Kuş çarpmasının bir eğitim uçağı kanadı üzerindeki etkilerinin analizi
Analysis of bird strike effects on the wing of a training aircraft
Yazar: TUĞÇE KİPER
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM USLAN ; DOÇ. DR. MEHMET ALİ GÜLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hava araçları ile kuşların havada çarpışması durumu uçuş güvenliğini etkilemekle birlikte maddi kayıplara ve ölümlere yol açmaktadır. Havacılık sektöründe çarpmaların çoğunluğu, hava aracının ön ve kanat kısımlarında gerçekleşirken, birçok durumda da kuş, hava aracının jet motoru tarafından emilir, motorun pallerinin ve gövdesinin hasara uğramasına neden olur. Meydana gelen bu kazalar sebebiyle çarpışma durumlarına dayanıklı tasarımlar yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada hidrodinamik yapısal özelliklere sahip olduğu kabul edilerek modellenen kuş, bir uçak kanadına çarptırılmıştır. Kuş çarpması problemine en uygun analiz metodu olarak belirlenen SPH (Hidrodinamik Parçacık Metodu) yaklaşımı geçmiş çalışma sonuçlarıyla karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Analiz için gerekli olan uçak kanat yapısı CATIA tasarım programında modellenmiştir. LS-DYNA programında analiz yapılmadan önce Hypermesh yazılımı ile çözüm ağları oluşturulmuştur. Kuşu temsil eden geometri hem çok yüksek deformasyonlara uğradığı hem de istenen doğruluğu makul analiz süreleri içerisinde sağlayabildiği için dolayı SPH metodu bu problem için en uygun yöntem olduğu belirlenmiştir. Çarpma etkilerinin incelenmesi için hazırlanan simülasyonlarda; 0,91 kg ve 1,82 kg ağırlığında iki farklı kuş modeli, kanat üzerinde dört farklı yere çarptırılmıştır. Malzeme modeli olarak ise Johnson-Cook ve Piecewise Linear Plasticity modelleri LS-DYNA programında kanat yapısal elemanlarına tanımlanmıştır. Analiz sonuçlarına göre, Johnson-Cook ve Piecewise Linear Plasticity malzeme modelleri, yapısal elemanlar üzerinde eşdeğer gerilmeler oluşturmuştur. Kuş kütlesinin artması kanat üzerinde hasarı artırmıştır. Çarpma destek elemanları üzerinde gerçekleştiğinde, kabukta hasar oluşsa da ön kiriş elemanı üzerinde en az deformasyon oluşan durumdur. Kuşun destek elemanları arasına çarpması durumu, ön kiriş ve yakıt tankında hasar oluşması durumu için en kritik senaryodur. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmada kanadın kuşa çarptığı iki koşul incelenmiştir.

Abstract:
Collisions between aircrafts and birds not also threaten the flight security but also cause financial loss and loss of life. The majority of bird strikes has impacts on the front part and wings of aircrafts in the aviation industry. In substantial amount of cases, birds are absorbed by jet engines and cause damages on blades and body of engine. Crash proof designs are required because of these accidents. In this study, bird is modelled as it has hydrodynamic structural properties, collided to an aircraft wing. The bird strike on a training plane, the amount of damped energy at the wing during this collision and deformation of the wing were examined on this thesis. In order to prove the accuracy of SPH (Smooth Particle Hydrodinamics) method, parameters of a previous study in literature are used for validating. Wing structure of training plane that required for analysis, was modelled in CATIA. Analysis environment and fine mesh model were formed in Hypermesh software before the analysis in LS-DYNA program. SPH (Smooth Particle Hydrodinamics) is determined as the most appropriate method for this problem because of providing desired accuracy in reasonable analysis period and high deformation of bird geometry. Two different bird models with the weights of 0.91 kg and 1.82 kg were collided to four different locations on the wing in the course of simulations. Johnson-Cook and Piecewise Linear Plasticity material models were determined as material models of wing structural members in LS-DYNA program. According to analysis results, Johnson-Cook and Piecewise Linear Plasticity material models formed approximate stresses on the wing structural members. Increase in the bird mass increases the damage on the wing. Although bird strike causes damage on the skin when it happened on the rib, it is situation that the least deformation on front spar web appears. The bird strike between ribs is the most critical scenario for the occurrence of damage to fuel tank and front spar web.