Opto-mekanik bir tasarımın termal yükler altında yapısal incelenmesi
Structural investigation of opto-mechanical design under thermal loads
Yazar: EMRE ÇINAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN SELİM TÜRKBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde Savunma Sanayiinin en önemli ürünleri arasında güdümlü mühimmat sistemleri yer almaktadır. Güdümlü mühimmatların en önemli alt sistemlerinden biri de "mühimmatın gözü" olarak tanımlanan arayıcı sistemleridir. Arayıcıyı dış ortamlardan korumak üzere tasarlanan optik pencere – taşıyıcı metal sisteminin çevre koşullarına dayanıklı olarak çalışabilmeleri gerekmektedir. Mühimmatlar görev döngülerinde belirli senaryolara maruz kaldığında, optik pencere ile taşıyıcı parçalar ciddi termal yüklere maruz kalmaktadır. Yapıda başarısızlığa sebep olan bazı faktörler vardır. Bunların başında, optik pencereler ile taşıyıcı metal arasındaki termal genleşme katsayısı farkı gelmektedir. Sıcaklık farkı oluştuğunda, iki yapı arasında termal genleşme farkından dolayı farklı gerilmeler görülmesi olasıdır. Diğer sebepleri, optik pencerelerin taşıyıcı metale bütünlenme yöntemi, taşıyıcı metal ile optik pencereler arasında kullanılan ara bileşenler (yapıştırıcı) gibi etmenler oluşturmaktadır. Bu çalışmada, kademeli kalınlığa sahip bir silika bazlı standart pencere ile alüminyum metal birleşiminin 22 °C den 90 °C'ye ısınması test edilmiş olup, pencerenin 6 bölgesinden gerinim ve gerilme değerleri okunmuştur. İlgili sonuçlar 3. bölümde verilmiştir. Bir diğer taraftan test kaleminin sonlu eleman modeli kurulmuş ve test sınır koşullarının dâhil edildiği termo-mekanik analiz yapılmıştır. Test sonuçlarını doğrulamak amacıyla 3 farklı alternatif analiz modelinden optimum analiz modeli çıkarılmıştır. Korelasyonu sağlanan analiz modeli ile havacılık ve savunma sanayiinde kullanılan Safir, MgO, ZnSe, Germanyum, CaF2,  Silikon, MgF2 pencere türlerinin termal yük altındaki yapısal incelemesi yapılmıştır. Çalışmalarda bu pencere türlerinin farklı kalınlıktaki tipleri ayrıca incelenmiştir. Yine çalışmalara ek olarak pencerelerin alüminyum, titanyum, magnezyum ve çelik metalleri ile birleşiminde üzerinde oluşan gerilmeler bulunmuştur. İlgili sonuçlar 5. bölümde verilmiştir.

Abstract:
Today, guided ammunition systems are among the most important products of Defense Industry. One of the most important subsystems of guided ammunition is the seeker systems, defined as the "eye of ammunition". Designed optical window - carrier metal system must be able to function without being affected by environmental conditions. When +ammunition is exposed to certain scenarios in duty cycles, the optical window and the carrier parts are subjected to severe thermal loads. There are some factors that cause failure in the structure. The main difference is the thermal expansion coefficient between the carrier metal and oprical windows. When the temperature difference occurs, it is possible that different stresses may occur due to the thermal expansion difference between the two structures. Other reasons include the integration of the optical windows into the carrier metal, the intermediate components (adhesive) used between the carrier metal and the optical windows. In this study, a stepwise thickness of silica-based standard window and aluminum metal combination were tested for heating from 22 ° C to 90 ° C. Related results are given in section 3. On the other hand, a finite element model of the test item was established and thermo-mechanical analysis including the test boundary conditions was performed. In order to confirm the test results, the optimum analysis model was developed in 3 different alternative analysis models. Correlated analysis model was used for structural analysis of Safir, MgO, ZnSe, Germanium, CaF2, Silicon, MgF2 window types used in Aviation and Defense Industry under thermal load. Different thickness types of these window types were also investigated in the studies. In addition to these studies, stresses were found on the combination of windows with aluminum, titanium, magnesium and steel metals. Related results are given in section 5.