Pal test düzeneklerinde test yüklerinin dinamik analizi ve doğrulanması
Test loads dynamics analysis of blade test rig and verification
Yazar: EKREM OKCU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİHAT GEMALMAYAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde, tasarım aşamalarının çoğu genellikle bilgisayar ortamında gerçekleştirilir. Helikopterlerin tasarım aşamasında yapısal tasarım ve analiz için, ilk uçuşları öncesinde tasarım koşullarına ve yüklemelere yönelik simülasyonlara tabi tutmak son derece önemlidir. Sertifikasyon otoriteleri ayrıca tasarlanan yapısal sistemin statik (static) testlerde en az 3 saniye boyunca son yüklere dayanabileceğini ve yorulma (fatigue) test koşullarında döngüsel yükleri kaldırabileceğini talep etmektedir.

Bu çalışmada, Helikopter pallerinin test isterlerini karşılamak için kurgulanmış, tasarlanmış ve üretilmiş test düzeneği yardımıyla taklit bir pal üzerinden belirlenmiş ve sertifikasyon otoritelerince istenilen yükleme koşulları altında oluşan deneysel çıktılar ile sonlu elemanlar analiz modellemesi çıktılarının karşılaştırması ve doğrulanması yapılmıştır.

 Çalışmanın en başında literatür taraması yapılmıştır. Benzer test düzenekleri ve tasarımları incelenerek çalışmalar araştırılmıştır. Sonrasında gerekli yükleri aktarabilecek mekanizma tasarımı yapılarak pal üzerine istenilen merkezcil kuvvet, kiriş büklüm (chord bending), veter büklüm (beam bending) ve tork kuvvetlerini ayrı ayrı veya kombinasyon halinde birbirini en az etkileyecek şekilde sağlayabilecek test düzeneği tasarlanmış ve üretilmesi sağlanmıştır. Tasarlanan bu test sistemi marifetiyle taklit pal üzerine veter büklüm, kiriş büklüm, merkezcil ve tork kuvveti ayrı ayrı veya varyasyonlar halinde uygulanarak, gerinim pulları (strain gage) aracılığıyla belirli yük koşullarında gerinim değerleri tespit edilmiştir. Oluşturulan test mekanizması kurgusu ticari bir sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak taklit pal analiz edilmiştir. Çıkan deneysel ve sonlu elemanlar sonuçları karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In today's world, most design phases are typically conducted within a computerized environment. When it comes to the structural design and analysis of helicopters during the design phase, it is essential to subject them to simulations of the design conditions and loads before their first flight. Certification authorities also require that the designed structural system can withstand ultimate loads for at least 3 seconds in static tests and endure cyclic loads in fatigue test conditions.

 In this study, a test rig designed, manufactured, and assembled for meeting the test requirements of helicopter blades was utilized to compare and verify the experimental outputs generated under the requested loading conditions by certification authorities with finite element analysis model outputs.

 At the beginning of the study, a literature review was conducted to explore similar test setups and designs. Following that, a mechanism capable of transferring the required loads was designed to provide the desired centrifugal force, chord bending, beam bending, and torque forces individually or in combination on the dummy blade while minimizing their mutual interference. This test setup was designed and manufactured to apply torsion, chord bending, beam bending, and centrifugal force, either individually or in various combinations, to the dummy blade, and strain values were determined under specific load conditions through strain gauges. The design of this test mechanism was analyzed using a commercial finite element analysis software.

 The experimental and finite element results were compared. Conclusions were drawn to improve the test setup, reduce unnecessary load losses, determine the interaction of the created forces, and enhance the reliability of the test setup.