Kuş çarpması probleminin öngerilmeli kanat hücum kenarı kanatçığı üzerindeki etkilerinin açık sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi
Investigation of the effects of bird strike problem on the prestressed wing leading edge flap using the explicit finite element method
Yazar: LATİF AYKUT SÜMER
Danışman: PROF. DR. MEHMET EROĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kuş çarpması = Bird strike

Özet:
Kuş çarpması olayı, havacılık emniyeti için ciddi tehdit oluşturmaktadır. Uçuş emniyetini sağlamak için, havacılık yönetmelikleri kritik öneme sahip uçak parçaları için (burun, cam, kanat hücum kenarı) kuş çarpmasına karşı yeterince dayanıklı şekilde tasarlanıp, test ile doğrulanması gerektirmektedir. Fakat bu testlerde yapıda bir öngerilme durumu olmadan kuş çarpması testi gerçekleştirilir. Bu çalışmanın amacı, kanat üzerindeki yapıda mevcut gerilme halinin kuş çarpmasına etkisini incelemektir. Operasyonel şartlarda kanadın üretmiş olduğu kaldırma kuvvetini hesaplamak için hesaplamalı akışkanlar dinamiği metodunu kullanarak dış akış modellenmesi yapılmıştır. ANSYS-FLUENT programı kullanılarak, kanadın 0°, 5°, 10°, 15° hücum değerinde iken üretmiş olduğu kaldırma kuvveti hesaplanmış ve yapı üzerindeki basınç dağılımı elde edilmiştir. Oluşan basınç dağılımını en iyi şekilde yapıya aktarmak için, 3 farklı boyutta çözüm ağı kullanılarak kanadın yapısal modeline interpolasyon işlemi yapılmıştır. Kanadın kapalı yöntem ile sonlu elemanlar modelini oluşturup statik analizleri yapılmıştır. Kanat yapı elemanları üzerinde oluşan gerilme ve deformasyonlar miktarları bulunmuştur. Elde edilen gerilme değerleri LS-DYNA programı kullanılarak, kanadın açık sonlu elemanlar modeline aktarılmıştır. Kuşu sayısal olarak modellemek için, literatürde en çok kullanılan SPH metodu kullanılmıştır. Kuşun oluşturduğu çarpma kuvvetini doğru bir şekilde modellemek için, literatürde benzer ağırlık ve hız koşulunda yapılan test verileriyle doğrulama çalışması yapılmıştır. Daha sonra, öngerilme içeren ve içermeyen modeller için kuş çarpması analizi yapılmıştır. Genel olarak önyüklemeli ve önyüklemesiz analizlerin sonucu için, kuşun çarpmasında kaynaklı yapıda bir yırtılma durumu olmaması rağmen, öngerilmeli modelde daha fazla deformasyon ve kalıcı plastik gerinim oluşturduğu görülmüştür. Kanat yapısının metal malzeme olmasından dolayı, metal malzemesinin tokluk değerinin yüksek olmasının öngerilmenin oluşturduğu etkiyi kapsamıştır.

Abstract:
Bird strikes pose a serious threat to aviation safety. To ensure flight safety, aviation regulations require that critical aircraft parts (nose, windshield, wing leading edge) be designed and tested to be sufficiently resistant to bird strike. However, in these tests, the bird strike test is performed without any prestressing in the structure. The purpose of this study is to examine the effect of the current stress state in the structure on the wing on bird strike. In order to calculate the lift force produced by the wing under operational conditions, external flow modeling was performed using the computational fluid dynamics method. Using the ANSYS-FLUENT program, the lift force produced by the wing at 0°, 5°, 10°, 15° attack value was calculated and the pressure distribution on the structure was obtained. In order to transfer the resulting pressure distribution to the structure in the best way, interpolation was made to the structural model of the wing using a solution network of 3 different sizes. A finite element model of the wing was created using the closed method and static analyses were made. The amounts of stress and deformation on the wing structural elements were found. The obtained stress values were transferred to the open finite element model of the wing using the LS-DYNA program. To model the bird numerically, the SPH method, which is the most used in the literature, was used. In order to accurately model the impact force generated by the bird, a validation study was conducted in the literature with test data under similar weight and speed conditions. Then, bird strike analysis was performed for models with and without prestressing. In general, as a result of the analyzes with and without preload, it was observed that although there was no tearing in the welded structure due to the bird impact, it caused more deformation and permanent plastic strain in the prestressed model. Since the wing structure is made of metal, it covers the effect of prestressing due to the high toughness value of the metal material.