4x4 askeri araçlar için bütünleşik klima tasarımı
Integrated air conditioning design for 4x4 military vehicles
Yazar: BARBAROS BAHADIR ZENGİN
Danışman: PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Askeri kara araçları = Military land vehicles ; Klima sistemleri = Climate systems ; Zırhlı araçlar = Armoured vehicles ; İklimlendirme = Air conditioning

Özet:
Bu tez çalışmasında, 4x4 tekerlekli MRAP sınıfı araçlar için klima sistemi tasarımı konusu ele alınmıştır. Bu tip askeri araçlarda, mürettebatın zamanının önemli bir kısmını araç içerisinde geçirdiğinden, araç içi termal konfor şartlarının, mürettebatın hareket kabiliyeti ve araç içi ekipmanların üzerinde önemli etkisi olduğundan dolayı, iklimlendirme sistemi, askeri araçlardaki önemli sistemlerden biri olarak öne çıkmıştır. Bununla birlikte, klima sisteminin oluşturduğu hacmin, hem mürettebat hareket alanı hem de diğer ekipmanların konumlandırılması açısından önem arz ettiği belirtilmiştir. Otomotiv klima sistemlerinin genellikle, ısıtma ve soğutma sistemi olarak iki ayrı sistemden oluştuğuna değinilmiştir. Bu iki sistemin aracın içersinde önemli bir hacim işgal ettiği anlaşılmıştır. 4x4 askeri araç içerisinde soğutma ve ısıtma sistemini, iki ayrı sistem olarak kullanmak yerine bütünleşik tek bir sistem olarak kullanmanın önemli 
bir hacim kazanımı sağlayacağı belirtilmiştir. Otomotiv klima sisteminin kaydadeğer gelişiminin başladığı yıllardan günümüze kadar geçirdiği değişimler sırasıyla aktarılmıştır. Klima sisteminin çalışma prosesleri, buhar sıkıştırmalı çevrim esasına göre anlatılmıştır. Otomotiv klima sistemindeki ana komponentler tanıtılmıştır. Bunula birlikte bazı performans attırma yöntemlerine değinilmiştir. Literatüre geçtiğimiz yıllarda yeni kazandırılan, ters yönlü hava akışlı 
yeni ısı pompası klima sistemi anlatılmıştır. Askeri araçlar için iklimlendirme ile ilgili önemli veriler, gereksinimler ve iklimlendirme esasları MIL-STD-1472G ve ASHRAE, 2009 referans alınarak izah edilmiştir. Termal konfor şartları ve iç hava kalitesi ile ilgili bilgilere yer verilmiştir. Yapılan literatür çalışması, askeri standartlar, Karayolları Trafik Yönetmeliği ve 4x4 MRAP sınıfı askeri aracın boyutları referans alınarak, tasarlanacak klima sisteminin tasarım kısıtları belirlenmiştir. Klimanın çalışacağı bölgenin özellikleri belirlenerek ve ASHRAE Handbook of Fundamentals dökümanındaki HBM (Heat Balance Method) kullanılarak ısıtma ve soğutma yükü hesaplanmıştır. Belirlenen soğutma yükü ile 
öncelikli olarak evaporatör kapasitesi belirlenmiştir. Tasarım kısıtları ve belirlenen kapasite referans alınarak ısı değiştiricisi tasarımı ve radyal fan seçimi yapılmıştır. Benzer şekilde mevcut esaslar dikkate alınarak sistemin sirkülasyonunu sağlayacak uygun kompresör gücü ve nominal tork değeri belirlenmiştir. Daha sonra, sırasıyla kompresör tahrik mekanizması, genleşme valfi, kurutucu filtre, kondenser tasarımı ve fan, kullanılacak sensör seçimleri, klima gaz hattı hortum boyutları ortaya konulmuştur. Klima sisteminin ana komponentleri tasarım/seçimi tamamlandıktan sonra, sistemin ısıtma ve soğutma işlemini sadece soğutma çevrimiyle yapabilmesini sağlayan klepe mekanizması taslak tasarımı anlatılmıştır. Sonrasında sistemin kompakt olarak montajlanmasının detayları gösterilmiştir. Klima sisteminin kumanda/kontrol konusuna yer verilmiştir. Mevcut taslak tasarımı yapılan klima sisteminin belirlenen referanslara göre klima kompresörü analiz programlarında ve Matlab R2022a ile çalışma analizi yapılarak, bu analizlerin değerlendirilmesi yapılmıştır. Elde edilen bulgular sonuç kısmında kısaca ortaya konulmuştur. Sonuçlar karşılaştırmalı olarak değerlendirilip, çalışmanın uygulanabilirliği ve gelecek çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
