BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ KONVANSİYONEL OLMAYAN ESNEK KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ANALİZİ VE İÇ YAPISININ TASARIMI



Benzer belgeler
KONVANSİYONEL OLMAYAN İKİ FARKLI KONTROL YÜZEYİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE KARŞILAŞTIRILMASI

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACI KANATLARININ AĞIRLIKLARININ İNCELENMESİ

BİR HİBRİT FİRAR KENARI KONTROL YÜZEYİNİN TASARIMI VE ANALİZİ

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYLERİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACIN KANATLARININ AERODİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Hibrit Bir Kontrol Yüzeyinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Destekli Yapısal Analizi

ŞEKİL DEĞİŞTİREN UÇAKLAR VE GELECEK

ODTÜ'DE YAPILAN İNSANSIZ HAVA ARACI ÇALIŞMALARI

Prof. Dr. Yavuz YAMAN, Prof. Dr. Serkan ÖZGEN, Doç. Dr. Melin ŞAHİN Y. Doç. Dr. Güçlü SEBER, Evren SAKARYA, Levent ÜNLÜSOY, E.

GÖREVE UYUMLU KANATLARA SAHİP BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ, UÇUŞ TESTLERİ VE YAPISAL GELİŞTİRİLMESİ

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN ÖN TASARIM SÜRECİNDE AERODİNAMİK VE YAPISAL ANALİZLERİNİN EŞLENMESİ

BOŞTA HAREKET DOĞRUSALSIZLIĞI BULUNAN, GÖREVE UYUMLU KONTROL YÜZEYLERİNİN ÇIRPMA YÖNÜNDEN İNCELENMESİ

ORTA BÜYÜKLÜKTE BİR NAKLİYE UÇAĞININ EKİPMAN RAFI TASARIMI

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

GÖREVE UYUMLU KANATLARA SAHİP BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ TASARIMI

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN AERODİNAMİK VE YAPISAL TASARIMI

MUKAVEMET-I DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ FİNAL ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI ARALIK-2018

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

Hava Aracının Üzerinden Titreşim Kaynaklı Enerji Hasatı Çalışmaları

DEĞİ KEN KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT KESİTİNİN 2-BOYUTLU AERODİNAMİK ANALİZİ

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

KAFES TİPİ YELKAPAN KULELERİNIN RÜZGAR YÜKÜ ALTINDA MUKAVEMET ANALİZLERİ

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

UZAYSAL VE DOLU GÖVDELİ AŞIKLARIN ÇELİK ÇATI AĞIRLIĞINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

MUKAVEMET-2 DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ VİZE ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI MART Burulma 2.Kırılma ve Akma Kriterleri

BİR ASANSÖR KABİNİ SÜSPANSİYONU İÇİN DÜŞME ANALİZİ

TMMOB Makina Mühendisleri Odası VIII. Ulusal Uçak, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Kurultayı Mayıs 2015 / ESKİŞEHİR

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Başlıca ANALİZ TİPLERİ. ve Özellikleri

PERDELERDEKİ BOŞLUKLARIN YATAY ÖTELENMEYE ETKİSİ. Ayşe Elif ÖZSOY 1, Kaya ÖZGEN 2 elifozsoy@hotmail.com

Hibrit ve Çelik Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışlarının Karşılaştırılması

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Strain Gauge Deneyi Çalışma Notu

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

Saf Eğilme(Pure Bending)

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

BURULMA (TORSİON) Dairesel Kesitli Çubukların (Millerin) Burulması MUKAVEMET - Ders Notları - Prof.Dr. Mehmet Zor

KOMPOZİT BİR İNSANSIZ HAVA ARACI KANADININ TASARIM VE ANALİZİ BİTİRME ÇALIŞMASI. Emre SAĞLAM. Uçak Mühendisliği

Karayolu Köprülerinin Modal Davranışına Kutu Kesitli Kiriş Şeklinin Etkisi Doç. Dr. Mehmet AKKÖSE

δ / = P L A E = [+35 kn](0.75 m)(10 ) = mm Sonuç pozitif olduğundan çubuk uzayacak ve A noktası yukarı doğru yer değiştirecektir.

