Hava araçlarında güçlendirilmiş yapıların yapısal tasarımı ve analizi-yakıt tankı bölgesi
Stiffened panel design and analysis for air vehicle-fuel tank section
Yazar: EZGİ ÜLKER DENİZ
Danışman: DOÇ. DR. YAKUP TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
Hava araçlarında özellikle kabuk yapılarında ince cidarlı tasarımlar yapılmaktadır. Bu kabuk yapılar, gövde boyunca yüklerin taşınmasını ve dağıtılmasını sağlamaktadır. Hava aracı üzerine etki eden yükler sonucunda bu kabuk yapılarda (panellerde) burkulma meydana gelmektedir. Panellerin burkulma yüklerine etki eden önemli bir parametre takviye elemanın geometrik şeklidir. Bu çalışmada, havacılık endüstrisinde yeni bir eğilim olan entegre güçlendirilmiş panel yapıların kolay şekilde deforme olmasını engellemek amacıyla takviye elemanlarla desteklenerek rijitliği arttırılmış panellerin tasarımları ve analizleri yapılmıştır. Hava araçlarında güçlendirilmiş panel tasarımlar, birçok farklı geometrik şekle sahip takviye elemanları ile tasarlanabilmektedir. Entegre güçlendirilmiş panel tasarımları için eşit ağırlıkta Z, J ve şapka (Hat) kesit alanlarına sahip paneller kullanılmıştır. Havacılık sektöründe birçok yapısal parçada tercih edilen yüksek mukavemet, yüksek tokluk, yüksek yorulma ve hasar direncine sahip Alüminyum 7050 T7451 malzemesi kullanılmıştır. Tasarımlar, Catia V5 programı ile yapılmış ve burkulma performanslarını araştırmak için panellerin sonlu elemanlar (SE) modeli oluşturulmuş, Altair HyperWorks ve MSC Nastran programları kullanılarak analizler yapılmıştır. Gerçekleştirilen burkulma analizleri sonucunda en yüksek taşıma kapasitesine sahip entegre güçlendirici panel belirlenerek, hava aracı için ağırlık optimizasyonunun yapılmasına imkân tanınmıştır. Analizler sonucunda en yüksek taşıma kapasitesi J kesit alanına sahip panel yapı olduğu tespit edilmiş ve bunu sırasıyla %30 ve %45 oranlarında azalmayla Z ve hat kesit alanlı panellerin izlediği görülmüştür. Çalışmadaki entegre güçlendirilmiş panel yapıları sayesinde aerodinamik açıdan pürüzsüz bir yüzey elde edilmiş, özellikle yakıt tankı bölgesinde perçin kullanılmaması ile ağırlıkta, montaj süresinde ve sızdırmazlık konusunda avantaj sağlanmıştır.

Abstract:
Thin-walled structures are designed especially for skin structures in air vehicles. These skin structural members used in air vehicles are structures that enable the transportation and distribution of loads throughout the body. These structures are exposed to tensile, compression, shear and bending loads. As a result of loads acting on the air vehicles, buckling occurs in the air vehicle skin structures. In order to prevent the skin structures from deforming easily, panels with increased rigidity must be designed. This is revealed by the emergence of thin-walled panels with reinforcement elements. Integrated stiffened panel designs, which are a new trend in aviation industry, are discussedReinforcement elements used in air vehicle stiffened panel designs can have many different cross-sectional structures. The shape of the reinforcement element is an important parameter that affects the buckling loads of the panels. Integrated stiffened panel structures with Z, J and Hat cross-section that using Aluminum 7050 T7451 material were designed with the Catia V5 program. To investigate their effects on buckling performance, the finite element (FE) model of the panels was created and analyzed using Altair HyperWorks and MSC Nastran programs. As a result of the buckling analysis in the study, the integrated stiffened panel with the highest carrying capacity allowed the weight optimization for the air vehicle to be determined. Therefore, it was determined that the panel structure with the J cross-sectional area had the highest carrying capacity, and it was followed by panels with Z and hat cross-sectional areas, with a decrease of 30% and 45%, respectively. In this way, the assembly time was reduced, the aerodynamically smooth surface was obtained, weight was reduced by not using rivets, and the advantage in terms of sealing application.