Bir tandem uçak basınç duvarının yapısal optimizasyonu
Structural optimization of a tandem aircraft pressure wall
Yazar: SELİM EROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. TUNÇ APATAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Havacılık endüstrisi = Aviation industry ; Topoloji optimizasyonu = Topology optimization ; Yapı optimizasyonu = Structural optimization

Özet:
Hava taşıtları tasarımında ağırlık azaltımı konusu, düşük yakıt tüketimi ve yüksek manevra kabiliyetine ulaşabilmek için her zaman en çok dikkat edilen kriterlerin başında gelmiştir. Hava araçlarına ait parça tasarımlarında malzeme dağılımının en iyi şekilde sağlanabilmesi için optimizasyon yöntemleri kullanılmaktadır. Yapısal optimizasyon sayesinde tasarımı yapılan hava araçlarının şekil, boyut ve topoloji olarak en iyi duruma getirilmesi amaçlanmaktadır. Yapılan optimizasyon çalışmasının hedefleri: ağırlığın azaltılması, gerilimin azaltılması, rijiditenin artırılması, üretimin kolaylaştırılması ve maliyetinin düşürülmesidir. Topoloji optimizasyonu sınırları önceden belirlenmiş bir tasarım hacmi içerisinde, belirlenmiş sınır şartları ve yükler altında sayısal bir amaç fonksiyonu oluşturarak, parça ağırlığının en aza indirgenmesini sağlayan tasarım çalışmasıdır. Bu çalışmada optimizasyon algoritması, önceden belirlenmiş kısıtlar içerisinde en düşük ağırlığa sahip parça geometrisini oluşturmak için ilk hacimden başlayarak parça çıkarma işlemi gerçekleştirir. Bu çalışmada bir tandem uçağa ait basınç duvarının topoloji ve kalınlık optimizasyonu ile optimum geometrisi belirlenerek yapısal optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu optimizasyon çalışması sonrasında amaç geleneksel imalat yöntemleri ile üretilebilecek ve ağırlık değeri minimize edilmiş, maksimum katılığa ve optimum geometriye sahip basınç duvarı tasarımının elde edilmesidir. Elde edilen optimize modelin geometrisi oluşturulmuş ve referans model ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma neticesinde mekanik davranışlarda iyileşme ve ağırlıkta %18 avantaj elde edilmiştir. Bu sonuç topoloji optimizasyonunun tasarımda ne kadar önemli olduğunun bir kanıtıdır.

Abstract:
The weight reduction issue in aircraft design has always been one of the most important criteria for achieving low fuel consumption and high maneuverability. Optimization methods are used to ensure the best distribution of materials in the design of aircraft parts. Thanks to structural optimization, it is aimed to optimize the shape, size and topology of the designed aircraft. The objectives of the optimization study are: reducing weight, reducing tension, increasing rigidity, facilitating production and reducing cost. Topology optimization is a design study that allows minimizing the weight of parts by creating a numerical objective function within a predetermined design volume under specified boundary conditions and loads. In this study, the optimization algorithm performs part extraction starting from the first volume to create the part geometry with the lowest weight within predetermined constraints. In this study, structural optimization study was carried out by determining the optimum geometry of the pressure wall of a tandem aircraft with topology and thickness optimization. After this optimization study, the aim is to obtain a pressure wall design with maximum rigidity and optimum geometry that can be produced by traditional manufacturing methods and the weight value is minimized. The geometry of the resulting optimized model is constructed and compared with the reference model. As a result of the comparison, an improvement in mechanical behavior and an 18% advantage in weight were obtained. This result is a proof of how important topology optimization is in design.