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

YER HİZMETLERİ VE RAMP - I. Öğr. Gör. Gülaçtı ŞEN

PERDELĠ BETONARME YAPILAR ĠÇĠN DOĞRUSAL OLMAYAN ANALĠZ METOTLARI

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BİR JET EĞİTİM UÇAĞI KOKPİTİNİN YAPISAL ANALİZLERİ

KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ KANADINA KUŞ ÇARPMASI ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI ÖZET

Savunma Sanayii Telnolojileri Sertifika Programı

Hasan ve Yaman. Muvaffak HASAN TAI, Tasarım ve Geliştirme Bölümü, Akıncı 06936, ANKARA, ÖZET

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

YAPI MÜHENDİSLİĞİ BİLGİSAYAR UYGULAMALARI

GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GELĐŞTĐRME ÇALIŞMALARI

Karadeniz Technical University

Malzemelerin Mekanik Özellikleri

ATLAS-SAHA VE ARAZİ GÖREVLERİNE YÖNELİK, MODÜLER VE YÜKSEK FAYDALI YÜK ORANLI MİKRO SINIFI BİR İHA TASARIMI, ÜRETİMİ VE TESTLERİ

Şekil 2: Kanat profili geometrisi

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 3 ÜÇ NOKTALI EĞİLME DENEYİ

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT/ KONTROL YÜZEYLERİNİN UÇUŞTAKİ ETKİLERİ

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

Mukavemet-II PROF. DR. MURAT DEMİR AYDIN

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

MMU 420 FINAL PROJESİ

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

25. SEM2015 programı ve kullanımı

KADEMELENDİRİLMİŞ KÖPÜK MALZEMELERİN SANDVİÇ KİRİŞİN DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

DOĞRUSAL OLMAYAN ANALİZ İÇİN KULLANILAN TİCARİ PROGRAMLARIN ÇERÇEVE SİSTEMLER İÇİN KARŞILAŞTIRILMASI

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

MMU 420 FINAL PROJESİ. 2015/2016 Bahar Dönemi. Bir Yarı eliptik yüzey çatlağının Ansys Workbench ortamında modellenmesi

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

MUKAVEMET DERSİ. (Temel Kavramlar) Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

Mukavemet-I. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

3. İzmir Rüzgar Sempozyumu Ekim 2015, İzmir

MECHANICS OF MATERIALS

MUKAVEMET FATİH ALİBEYOĞLU

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

MAKİNE ELEMANLARI 1 GENEL ÇALIŞMA SORULARI 1) Verilen kuvvet değerlerini yükleme türlerini yazınız.

Doç. Dr. Bilge DORAN

Erdener ve Yaman ÖZET DEVELOPMENT OF STRUCTURAL MODEL OF AN AIRCRAFT WING ABSTRACT

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Genel Laboratuvar Dersi Eğilme Deneyi Çalışma Notu

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

Düzlem Kafes Sistemlerin ANSYS Paket Programı ile Optimum Geometri Tasarımı

BİR TİCARİ ARAÇ İÇİN ECE R-14 REGÜLASYONUNA UYGUN KOLTUK BAĞLANTILARININ GELİŞTİRİLMESİ

SARILMIŞ VE GELENEKSEL TİP YIĞMA YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ. Ali URAL 1

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9B - BURULMA DENEYİ

ENLEME BAĞLANTILARININ DÜZENLENMESİ

Transkript:

