Kompozit gövdeli hava araçlarına düşük hızlı kuş çarpmasının performansa etkisi
Effect of low-speed bird strike on compsoi̇te body aircraft on performance
Yazar: OKAN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. ÖMER FARUK ELALDI
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal kauçuk = Natural rubber ; Kuş çarpması = Bird strike ; Sandviç yapı elemanları = Sandwich structure elements ; Yüzey çarpışması = Surface impact

Özet:
Bu çalışmada, bir hava aracının kalkış ve inişlerinde meydana gelebilecek kuş çarpma olaylarında bal peteği (honeycomb) yapılı kompozit yapıların hasar davranışı hakkında deneysel ve sayısal çalışmayı öngören bir araştırma sunulmaktadır. Hava araçlarında sıklıkla kullanılan kompozit malzemelerin düşük hızlı çarpma sonucunda perfore olmaması yani hava aracı içine ulaşmaması beklenmektedir. Kompozit malzemede düşük hızlı çarpma davranışını ve meydana gelen hasar tiplerini incelemek amacıyla 75mm x 75 mm ölçülerindeki bal peteği yapılı kompozit numunelerin yüzey plakaları prepreg karbon fiber malzemeden üretilmiştir. Kompozit malzemenin alt ve üst yüzey plakaları eşit kalınlıktadır. Kuş çarpmasını kısmen simüle edecek impektör uç kısmı 25 mm çapında ve kuş çarpma deneylerinde kullanılan impektör geometrisine uygun şekilde küresel kauçuk malzemeden imal edilmiştir. Kauçuk impektör ile kompozit malzemeye 380 joule, 276 joule ve 224 joule' lük üç farklı düzeyde enerji seviyesi uygulanmıştır. Numune yüzeylerinde gözlemlenen hasarlar, hız-zaman, kuvvet-zaman, deplasman-zaman, enerji-zaman ve deplasman-enerji grafikleri ile karakterize edilmiştir. İnsansız hava aracına, 165 gram ağırlığındaki saksağan kuşunun 68 m/sn hızı ile çarpması sonucunda perforasyon oluşumu gözlemlenmemiştir.  Bu duruma bağlı olarak, uçuş emniyetini riske etmeden hava aracının güvenli şekilde iniş yapabileceği değerlendirilmektedir. Ansys sayısal modelleme programı kullanarak yapılan sayısal analizlerle deneysel sonuçlar mukayese edilmiş ve hasar yüzeyleri incelenmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmaların sonucunda birbirine yakın neticeler elde edilmiştir. Elde edilen model %10 maksimum sapma ile statik ve dinamik testlerin ön tasarım doğrulamasında kullanılabilecektir.

Abstract:
In this study, the research is focused on the behavior of honeycomb composite panels against low impact bird strike impacts. It is expected that composite materials, which are frequently used in aircraft, will not be perforated as a result of low-speed impact, impactor should not reach the interior of the aircraft. In order to examine the low-speed impact behavior and damage types in the composite material, the honeycomb composite samples were produced from prepreg carbon fiber material. The lower and upper surface plates of the composite material are of equal thickness. The tip of the impactor, which will partially simulate the bird strike, is made of spherical rubber material with a diameter of 25 mm and in accordance with the geometry of the impactor used in bird strike experiments. Three different energy levels of 380 joules, 276 joules and 224 joules were applied to the composite material with a rubber impactor. Damages observed on sample surfaces are characterized by velocity-time, force-time, displacement-time, energy-time and displacement-energy graphs. It has been revealed that as a result of the magpie bird, weighing 165 grams, colliding with an unmanned air vehicle with a speed of 68 m/s, no perforation occurred, and therefore it is evaluated that the air vehicle could land safely without risking flight safety. Experimental results were compared with numerical analyzes using Ansys numerical modeling program and damage surfaces were examined. As a result of experimental and numerical studies, results were obtained to be close to each other. The resulting model was also used for simulating of impact of different bird sizes and it is believed that it can be used for preliminary design verification of static and dynamic tests with 10% maximum deviation.