Bir uçağın burun iniş takımı tasarımı ve analizi
Design and analysis of the nose landing gear for an aircraft
Yazar: EMRE ŞAHİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ ELDEM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design ; Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İniş takımları uçakların en önemli ve en çok ağırlığa sebep olan sistemlerinden birisidir. İniş takımları bir uçağın ağırlığının yaklaşık %10'unu oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında 15 000 kg kalkış ağırlığına sahip olan bir uçak için burun iniş takımı tasarımı ve analizi gerçekleştirilmiştir. Tez süreci boyunca yapılan literatür çalışmaları incelenmiş olup iniş takımı tasarımı için gerekli olan hesaplamalar ve iniş takımlarını etkileyen parametreler incelenmiştir. İniş takımlarının konumlandırılması yapılmış ve tasarımsal boyutlandırmalar belirlenmiştir. Bir iniş takımı için en önemli ister hafiflik ve yüksek dayanımlı parçalardan meydana gelmesidir. İniş takımları bir uçağın iniş, kalkış ve taksi sırasında dinamik ve statik yüklere maruz kalarak hareket edebilme ve dengede kalmasını sağlayan en önemli mekanik sistemlerdendir. Bu sebepten iniş takımı tasarımı bir uçak için oldukça önemlidir. Burun iniş takımı parçalarından olan çatal, şok sönümleyici dikmesi, ana dikme, tork iletim parçaları, bilgisayar destekli tasarım programı olan CATIA V5 ile tasarlanmıştır. Tasarlanan parçalar için uygun olan malzemeler literatür araştırmalarından incelenmiş olup parçalarda kullanılacak malzemeler belirlenmiştir. Tasarlanan parçaların ANSYS Workbench programıyla mesh yapıları oluşturulmuş, sınır şartları tanımlandıktan sonra hesaplanan yükler parçalar üzerine uygulanmıştır. Elde edilen analizler sonucunda Von-Mises gerilmeleri ve parçalar üzerinde oluşan deformasyon değerleri incelenmiştir. Elde edilen değerler kullanılan malzemelerin akma dayanımlarına göre emniyet katsayıları hesaplanmıştır. Analizleri yapılan parçalar üzerinde topoloji optimizasyonu gerçekleştirilerek iniş takımı parçalarının hafifletilmesi sağlanmıştır. Hafifletilen parçalar tekrardan analiz edilerek topoloji öncesi analiz sonuçlarıyla kıyaslanmıştır. Kritik yükleme durumunda burun iniş takımında oluşan gerilmeler, seçilen malzemelerin akma dayanımını aşmadığı ve tasarlanan parçaların 1,5 emniyet katsayısına göre güvenli olduğu gösterilmiştir. Literatür çalışmalarıyla da elde edilen veriler doğrulandı ve yapılan analizler tasarımın sağlamlığını doğrulamaktadır.

Abstract:
Landing gears are among the most crucial and weight-intensive systems of an aircraft, constituting approximately 10% of its total weight. This thesis focuses on the design and analysis of a nose landing gear for an aircraft with a takeoff weight of 15 000 kg. Literature studies conducted throughout the thesis process reviewed necessary calculations and parameters affecting landing gear design. Positioning of the landing gears was determined, and design dimensions were established. The primary requirements for landing gears include lightweight and high-strength components, essential for managing dynamic and static loads during an aircraft's landing, takeoff, and taxi operations to ensure stability. Components such as the fork, shock strut, main strut, torque transmission parts were designed using the computer-aided design program CATIA V5. Suitable materials identified through literature research were chosen for these components. Mesh structures were created using ANSYS Workbench for the designed parts, and after defining boundary conditions, calculated loads were applied to the parts. Analysis results examined Von-Mises stresses and deformation values on the parts. These values were used to calculate safety factors based on the yield strengths of the materials used. The landing gear parts were lightened by performing topology optimization on the analyzed parts. The lightened parts were analyzed again and compared with the pre-topology analysis results. The analysis confirmed that under critical loading conditions, stresses in the nose landing gear did not exceed the yield strength of the selected materials, and the designed parts were shown to be safe with a 1,5 safety factor. Data from literature studies were validated, and the analyses conducted verified the robustness of the design.