3. Ulusal Havacılıkta İleri Teknolojiler Konferansı (HİTEK 2014), 18-19 Haziran 2014, Hava Harp Okulu, İstanbul BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ KONVANSİYONEL OLMAYAN ESNEK KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ANALİZİ VE İÇ YAPISININ TASARIMI Pınar ARSLAN Uğur KALKAN Harun TIRAŞ İlhan Ozan TUNÇÖZ pinar.arslan@metu.edu.tr ODTÜ, Havacılık ve Uzay ugur.kalkan@metu.edu.tr ODTÜ, Havacılık ve Uzay tiras.harun@metu.edu.tr ozan.tuncoz@metu.edu.tr Yosheph YANG Yrd. Doç. Dr. Ercan GÜRSES Doç. Dr. Melin ŞAHİN Prof. Dr. Serkan ÖZGEN yosheph.yang@metu.edu.tr ODTÜ, Havacılık ve Uzay gurses@metu.edu.tr ODTÜ, Havacılık ve Uzay msahin@metu.edu.tr sozgen@ae.metu.edu.tr Prof. Dr. Yavuz YAMAN yyaman@metu.edu.tr ÖZET Bu çalışmada bir insansız hava aracının konvansiyonel olmayan esnek ve büyük oranda şekil değiştirebilen kontrol yüzeyleri incelenmiştir. Bu bağlamda esnek bir kontrol yüzeyi malzemesi seçilmiş ve seçilen malzemeye göre kontrol yüzeyi içyapısı tasarlanmıştır. Kontrol yüzeyi içyapısı tasarımında, farklı sayıda servomotor kullanımının etkisi de göz önünde bulundurulmuştur. Malzeme seçimi ve iç yapı tasarımının sonucunda, kontrol yüzeyinin uçuş koşullarındaki aerodinamik yükler ve servomotor yükleri altında gerekli şekil değiştirmeleri sağladığı gösterilmiştir. Yapılan tasarımda ayrıca, esnek kontrol yüzeyinin ve içyapısının kanat profilini bozmayacak şekilde aerodinamik yükleri taşıyor olması da dikkate alınmıştır. Analizler sonucunda, kontrol yüzeyinin istenilen şekilde çalışabilmesini sağlayacak en güvenli servomotor sayısı kararlaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Konvansiyonel Olmayan Kontrol Yüzeyi, Yapısal Analiz, Esnek Malzeme STRUCTURAL DESIGN AND ANALYSIS OF INTERIOR STRUCTURE OF UNCONVENTIONAL COMPLIANT CONTROL SURFACES OF AN UNMANNED AERIAL VEHICLE ABSTRACT In this study, compliant and morphing unconventional control surfaces of an unmanned aerial vehicle (UAV) is examined. In this context, a compliant material for control surface is chosen and interior structure of the control surface is designed according to the selected material. During the design of an interior structure of the control surface, use of different number of servo actuators is taken into consideration. In consequence of material selection and design of the interior structure, it is shown that necessary deflection of the control surface is possible under the aerodynamic loads in flight conditions and servo actuation loads. Moreover, in this design, it is considered that compliant and morphing control surface and its interior structure is able to carry aerodynamic loads while sustaining the wing profile. As a result of various analyses, the safest number of servo actuators are decided to operate the control surface in a desired manner. Keywords: Unconventional Control Surface, Structural Analysis, Compliant Material Sorumlu Yazar 1

