Şekil değiştirebilen aileron tasarımı ve analizi
Design and analysis of a morphing aileron
Yazar: CAN ÖZER
Danışman: PROF. DR. MEHMET ARİF ADLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Şekil değiştirebilir kanat konsepti, mevcut karmaşık ve ağır sistemlere alternatif olabilecek hafif ve basit bir sistem bulunabilir mi sorusuna cevap olarak araştırma geliştirme düzeyinde olan bir konudur. Literatürde şekil değiştirebilen kanat için farklı yaklaşım tarzları vardır. Mekanik, piezoelektrik, şekil hafızalı alaşım ve esnek yapı yaklaşımı bunların en bilinenleri. Bu çalışmada da esnek yapı konsepti üzerine çalışılmıştır. Veter uzunluğunu 500 mm olan kanat profilinin, %14'luk bölümünde yapısal olarak esnek malzeme kullanılmıştır. Esnek yapı FDM (Fused Deposition Modeling) 3B yazıcı ile TPU malzemesi kullanılarak üretilmiştir. Bu esnek yapı NACA0012 simetrik kanat profilinin %60 ile %74'lik bölüm arasında; arka spara sabitlenecek şekilde konumlandırılmıştır. Esnek yapı balık iskeleti konseptindedir. %74'lik bölümden sonrası kanat profilini takip eden katı yapıdan oluşmaktadır. Biyomimetik yaklaşımla, tendonlar ile firar kenarının hareketi sağlanmaya çalışılmıştır. Tendonun bir ucu, esnek bölümün içinden geçerek firar kenarı tarafındaki; aerofoili takip eden katı yapıya sabitlenmiştir, diğer ucu motora bağılı bir kasnağa bağlıdır. Deforme olmuş şekil değiştirebilir kanadın 30 m/s akışkan hızında üstüne etki eden kuvvet belirlenmiş ve bu kuvvet etkisindeki davranışı test edilmiştir. Deforme olan firar kenarının, deforme olurken izlediği yol ve pozisyon dataları piksel takip yöntemi ile elde edilmiştir. Çalışmada farklı sertliğine sahip malzemelerle test, tasarım, deney ve analiz çalışmaları yapılmıştır. Birçok üretilmiş uçak için firar kenarı deformasyonu sağlayabilecek şekilde, şekil değiştirebilir kanat konsepti ile firar kenarı, tendon hareketleri vasıtasıyla ±30° yer değiştirebildiği gösterilmiştir.

Abstract:
The concept of a morphing wing is a topic at the research and development level as an answer to the question of whether a light and simple system can be found as an alternative to existing complex and heavy systems. In the literature, there are different approaches for a morphing wing. Mechanical, piezoelectric, shape memory alloy and flexible structure approach are the most known ones. In this study, the flexible structure concept was studied. Flexible material was used in 14% of the airfoil with a chord length of 500 mm. The flexible structure was produced with FDM (Fused Deposition Modelling) 3D printer using TPU material. This flexible structure is positioned between 60% and 74% of the NACA0012 symmetrical airfoil and fixed to the rear spar. The flexible structure has a fish skeleton concept. After the 74% section, it consists of a solid structure following the airfoil. With a biomimetic approach, the movement of the trailing edge was tried to be provided with tendons. One end of the tendon is fixed to the solid structure following the aerofoil on the trailing edge side by passing through the flexible section; the other end is connected to a pulley connected to the motor. The force acting on the deformed morphing wing at a fluid velocity of 30 m/s was determined and its behaviour under this force was tested. The trajectory and position data of the deformed trailing edge while deforming were obtained by pixel tracking method. In the study, test, design, experiment and analysis studies were carried out with materials with different stiffness. It has been demonstrated that the trailing edge can be displaced by ±30° by means of tendon movements with a morphing wing concept that can provide trailing edge deformation for many manufactured aircraft.