Aviyonik sistemlerin elektronik soğutmasında komponentlerinin farklı yerleşimlerinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of electronic cooling of avionics systems for different layout
Yazar: NEZAHAT SİVASLI
Danışman: DOÇ. DR. NUREDDİN DİNLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Uçak termal yönetimi, uçaktaki ısıl dengeyi sürdürmek, aviyonik sistemlerin ve diğer kritik bileşenlerin istikrarlı bir şekilde çalışmasını sağlamak, yakıt verimliliğini artırmak ve güvenliği sağlamak için önemlidir. Bu çalışmanın amacı, farklı havalandırma hava sıcaklığı, havalandırma hava debisi, sistem yerleşimi, hava çıkış konumu ve ısıl yük koşullarının aviyonik sistemler üzerindeki sıcaklık etkisinin incelemesidir. Bu faktörlerin dikkatle değerlendirilmesi, uçak içindeki aviyonik sistemlerin verimli bir şekilde çalışmasını sağlamak için kritik öneme sahiptir. Aviyonik sıcaklığına etki eden faktörleri daha iyi anlayabilmek amacıyla, kokpitten çıkan hava sıcaklığı 297 K, 300 K ve 303 K arasında, hava akış debisinin 0,10 kg/s, 0,15 kg/s, 0,20 kg/s ve 0,25 kg/s aralığında, 1 farklı sistem yerleşimi, 1 farklı çıkış tasarımı, ekipmanların ısıl yükleri kendi değerleri ve 10 W fazlası ve altında olmak üzere bazı koşullarda incelenmiştir. Bu değişkenleri incelemek amacı ile 3 farklı konfigürasyon oluşturulmuştur. Analizlerde, +10 W ısıl yükün ortalama aviyonik sıcaklıklarını ortalama 3,1 k arttırdığı gözlemlenirken, -10 W ısıl yükün ortalama 3,0 K düşüşe neden olduğu belirlenmiştir. Havalandırma hava debisindeki artış, ortalama aviyonik sıcaklıklarını ortalama 13,8 K düşürürken, havalandırma havasının sıcaklık artışında ise ortalama 4,7 K artışa neden olduğu saptanmıştır. Isıl yük, havalandırma hava debisi ve havalandırma hava sıcaklığı değişiklikleri ile aviyonik sıcaklıkları arasındaki sıcaklık artışı veya düşüşünün istikrarlı olduğu belirlenmiştir. Tek çıkış yerine aynı alanlı farklı lokasyonlarda 2 çıkış incelemesi yapıldığında, ortalama aviyonik sıcaklıklarının ortalama 2 K değiştiği görülmüştür. Sistem yerleşimini değiştirmek ise ortalama 7,2 K değişikliğe neden olmuştur. Aynı zamanda, sistem yerleşiminde yapılan değişiklikler, bazı ekipmanların sıcaklığını değiştirmezken, bazı ekipmanlarda 20 K sıcaklık artışı veya düşüşü sağlayabilmektedir. Bu sonuçlar, farklı geometrilerin ve çevresel faktörlerin aviyonik ekipmanlar üzerindeki etkilerini açıkça göstermektedir. Isıl yük, havalandırma hava debisi, sıcaklık değişimi ve sistem yerleşimi gibi faktörlerin her biri aviyonik sıcaklıklarını farklı şekilde etkilemektedir, bu da sistem optimizasyonu ve aviyonik ekipman yerleşimi için değerli görüşler sağlamaktadır.

Abstract:
Efficient aircraft thermal management plays an essential role in preserving optimal thermal equilibrium within the aircraft. It is essential for sustaining the reliable functionality of avionic systems and other critical components, contributing to enhancing fuel efficiency, and ultimately upholding stringent safety standards. The purpose of this study is to examine the temperature effects on avionic systems under different conditions of ventilation air temperature, ventilation air mass flow rate, system locations, air outlet location, and thermal loads. To better understand the factors influencing avionic temperature, ventilation air temperature was varied between 297 K, 300 K, and 303 K, ventilation mass flow rates were varied between 0,10 kg/s, 0,15 kg/s, 0,20 kg/s, and 0,25 kg/s, and different system locations, outlet designs, and equipment thermal loads were examined under various conditions, including their original values and variations of +10 W or -10 W. Three different configurations were created for the purpose of analyzing these variables. According to the analyses, it was observed that a +10 W thermal load increases the average avionic temperatures by an average of 3,1 K, while a -10 W load results in an average decrease of 3,0 K. An increase in ventilation air mass flow rate reduces the average avionic temperatures by an average of 13,8 K, whereas an increase in ventilation air temperature leads to an average increase of 4,7 K. The changes in thermal load, ventilation air mass flow rate, and ventilation air temperature alterations demonstrate a stable pattern in the observed temperature increase or decrease among avionics. When examining two outlets at different locations with the same area, it was observed that the average avionic temperatures changed by an average of 2 K. System layout change resulted in an average temperature difference of 7,2 K. Furthermore, changes in system layout may cause up to a 20 K temperature change for some equipment while leaving others unaffected. These results clearly illustrate the impact of different geometries and environmental factors on avionic equipment. Factors such as thermal load, ventilation air mass flow rate, ventilation air temperature changes, and system layout affect avionic temperatures differently, providing valuable insights for system optimization and avionics equipment placement.