1. GİRİŞ Hava araçlarında bulunan kontrol yüzeylerinin amacı, kanat veya kuyruk üzerindeki hava akışını değiştirmektir. Hava akışındaki değişim, aerodinamik kuvvet dağılımlarının değişimine sebep olmakta ve kontrol yüzeyinin bulunduğu pozisyona ve hareketine göre hava aracında istenilen etki sağlanmaktadır. Bir kontrol yüzeyi olan flap, iniş ve kalkış durumunda hava aracının düşük süratlerde havada tutunabilmesini sağlamaktadır. Konvansiyonel olan kontrol yüzeylerinin, kanatla bağlandığı noktalarda, kanat üzerindeki hava akışını bozan boşluklar bulunmaktadır. Konvansiyonel olmayan kontrol yüzeyleri ise bu boşlukları ortadan kaldırmakta ve taşıma/sürükleme katsayısı oranını konvansiyonel kontrol yüzeylerine göre arttırmaktadır [1]. Bu çalışmada bir insansız hava aracının, konvansiyonel olmayan esnek kontrol yüzeylerinin iç yapısının tasarımı ve yapısal analizi gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu çalışma bir Avrupa Birliği 7. Çerçeve Programı Projesi olan CHANGE, Combined morphing Assessment software using flight Envelope data and mission based morphing prototype wing development projesi kapsamında desteklenmektedir [2]. Çalışmada incelenen kontrol yüzeyinin, CHANGE Projesi [2] kapsamında geliştirilen insansız hava aracı kanadının firar kenarında flap olarak kullanılması planlanmaktadır. Kontrol yüzeyi, Neoprene Rubber ve 7781 E-Glass Fabric Araldite LY052 Resin Aradur HY5052 Hardener Laminated kompozit [3] olmak üzere iki ayrı malzemeden oluşmaktadır. Ayrıca tasarlanan kontrol yüzeyi; firar kenarı kapalı, hibrit ve esnek bir kontrol yüzeyidir. Oluşturulan kontrol yüzeyi Şekil 1 de gösterilmiştir. Kontrol yüzeyi davranışını incelemek amacıyla üç durumda, farklı sayılarda servomotor kullanılmış ve bu durumlar yapısal analizler yapılmak suretiyle karşılaştırılmıştır. İlk durumda, üst ve alt yüzeylerde ikişer tane olmak üzere toplam dört servomotor; ikinci durumda, üst ve alt yüzeylerde üçer tane olmak üzere toplam altı servomotor; üçüncü durumda üst yüzeyde üç, alt yüzeyde iki tane olmak üzere toplam beş servomotor kullanılmıştır. Kullanılan servomotorların, kanat tork kutusunun içine yerleştirilmesi planlanmaktadır. Şekil 1. Kapalı, Hibrit ve Esnek Firar Kenarı Kontrol Yüzeyi Kontrol yüzeyi katı kodeli CATIA V5-6R2012 paket programı kullanılarak oluşturulmuştur. Servomotorların ilettiği kuvvetlerin etkisini görebilmek amacıyla, ANSYS Workbench v14.0 paket programının Static Structural modülü kullanılarak sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. 2. YÖNTEM Oluşturulan firar kenarı esnek kontrol yüzeyi: NACA6510 profiline, 1 [m] kanat açıklığına ve 0.18 [m] veter uzunluğuna sahip olup, kanat açıklığı boyunca kontrol yüzeyinde burunlama bulunmamaktadır. Kontrol yüzeyinin hareketi üst ve alt yüzeylere ayrı ayrı bağlanmış Şekil 2 de gösterilen servomotorlar sayesinde sağlanmaktadır. Servo motorlar kontrol yüzeyini Şekil 2 de gösterilen çıkıntılardan itmektedir. Üst yüzeye bağlı servomotorlar, alt yüzeye bağlı servomotorlardan daha büyük tork değelerinde çalıştırılarak, üst yüzeydeki Neoprene Rubber ın alt yüzeydeki karşılığına göre daha fazla uzaması sağlanmaktadır. Neoprene Rubber, kullanılan kompozit malzemeye kıyasla çok daha esnek yapıda olduğundan, üst ve alt yüzeyde bulunan Neoprene Rubber ın farklı miktarlarda uzaması kompozit kısımda bir katı cisim dönüşü etkisi yaratmaktadır. Bu sayede kontrol yüzeyinin hareketi ve ilintili kanat kambur değişimi sağlanmaktadır. 2