In this thesis, the case of air conditioning system design for 4x4 wheeled MRAP vehicles was discussed. In this type of military/armoured/personnel carrier vehicles, the air conditioning system has come to the fore as one of the important systems in military vehicles, since the crew spends a significant part of their time in the vehicles, and thermal comfort conditions in the vehicles have a significant impact on the crew's mobility and on-board equipment. On the other hand, it has been stated that the volume created by the air conditioning system is important both in terms of crew's mobility and positioning of other equipment. It has been expressed that automotive air conditioning systems generally consist of two separate systems as heating and cooling systems. It has been seen that these two systems occupy a significant volume inside the vehicles. It has stated that using the cooling and heating system in a 4x4 military/armoured/personnel carrier vehicles as an integrated system instead of using them as two separate systems will provide a significant advantage in terms of free space. It was presented that changes occurred from the beginning of noticeable developments in the automotive air conditioning system until today, respectively. The operation processes of the air conditioning system were explained on the basis of the vapor compression cycle. Major components in automotive air conditioning system are introduced. Notwithstanding, some performance improvement methods are addressed. The new heat pump air conditioning system with reverse air flow, which has been newly introduced in the literature in recent years, has been described. Critical data related to the automotive air conditioning in military/armoured/personnel 
carrier vehicles, requirements with regard to them and air conditioning principles regarding the air conditioning for military/armoured/personnel carrier vehicles were explained with reference to MIL-STD-1472G and ASHRAE, 2009. Information on thermal comfort conditions and indoor air quality were included. This information in the document of MIL-STD-1472G and ASHRAE Handbook, Fundamentals have established basic principles of air conditioning for military/armored/personnel carrier vehicles. However, this information is not sufficient completely to determine the restrictions to making air conditioning design for military/armored/personnel carrier vehicles. Therefore, if we are/can not ensure the accuracy of the information in the document of MIL-STD-1472G and ASHRAE Handbook, Fundamentals, we have to check other documents related to the design of air conditioning for military/armored/personnel carrier vehicles, which name is MAN PRINT to make the validation. MAN PRINT document is a paper which demonstrate circumstances that have occurred in case of insufficient air conditioning for military/armored/personnel carrier vehicles. These three documents will provide the necessary information and help us to perform air conditioning design for military/armored/personnel carrier vehicles. Design constraints which belong to air condition to be designed were determined based on the literature study in this thesis, military standards, road transport regulations, and dimensions of a 4x4 MRAP military vehicle. The heating and cooling load were calculated by determining the characteristics of the region where the air conditioner will operate and using the HBM (Heat Balance Method) in the ASHRAE Handbook of Fundamentals document. First of all, The evaporator capacity was determined according to the cooling load. Based on the design constraints and the evaporator capacity, heat exchanger design and radial fan selection were made. Similarly, the appropriate compressor power that will provide the circulation of the system and its nominal torque have been determined by taking into account the existing references. After that, compressor drive mechanism, expansion valve, drier filter, condenser design and fan, sensor selections to be used, air conditioning hose dimensions were presented, respectively. After the design/selection of the major components of the air conditioning system was completed, it has explained that the draft design of the flap mechanism which enables the system to provide heating and cooling only with the cooling cycle. Afterwards, the details of the compact assembly of the system were shown. The subject of command/control of the air conditioning system was included. According to the references in this thesis, the existing draft design of the air 
conditioning system was analyzed in the air conditioning compressor analysis programs and via Matlab R2022a, and these analyzes were evaluated. In the conclusion section, the findings obtained were briefly presented. The results were evaluated comparatively, and suggestions were made for the fields of application of the study and for next studies