Bir taktik insansız hava aracı kanadının sonlu elemanlar ve deneysel analizi
Experimental and finite element analysis of a tactical unmanned air veichle composite wing
Yazar: BAHTİYAR TAYLAN AKSONGUR
Danışman: PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Kompozit yapılar = Composite structures ; Uçak kanatları = Aircraft wings

Özet:
Kompozit malzemeler günümüz havacılık sektöründe sıklıkla kullanılan malzemelerin başında gelmektedir. Yüksek mukavemet ve katılık sağlamasının yanı sıra, düşük ağırlık ve kolay işlenilebilme özellikleri kompozit malzemeleri havacılık alanında vazgeçilmez kılmaktadır. Kompozit malzemeler, alüminyum gibi geçmişten beri hava araçlarında yaygın olarak kullanılan malzemelerin yerini hızla almaktadır. Bu sebeple kompozit malzemelerin davranışlarının analizi, bunların etkin kullanımında önemli bir rol oynamaktadır.Sürekli gelişim içinde olan havacılık sektöründe, malzeme anlayışının değişmesinin yanı sıra, son yıllarda insansız hava aracı konusunda da büyük bir ilgi ortaya çıkmıştır. İnsansız hava araçları, insan gücü, risk ve maliyeti önemli ölçülerde azaltan, son yılların en çok rağbet gören hava araçları olarak havacılık araştırma ve geliştirme alanlarında yerini almıştır. İnsansız hava araçları sivil birçok alanda kullanılmasının yanı sıra, özellikle askeri alanlarda kullanılmaktadır. Hafifliğin en önemli parametrelerden biri olduğu İHA'larda kompozit malzeme kullanımı çok sık karşılaşılmaktadır.İHA'ların maruz kaldığı statik ve dinamik yüklemeler altında davranışlarının analiz edilerek gerekli iyileştirmelerin yapılması görev ve uçuş emniyeti açısından son derece önemlidir. Teorik analizlerin deney ve sayısal çalışmalarla desteklenmesi gerekir. Deneysel analizler, zaman ve maliyet açısından çeşitli külfetler getirmektedir. Ayrıca birçok farklı yükleme durumunun ayrı ayrı deneysel incelenmesi gerekir. Bu sebeple sayısal analiz yöntemleri arasında en uygun yöntemlerden biri olan sonlu eleman yöntemleri ile yapının davranışlarını önceden kestirmek ve buna göre gerekli güçlendirmeleri yapmak mümkündür. Sonlu elemanlar yöntemi, karmaşık yapı ve sınır koşullarında modelleme ve analize imkân vermektedir.Bu çalışmada taktik operasyon seviyesinde bir insansız hava aracının kompozit kanadının uçuş yükleri altındaki yapısal davranışı sonlu eleman yöntemi ile deneysel olarak incelenmiştir. Ticari bir sonlu elemanlar programı ile kompozit kanat modellenmiş, statik yükler altında analizi yapılmıştır. Kompozit malzeme özellikleri mekanik çekme deneyi ile belirlenmiştir. Daha sonra İHA kanadı, deneysel olarak yüklenmiş ve sayısal analizle sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Composite materials are widely used materials in aero-space industry. Not only their high stiffness and strength but also being easy manufacturablility and light weight properties makes composite materials irrevocable in aero-space industry. Composite materials rapidly take place of common materials used since before such as aluminum in aircrafts. Due to this reason, analysis of behavior of composite materials has a very important role for using them efficiently.Recently, unmanned air vehicles have attracted attention such as the changes in used materials in aero space indusrty. Unmanned air vehicles has token the place in aero-space research and development fields by being very popular by the reason of reducing manpower, risk and cost. As well as they are used in variety of civil applications, they are commonly used in military applications. With having the most important parameter which is the light weightiness, the UAV?s which are almost totally produced by composite materials are often encountered.It is crucial to analyze the behavior of UAV?s under the static and dynamical loadings and make improvements for safety of flight and mission. Theoretical analysis should be supported by numerical and experimental studies. Experiments bring time and cost difficulties. Moreover, experiments should be done for each different loading case. For this reason, it is possible to predict the behavior of the structure and required reinforcements with Finite element method which is one of the most suitable one. Finite element method supplies modeling and analysis of complex structures and boundary conditions.In this study, behavior of composite wing of a tactical UAV under flight loading is examine by finite element method and by experiments. Commercial software is used for modeling and analysis of composite wing. Material properties of composite are determined by a set of mechanical tension experiments. Lastly, the wing is loaded experimentally and the results are compared.