^(2/3)), leading to substantial overpredictions of outer race temperatures at low oil supply temperatures (30°C), with deviations reaching up to 100°C. In contrast, the Flouros model, characterized by a minimal viscosity exponent 〖(v〗^0.0525), demonstrated the highest correlation with experimental data up to 70°C, suggesting its superior suitability for jet-lubricated high-speed applications. A key contribution of this research is the detailed breakdown and sensitivity analysis of the SKF model. It was discovered that the SKF model incorporates a self-compensating mechanism where the increase in inlet shear heating (φ_ish) and kinematic replenishment/starvation factors (φ_rs) at higher temperatures effectively offsets the rapid decline in kinematic viscosity. This interaction prevents the underestimation of rolling moments at elevated temperatures, providing a more stabilized and physically realistic thermal profile. Furthermore, the parametric analysis confirms that at high DN numbers, speed-dependent losses—specifically aerodynamic drag and sliding friction—become the dominant contributors to the total thermal budget, outweighing purely load-dependent factors. The results demonstrate that precise oil viscosity formulation and empirical model calibration are critical for accurate thermal analysis. Future work aims to enhance model accuracy and develop new empirical correlations through bearing test rig experiments conducted under various load, speed, and oil flow rate conditions. These findings establish a technical framework for selecting and calibrating heat generation models for next-generation high-performance aerospace bearings.
Benzer Tezler
- Mimari tasarımda yapay zeka: Evrişimli yapay sinir ağlarının vaziyet planı tasarımında kullanımı
Artificial intelligence in architectural design: The use of convolutional neural networks in site plan design
MUSTAFA KEMAL KAYIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiGayrimenkul Geliştirme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN YAMAN
- Bir feribot için atık ısının kullanıldığı termoelektrik güç üretim sisteminin ısıl, çevresel ve ekonomik analizi
Thermal, environmental and economical analysis of a thermoelectric power generation system using waste heat for a ferry
FURKAN BÖBÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Investigation of the effect of 2nd generation biodiesel (JOJOBA) on jet engine responses by ANSYS
İkinci nesil biyodizelin (JOJOBA) jet motoru yanıtlarına etkisinin ANSYS ile incelenmesi
HASAN ABDULKAREEM SAAB SAAB
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAMET USLU
- Numerical investigation of heat transfer in generic gas turbine blade with impingement cooling under high crossflow effect
Yüksek çapraz akış etkisi altında çarpma jet soğutmalı jenerik bir gaz türbini kanadında ısı transferinin sayısal incelenmesi
SEFA YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Investigation of a gas-turbine cycle environmental emission and thermal efficiency by mass and heat recirculations strategies
Bir gaz türbini çevrimi çevresel emisyonunun ve ısı veriminin kütle ve ısı geri dönüşüm stratejilerine göre incelenmesi
ABATHAR YASEEN KHUDHAIR AL-AMERI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASER ALAIWI