Neorene Rubber ın kalınlığı 2 [mm] olup 3-boyutlu katı elemanlarla modellenmiştir. Şekil 2. Üst ve Alt Yüzeye Bağlı Servomotorlar ( Sırasıyla Dört, Beş ve Altı Servomotor Durumu ) Kontrol yüzeyi sonlu elemanlar analizi aerodinamik yükler ve yerçekimi kuvveti altında yapılmıştır. Kullanılan aerodinamik yükler CHANGE Projesi ortakları [4] tarafından sağlanmıştır. Hava aracı kanadına etki eden basınç katsayısı dağılımı ise Şekil 3 te gösterilmiştir. Kompozit kısmın katı cisim dönüşü yapması beklendiğinden, servomotorlardan gelen kuvvetlerin bu kısım üzerinde yarattığı deformasyonun ihmal edilebilir düzeyde olduğu varsayılmıştır. Bu sebepten ötürü, sonlu elemanlar modelinin hızlı çözümü açısından ortotropik kompozit malzeme modeli yerine izotropik doğrusal bir malzeme olan alüminyum kullanılmıştır. Kullanılan alüminyum ANSYS Workbench v14.0 paket programının malzeme kütüphanesinden seçilmiş, ve malzemenin özkütle değeri 7781 E-Glass Fabric Araldite LY052 Resin Aradur HY5052 Hardener Laminated kompozit in özkütlesi olan 1513 [kg/m 3 ] şeklinde tanımlanmıştır. Ayrıca, kullanılan kompozit kısmın kabuk kalınlığı 1.08 [mm] olarak tanımlanmış ve kabuk elemanlarıyla modellenmiştir [3]. Servomotordan gelen kuvvetleri aktaracak servo kolu ve kuvvet aktarma çubuklarının malzeme modeli için ANSYS Workbench v14.0 paket programının malzeme kütüphanesinden seçilmiş yapısal çelik kullanılmıştır. Kuvvet aktarma çubukları dairesel kesite sahip olup, kesit yarıçapı 1.25 [mm] olarak tanımlanmıştır. Servo kolları ise dikdörtgen kesit şeklinde modellenmiştir. Kuvvet aktarma çubukları ve servo kolları kiriş elemanlarla modellenmiştir. Modellenen kuvvet aktarma çubuğu ve servo kolu Şekil 4 te gösterilmiştir. Şekil 3. CHANGE Proje Ortakları Tarafından Sağlanan Kanat Basınç Katsayısı Dağılımı Çalışmada kullanılan Neoprene Rubber, ANSYS Workbench v14.0 paket programının malzeme kütüphanesinden seçilmiştir. Bu malzemenin özkütlesi 1250 [kg/m 3 ] olarak tanımlanmıştır [5]. Kullanılan Şekil 4. Servo Kolu ve Kuvvet Aktarma Çubuğunun Çözüm Ağındaki Görünümü Toplam dört servomotorun kullanıldığı durum için oluşturulan çözüm ağının izometrik ve yandan görünümü sırasıyla Şekil 5 ve Şekil 6 da gösterilmiştir. 3

Şekil 5. Dört Servomotorun Kullanıldığı Durumun Sonlu Elemanlar Analizi Çözüm Ağı İzometrik Görünüm Şekil 6. Dört Servomotorun Kullanıldığıı Durumun Sonlu Elemanlar Analizi Çözüm Ağı - Yan Görünüm Sonlu elemanlar Şekil 6 daki koordinat eksenine göre üst servo kollarına 25.5 0 saat istikametinde, alt servo kollarına ise 13.5 0 saat istikametinin tersi yönde dönüş sınır şartı tanımlanmıştır. Tanımlanan dönüş sınır şartı sonucunda servo kolu dönerek, torkunu kuvvet aktarma koluna iletmektedir. Kuvvet aktarma çubuğu bu sayede hareket ederek, kompozit kısmı itmekte ve kontrol yüzeyine istenilen hareketi yaptırmaktadır. Kuvvet aktarma çubukları ile servo kollarının birleştiği noktalarda, düğüm noktaları Y ekseninde dönüş hariç, tüm serbestlik derecelerinde eşleştirilmiştir. Bu sayede, birleşim noktaları bir menteşe görevi görmektedir. Neoprene Rubber ın kanada bağlanacağı kısma ankastre sınır şartı uygulanmıştır. Kontrol yüzeyinin kabuklarına CHANGE Proje ortaklarından gelen aerodinamik yükler aktarılmış olup, tüm sisteme yer çekimi kuvveti eklenmiştir. Oluşturulan tüm sınır şartları Şekil 7 de gösterilmiş ve dört servomotora sahip durum için oluşturulan çözüm ağı özellikleri de Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1. Dört Servomotora Sahip Durum İçin Kontrol Yüzeyi Sonlu Elemanlar Modeli Çözüm Ağı Özellikleri Kompozit Kısım Neoprene Rubber Eleman Tipi Eleman Büyüklüğü [mm] Dikdörtgen 30 Dikdörtgen Prizma 5 Toplam Düğüm Noktası Sayısı 12066 4

