Helikopter ana rotor göbeğinin maksimum uçuş yükleri altında sonlu elemanlar analizi
Finite element analysis of a main rotor hub under maximum flying loads for a helicopter
Yazar: MUHAMMED TALHA ERTUNÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ ; DOÇ. DR. CİHAN DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Helikopter = Helicopter ; Rotor sistemleri = Rotor systems

Özet:
Sabit veya döner kanatlar, hava araçlarında kaldırma kuvveti sağlar. Hava araçları kaldırma sağlamak için döner kanatlar kullandığında "pervane kanatlı, rotorlu uçak" adı verilir ve bu sistem helikopterlerde, otojirde ve cayrodin'de görülebilir. Bu çalışmanın konusu olan helikopterler çoğunlukla arama kurtarma, ulaşım ve askeri amaçlarla kullanılmaktadır. Bu amaçları yerine getirmek için helikopterlerin tasarım sürecinde rotor parçaları tandem rotorlar, koaksiyel(eş-eksenli) rotorlar gibi çeşitli şekillerde tasarlanmalıdırlar. Genellikle helikopterlerin bir veya iki rotoru vardır ve bu iki rotorlu system esas olarak ana rotor ve kuyruk rotorundan oluşur. Ana rotor sistemi ayrıca yarı-rijit rotor, rijit rotor ve tam mafsallı olarak sınıflandırılabilir. Tamamen mafsallı ana rotor sistemi, helikopterin her palinin ana rotor göbeğine menteşe/menteşelerle bağlayan ve her palin birbirinden bağımsız olarak çırpınmasına, ilerleme-gerilemesine ve hatve değişimine izin verir. Temel olarak tamamen mafsallı ana rotor sistemi, paller, ana rotor göbeği, elastomer yataklar, pal bağlantı kolları, hatve değişim kolları, ve eğilebilen plakadan oluşmaktadır. Bu çalışmada titanyum/çelik alaşımları ve kompozit malzeme kullanılarak tam mafsallı ana rotor göbeğinin mekanik dayanımı araştırmak için tasarlanmış ve ana rotor göbeğinin kritik bölgeleri tartışılmıştır. Bu bir ağırlık azaltma probleminin bir sonucudur. Bu amaçla maksimum uçuş yükleri altında gerilimenin kritik olduğu bölgeleri bulmak için sonlu eleman paket programı "ABAQUS" kullanılarak analizler yapılmış ve uçuş sırasında oluşan yüklerin maksimum değerleri statik analiz de sisteme uygulanarak ağırlık ve dayanım açısından en iyi tasarıma ulaşılmıştır.

Abstract:
Lift is provided in aircraft is as a result of either fixed or rotary wings. When the aircraft uses rotary wings to provide lifting, this is called rotorcraft and this system can be seen in helicopters, autogyro, gyrodyne systems, etc. Helicopters which are the main topic of this study are mostly used for search&rescue, transportation, and military purposes. To fulfill these purposes, in the design process of the helicopters, their rotor parts must be designed in a variety of ways such as in the form of tandem rotors, coaxial rotors and etc. Generally helicopters have either one or two rotors and this two-rotor system mainly consists of the main rotor and tail rotor. The main rotor system could be also categorized as a semi-rigid main rotor system, rigid main rotor system, and fully-articulated main rotor system. Fully articulated main rotor system allows each helicopter blade to attach the main rotor hub by hinge/hinges which let/lets blade flap up and down, feather and lead/lag independently of each other. Basically fully articulated main rotor systems consist of blades, main rotor hub, elastomeric bearings, retention links, pitch links, and swashplate mechanism. In this study, titanium/steel alloys and composite main rotor hub is designed for fully articulated main rotor system to investigate the mechanical strength of the main rotor hub to discuss the critical area of the main rotor hub. This is a result of weight reduction concerns. For that purpose, static analysis is made by using the finite element method package program "ABAQUS" to find out critical stress regions under maximum flying loads and by applying the maximum loads during the flight to system in static analysis optimum design is achieved in terms of weight and strength.