Helikopter gövdesi kabuk yapılarının deneysel analiz yöntemleriyle aktif titreşim kontrolü
Active vibration control of helicopter fuselage shell structures by experimental analysis methods
Yazar: ERDİ GÜLBAHÇE
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÇELİK
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kabuk yapılara yeni bir deneysel modal analiz yöntemi uygulanarak belirlenen piezoelektrik eyleyici yerleşimi ile aktif titreşim kontrolüne yönelik bilimsel yaklaşımları içermektedir. Sayısal ve deneysel uygulamalar yüksek titreşim kontrol performansı sağlamak amacıyla gerçekleştirilmiştir.
Metodolojinin kabuk yapılara uygulamasında UH1H helikopteri kargo kapıları (ana kargo kapısı ve yardımcı kargo kapısı) üzerinde geçerleme yapılmıştır. Helikopter kargo kapılarının dinamik karakteristiklerini elde etmek amacı ile literatürde daha önce önerilmemiş, ilk defa ataletsel modal sarsıcı kullanılarak uygulanan, gezici sarsıcı ismi verilen yeni bir deneysel modal analiz yöntemi bu tez çalışması kapsamında sunulmuştur. Özellikle kabuk yapıların yük altında kararsız davranması sebebiyle gezici sarsıcı yönteminin geleneksel deneysel modal analiz yöntemlerine göre üstünlüğü modal analiz doğrulama yöntemleri aracılığıyla araştırılmıştır. Gezici sarsıcı yönteminin doğrusal olmayan modal matriste modal parametreleri bulmada daha başarılı olduğu kanıtlanmıştır. Yapıların deneysel olarak dinamik davranışları elde edildikten sonra sayısal modal analizlere yer verilerek, deneysel/sayısal modal korelasyon değerlerine göre optimal eyleyici/sensör çiftlerinin helikopter kargo kapıları üzerine yerleştirilmesi için mod kombinasyon metodu kullanılmıştır. Bu metot sonlu elemanlar paket programı ile uygulanan ve uygulama bakımından yeni bir yöntem olup benzer çalışmalara kıyasla hızlı ve pratik bir çözüm olarak sunulmuştur. Bu yöntemin başarımının araştırılması üzerine literatürde bulunan iki farklı çalışma ile denenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. 
Pozitif Pozisyon Geri Besleme (PPGB) kontrolcü tasarımı metodolojisi içerisinde helikopter kargo kapılarının deneysel aktif titreşim kontrolü amacıyla tez kapsamında geliştirilmiş adaptif olarak çalışabilen Tepki Frekans Kompansatörü ile sistem üzerinde UH1H helikopteri uçuş titreşim verilerinden elde edilen tahrik altında oluşan titreşimlerin baskın frekansları spektrum analiz ile tespit edilip bastırılmıştır. Deneysel kontrol sonuçlarına göre laboratuvar ortamında yardımcı kargo kapısı için ortalama %37, ana kargo kapısı için ortalama %30 oranında titreşim azaltma sağlanmıştır. Ayrıca sayısal aktif titreşim kontrolü çalışmalarında kullanılmak üzere yardımcı kargo kapısının ilk üç, ilk beş ve ilk on modu, ana kargo kapısında ise deneysel/sayısal modal korelasyon yüzdesi yüksek olan modlar kullanılarak durum uzay modelleri elde edilmiştir. Tüm sayısal modellerin kontrolünde PPGB kontrolcü tasarımı kullanılmış, oluşturulan kompansatörler de skaler kazanç ve sönüm oranı katsayıları optimize edilerek en etkin titreşim azaltma çalışmaları yapılmıştır.

Abstract:
This thesis study includes scientific approaches towards active vibration control with piezoelectric actuator placement determined by applying a new experimental modal analysis method to shell structures. Numerical and experimental applications are carried out in order to provide high vibration control performance. 
In the application of the methodology to shell structures, validation is performed on the UH1H helicopter cargo doors (main and auxiliary). In order to obtain the dynamic characteristics of the helicopter cargo doors, a new experimental modal analysis method, which has not been presented before in the literature, and which is applied for the first time using inertial modal shaker, is presented within the scope of this thesis. The superiority of the roving shaker method over traditional experimental modal analysis methods is investigated through modal analysis validation methods, especially due to the unstable behavior of shell structures under load. The roving shaker method is proven to be more successful in determining modal parameters in a nonlinear modal matrix. After obtaining the experimental dynamic behaviors of the structures, the mode combination method is used to place the optimal actuator/sensor pairs on the helicopter cargo doors according to the experimental/numerical modal correlation values. This method is a new method applied with finite element package program and it is a fast and practical solution compared to similar studies. To investigate its performance, this method is tested in two different works in the literature and the results are compared.
With the Adaptive Response Frequency Compensator developed for experimental active vibration control of helicopter cargo doors within the scope of the Positive Position Feedback (PPF) controller design methodology, the dominant frequencies of the vibrations, generated under the excitation which is obtained from the UH1H helicopter flight data, are suppressed by detecting with spectrum analysis on the system. According to the experimental control results, an average of 37% vibration reduction for the auxiliary cargo door and 30% for the main cargo door is achieved in the laboratory environment. In addition, in order to use in numerical active vibration control studies, the state space models are obtained by using the first three, first five and first ten modes of the auxiliary cargo door and the modes with high experimental/numerical modal correlation percentage for the main cargo door. Positive Position Feedback (PPF) controller design is used in the control of all numerical models, and the most effective vibration reduction is achieved by optimizing the scalar gain and damping ratio coefficients in the compensators.