Şekil 7. Dört Servo Motorun Kullanıldığı Kontrol Yüzeyi Sonlu Elemanlar Modeline Uygulanan Sınır Şartları Neoprene Rubber doğrusal bir malzeme olmadığından ve kontrol yüzeyinin hareketi sırasında büyük oranda yer değiştirmeler beklendiğinden, tüm sonlu elemanlar analizleri ANSYS Workbench v14.0 paket programının Static Structural modülünde sağlanan Büyük Oranlı Yer Değiştirme opsiyonu kullanılarak, doğrusal olmayan yöntemlerle yapılmıştır. 3. BULGULAR Kontrol yüzeyinin hareketi için gerekli olan servomotorların tork değerleri, tanımlanan dönüş sınır şartlarında oluşan tork tepkileriyle bulunmuştur. Tablo 1 de gösterilen çözüm ağı özellikleri için servomotorlarda belirtilen servo kolu dönüş sınır şartlarında oluşan tork tepkileri ise Şekil 8 de belirlenen servomotor numaralarına göre Tablo 2, Tablo 3 ve Tablo 4 de gösterilmiştir. Tablo 2. Dört Servomotora Sahip Durum için Her Bir Servomotorda Oluşan Tork Tepkileri Servomotor Numarası Tork Tepkileri[N-mm] 1 437.24 2-3 448.02 4 90.34 5-6 131.36 Tablo 3. Beş Servomotora Sahip Durum için Her Bir Servomotorda Oluşan Tork Tepkileri Servomotor Numarası Tork Tepkileri [N-mm] 1 330.16 2 284.63 3 340.68 4 113.14 5-6 152.84 Tablo 4. Altı Servomotora Sahip Durum için Her Bir Servomotorda Oluşan Tork Tepkileri Servomotor Numarası Tork Tepkileri[N-mm] 1 327.29 2 330.63 3 310.59 4 69.45 5 65.73 6 142.13 Dört, beş ve altı servomotora sahip durumlar için belirlenen servo kolu dönüş sınır şartlarının uygulanmasıyla oluşan kontrol yüzeyi toplam yer değiştirmeleri Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11 de gösterilmiştir. 5

Şekil 8. Tablo 2, Tablo 3 ve Tablo 4 için Servomotor Numaralandırması Şekil 9. Dört Servo Durumu için Kontrol Yüzeyi Toplam Yer Değiştirmesi (Maksimum Yer Değiştirme: 18.794 [mm]) Şekil 10. Beş Servo Durumu için Kontrol Yüzeyi Toplam Yer Değiştirmesi (Maksimum Yer Değiştirme: 20.592 [mm]) 6

Şekil 11. Altı Servo Durumu için Kontrol Yüzeyi Toplam Yer Değiştirmesi (Maksimum Yer Değiştirme: 20.252 [mm]) Şekil 12. Kontrol Yüzeyi Sonlu Elemanlar Modelinde Maksimum Tork Tepkileri Sonuçlarının Yakınsama Analizi Sonuçların güvenilirliği açısından çözüm ağına kompozit kısmın eleman büyüklüğü sabit tutulup Neoprene Rubber ın eleman büyüklüğü değiştirilerek yakınsama analizi yapılmıştır. Kompozit kısmın da eleman büyüklüğü değiştirilerek sonuçlara bakılmıştır fakat değiştirilen eleman büyüklüklerinin sonuçları değiştirmediği görülmüştür. Yakınsama analizi dört servomotora sahip durum için maksimum tork tepkileri bulunarak yapılmıştır. Şekil 12 de görüldüğü gibi 2.5 [mm], 5 [mm], 7.5 [mm] ve 10 [mm] eleman büyüklükleri için bulunan sonuçlar birbirine çok yakındır. 7.5 [mm] ve 10 [mm] noktalar eğrinin eğim değiştiren noktalarında yer aldığından ve 2.5 [mm] eleman büyüklüğünün de sonlu elemanlar analizi hesaplama süresi diğerlerinden daha uzun sürdüğünden ötürü 5 [mm] eleman büyüklüğünün sonuçları göz önüne alınmıştır. 7

