Helikopter kabin gürültüsünün piezoelektrik eyleyicilerle aktif titreşim kontrolü analizleri
Active vibration control analyses of helicopter cabin noise by using piezoelectric patch actuators
Yazar: ERDİ GÜLBAHÇE
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÇELİK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada öncelikle esnek bir çubuğun piezoelektrik yama ile zorlanmış ve serbest titreşimi aktif kontrolcü tasarımı vasıtasıyla deneysel ve sayısal olarak azaltılması sunulmuştur. Burada deney düzeneğinin ve en önemlisi kontrolcü tasarımının etkin bir şekilde çalıştığının teyidi öncelikle ankastre alüminyum bir çubuk üzerinde deneysel ve sayısal olarak gösterilmiştir. Titreşimin hedeflenen seviyelerde kontrol altına alınabildiği anlaşıldıktan sonra modelleme tasarlanmış bir helikopter kabini plakası üzerinde denmiştir. Tekniğin laboratuarda uygulama aşamasında test düzeneğine deneysel verileri elde olan helikopter titreşim değerleri yüklenerek kabin titreşimleri kontrol altına alınması hedeflenmiştir. Bu çalışmada kabin titreşimlerinin azaltılmasıyla helikopter kabin gürültüsünün de kontrol altına alınması sağlanarak tezdeki uygulamalı araştırma kısmı tamamlanmış olmaktadır. 

Bu çalışma iki aşamadan meydana gelmektedir. İlk aşamada 400x35x1.7 mm ebatlarında akıllı bir alüminyum kirişe sayısal ve deneysel modal analizler uygulanmış ve sonuçları karşılaştırılmıştır.  Aynı zamanda kirişin deneysel ve Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) yardımıyla matematiksel modelleri elde edilerek, sistemin cevapları karşılaştırılmıştır. Daha sonra kontrolcü tasarımı çalışmaları yapılmıştır. PID, Pozitif Pozisyon Geri besleme (PPF) ve Bulanık Mantık Tabanlı Pozitif Pozisyon Geri besleme (BMTPPF) kontrolcü tasarımları uygulanmıştır. Burada sistemin deneysel ve teorik (SEM) kontrol cevapları incelenerek, sistem parametreleri iyileştirilmiştir. Böylelikle kabin gürültü kontrol çalışmasının ön prototip modeli elde edilmiştir.

İkinci aşamada ise helikopter gövde kaportasını temsil eden dört tarafı ankastre olarak bağlanmış helikopter kabin paneli tasarlanmıştır. Kabin panelinin SEM yardımıyla matematiksel modeli elde edildikten sonra gerçek helikopter operasyonel testlerinden elde edilmiş titreşim verileri sistem zeminine tahrik olarak verilmiştir. Bu etkiye göre sistemin zorlanmış titreşimlerinin kontrolünün simülasyon çalışmaları yapılarak kabin gürültüsü bastırma modelleri elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, primarily, via an active controller design, reduction of forced and free vibration of a flexible beam with piezoelectric patch, both experimentally and numerically, was presented. To verify that test setup and, especially, the controller design function properly was demonstrated both experimentally and numerically on a fixed aluminum beam. After it comes out that vibration can be controlled at desired level, modeling was tested on a helicopter cabin plate. In the implementation phase, by loading the vibration data of a helicopter whose experimental data has known to test setup, it was aimed to control cabin vibrations. With this study, noise in helicopter cabin was damping by decreasing the vibration in cabin and applied search part of thesis was completed. 

This study is consisting of two stages. At first stage, experimental and numerical modal analysis were carried out an 400x35x1,7 mm sized smart aluminum beam and results were compared. Also, mathematical models, via Finite Element Method (FEM), and experimental models of beam were obtained and system responses were compared. Later on, controller design studies were performed. PID, Positive Position Feedback (PPF), Fuzzy Logic Based Positive Position Feedback (FLBPPF) controller designs were carried out. Experimental and theoretical (FEM) responses were examined and system parameters were optimized. Herewith, pre-prototype model of cabin noise control study was obtained.

At the second phase, a helicopter cabin clamped from four edges was designed in order to represent helicopter body shell. After mathematical model of cabin was characterized via FEM, vibration data obtained from real helicopter operational tests was applied as a distortion. By making simulations of controlling of the forced vibrations according to this impact, cabin noise suppress models were obtained.