Hafif sınıf insansız hava araçları için iniş takımı tasarımı ve analizi
Design and analysis of the landing gear system for light classunmanned air vehicles
Yazar: SERVET DİNÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TURGAY ERGİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation
Dizin: İniş takımı = Landing gear

Özet:
Günümüz Otomotiv endüstrisinde süspansiyon sistemleri manevra kabiliyeti, kısa sönüm süresi ve maksimum yük dayanımı gibi parametrelerde iyi performans sağlaması için tasarlanmaktadırlar. Kara taşıtlarında süspansiyon sistemlerinin üstlendiği bu görevleri hava taşıtlarında iniş takımları üstlenmektedir. Günümüzde insansız hava araçları (İHA) gündelik hayat içerisine artarak dahil olmaya başlamaktadır. Bu hava araçlarında geleneksel hava araçlarından farklı iniş takımı tasarımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışma kapsamında otomotiv endüstrisinde sıklıkla ağır araç sınıflarında karşılaşılan hiperbolik çok katlı yaprak yayların havacılık endüstrisinde kullanılabilirliği için tasarımlar oluşturulmuştur. Genellikle hafif sınıf eğitim uçaklarında karşılaşılan tek parça yaprak yay iniş takımları yerine hiperbolik çok katlı yaprak yayların kullanılabilirliği için tasarımlar sonlu elemanlar analizi yöntemleri ile karşılaştırılmıştır. Hiperbolik çok katlı yaprak yay iniş takımlarının yüksek dayanım ve sönüm gibi avantajları bulunmaktadır. Bu iniş takımlarının havacılıktaki geleneksel iniş takımlarına göre karşılaştırması yapılmıştır. Bu kıyaslamalar yapılırken havacılıkta önem arz eden; güvenlik faktörü, ağırlık, sürüklenme direnci, maliyet gibi parametreler göz önüne alınarak performans değerleri ön plana çıkartılmıştır. Maksimum kalkış ağırlığı 200kg olarak belirlenen İHA için sistem seviyesi gereksinim yönetiminden başlanarak belirlenen güvenlik şartları karşılanıncaya kadar iniş takımı tasarım süreci yürütülmüştür. İniş takımı tasarım ağırlıklarının hava aracının maksimum kalkış ağırlığının 1/10'undan az olması göz önünde bulundurulmuştur. Tasarımların statik analiz sonuçlarına göre güvenlik katsayısının 3/2'den büyük olmasına dikkat edilmiştir. Süreçler yakın ağırlık ve geometrik değerlere sahip ve aynı malzemeden çeşitli tasarımlarla tekrarlanmıştır ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. İnsansız hava araçlarında iniş takımlarına etki eden maksimum çarpma kuvveti üzerinden belirlenen sabit bir yük değeri için lineer analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda iniş takımlarının yük altında deformasyon ve gerilme bölgesi davranışları belirlenmiştir. Buna göre hiperbolik çok katlı yaprak yay iniş takımı ile sabit tek parça yaprak yay iniş takımı yapısal olarak kıyaslanmıştır. Bu çalışma sonucunda bir hafif sınıf insansız hava aracı için, yekpare bir yaprak yay iniş takımı geometrisi yerine çok katmanlı hiperbolik yaprak yay tasarımını kullanmak, iniş ve kalkış güvenliği için önemli bir dezavantaj oluşturmazken, iyileştirilmiş ağırlık ve sönüm etkisi gibi avantajlar sunmaktadır.

Abstract:
Suspension systems are used in the automotive industry to provide sufficient parameters such as steering ability, short damping period and maximum load capacity. In aviation, these parameters are provided by landing gear systems instead of suspension systems. Nowadays, unmanned Air Vehicles (UAV) usage is increasing in daily life. These UAVs are required different landing gear designs than conventional landing gear designs. In this study, hyperbolic multi-layer leaf springs designs were created which are frequently encountered in heavy vehicle classes in the automotive industry and for the use them in aviation. These designs were compared with finite element analysis methods to determine the usability of these designs in aviation instead of the one-piece leaf spring landing gear generally encountered in light class training aircraft. Hyperbolic multi-leaf spring landing gear system has significant advantages such as high load strength and damping. Multi-layer leaf spring and conventional leaf spring are compared in terms of their properties. While making this comparison, important performance parameters such as safety factor, weight, drag resistance and cost are highlighted. The landing gear design process is carried out starting from the system level requirement management until the determined safety conditions are met for UAV whose maximum take-off weight is determined as 200kg. It was cared that the landing gear designs should be less than 1/10 of the maximum take-off weight of the aircraft and that the safety coefficient should be greater than 3/2. The processes were repeated with various designs with similar weight and geometric values and the same material, and the results were compared. Static structural analyzes were performed for a linear ramped load effect determined from the maximum impact force acting on the landing gear of unmanned aerial vehicles. As a result of the analyses, the deformation and stress zone behaviors of the landing gear under load were determined. Results are mentioned in the conclusion section. The hyperbolic multi-layer leaf spring landing gear and the fixed one-piece leaf spring landing gear were structurally compared. As a result, using the multilayer hyperbolic leaf spring design instead of a conventional fixed landing gear geometry does not pose a significant disadvantage for landing and takeoff safety, while offering advantages such as improved weight and damping effect.