Dört, beş ve altı servo durumları için Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11 de belirtilen yer değiştirmeler için servo kolu-kuvvet aktarma çubuğunda oluşan maksimum gerilme değerleri de Tablo 5 de gösterilmiştir. Servo kolu ve kuvvet aktarma çubuğu için akma gerilmesi 380 MPa [6] olan yapısal çelik kullanıldığından yapı mukavimdir. Tablo 5. Dört, Beş ve Altı Servo Durumu İçin Servo Kolu-Kuvvet Aktarma Çubuğunda Oluşan Maksimum Gerilme Değerleri Dört Servo Durumu Beş Servo Durumu Altı Servo Durumu Servo Kolu-Kuvvet Aktarma Çubuğunda Oluşan Maksimum Gerilme [MPa] 254.37 201.17 189.93 Tablo 6. Neoprene Rubber Kısmında Oluşan Maksimum Gerinim Değerleri Maksimum Gerinim [mm/mm] Dört Servo Durumu 0.3166 Beş Servo Durumu 0.3306 Altı Servo Durumu 0.3309 4. SONUÇLAR Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11 den görüldüğü üzere her üç durumda kontrol yüzeyinin toplam yer değiştirme mertebeleri aynıdır. Beklendiği üzere altı servomotora sahip durumda, servomotor başına düşen tork mertebeleri diğer iki duruma kıyasla daha düşüktür. Kontrol yüzeyinin çalışma prensibi Neoprene Rubber ların uzatılmasına dayandığından, uçuş esnasında servomotorlarda oluşacak bir arızadan en çok dört servomotora sahip durum etkilenecektir. Üst veya alt yüzeye bağlı servomotorlardan birisinin çalışmadığı durumda Neoprene Rubber düzgün olarak uzayamayacak ve kontrol yüzeyi aerodinamik etkisini kaybedecektir. Beş ve ya altı servomotora sahip durumda ise servomotorlardan birisi bozulsa dahi diğerler karşılıkları Neoprene Rubber ı uzatabilecektir. Tablo 5 teki maksimum gerilme değerlerine bakıldığında altı servo durumunda servo kolu ve kuvvet aktarma çubuğunda en az gerilmenin oluştuğu görülmektedir. Tüm bu şartlar altında, altı servomotora sahip durumun en güvenli olduğu görülmektedir. Ağırlık olarak altı servomotorlu durumun beş servomotorlu duruma göre daha fazla olmasına rağmen bir servomotorun ağırlığının 20 [gr] olduğu bilindiğinden güvenliği ön plana alarak altı servomotorlu durum seçilmiştir. Neoprene Rubber da oluşan gerinme mertebelerinden elde edilen bilgiler ışığında, ticari bir Neoprene Rubber seçilerek, analizler seçilen bu gerçek malzeme parametreleriyle tekrarlanacaktır. Ayrıca, kuvvet aktarma çubuklarının kesit yarıçapıyla, kontrol yüzeyinin toplam yer değiştirme miktarının nasıl değiştiğini tespit etmek amacıyla da analizlerin yapılması planlanmaktadır. Son olarak, geliştirilen konseptin aerodinamik verimliliğinin tespit edilmesi amacıyla kontrol yüzeyinin eğildiği durumda da aerodinamik analizler yapılacaktır. 5. TEŞEKKÜR Bu çalışma FP7-AAT-2012-RTD-1, Collaborative Project, Grant Agreement Number: 314139. CHANGE, Combined morphing Assessment software using flight Envelope data and mission based morphing prototype wing development projesi kapsamında desteklenmektedir. Yazarlardan İlhan Ozan Tunçöz ve Yosheph Yang, yüksek lisans eğitimleri boyunca kendilerini destekleyen TÜBİTAK a teşekkür ederler. 6. KAYNAKLAR [1] Tunçöz, İ. O., Yang, Y., Özgen, S., Gürses, E., Şahin, M., Yaman, Y., Konvansiyonel ve Konvansiyonel Olmayan Kontrol Yüzeylerine Sahip İnsansız Hava Aracı Kanatlarının Aerodinamik Özelliklerinin Değerlendirilmesi, SAVTEK2014, 7. Savunma Teknolojileri Kongresi, 25-27 Haziran 2014, ODTÜ Kültür-Kongre Merkezi, Ankara. [2] CHANGE FP7 Project, http://change.tekever.com/, (15.05.2014 tarihinde erişilmiştir) [3] Ünlüsoy, L., İnsansız Bir Hava Aracının Göreve Uyumlu Kanatlarının Yapısal Tasarım ve Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Şubat 2010, ODTÜ, Ankara [4] CHANGE FP7 Project, http://change.tekever.com/partnership (15.05.2014 tarihinde erişilmiştir) 8

[5] Cambridge University Engineering Department, Materials Data Book, 2003 Edition, http://wwwmdp.eng.cam.ac.uk/web/library/enginfo/cueddatabook s/materials.pdf, (24.02.2014 tarihinde erişilmiştir) [6] Deparment of Defense, USA, Military Handbook, Metallic Mateials and Elements for Aerospace Vehicle Structures, MIL-HDBK-5H, 1 December 1998 ÖZGEÇMİŞLER Pınar ARSLAN başlamış olup, Temmuz 2013 ten beri CHANGE Projesi çalışanıdır. Yüksek lisans eğitiminde Şekil değiştirebilen bir kanadın kabuk ve kontrol yüzeylerinin yapısal analizi üzerine çalışmaktadır. Uğur KALKAN başlamış olup, Temmuz 2013 ten beri CHANGE Projesi çalışanıdır. Yüksek lisans eğitimine Büyük oranda şekil değiştirebilen bir insansız hava aracı kanadına ait şekil değiştirebilen firar kenarı kontrol yüzeyinin aerodinamik ve yapısal analizleri üzerine çalışmaktadır. Harun TIRAŞ başlamış olup, Temmuz 2013 ten beri CHANGE Projesi çalışanıdır. Yüksek lisans eğitiminde Büyük oranda şekil değiştirebilen kanatların yapısal analizi üzerine çalışmaktadır. İlhan Ozan TUNÇÖZ başlamış olup, Temmuz 2013 ten beri CHANGE Projesi çalışanıdır. Yüksek lisans eğitiminde Büyük oranda şekil değiştirebilen kanatların yapısal dinamiği üzerine çalışmakta olup, yüksek lisans eğitimi boyunca TÜBİTAK tarafından desteklenmektedir. Yosheph YANG başlamıştır. Yüksek lisans eğitiminde Büyük oranda şekil değiştirebilen bir hava aracının aerodinamik performansı için bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği aracı uygulanması üzerine çalışmakta olup, yüksek lisans eğitimi boyunca TÜBİTAK tarafından desteklenmektedir. Yrd. Doç. Dr. Ercan GÜRSES 1999 yılında ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü nden lisans, 2002 ve 2007 yıllarında Stuttgart Üniversitesi nden yüksek lisans ve doktora derecelerini almıştır. Hesaplamalı katı cisim mekaniği, sürekli ortam mekaniği, sonlu elemanlar ve ileri malzemeler temel ilgi alanlarıdır. Doç. Dr. Melin ŞAHİN 1996 ve 1999 yıllarında ODTÜ Havacılık Mühendisliği bölümünden lisans ve yüksek lisans, 2004 yılında ise University of Southampton, UK den Doktora derecesini almıştır. Yapısal dinamik analizler, hafif ve kompozit yapılarda hasar tespiti, akıllı malzemeler ve uygulamaları, şekil değiştiren kanat uygulamaları, aktif titreşim kontrolü ve biomalzeme uygulamaları temel ilgi alanlarıdır. Prof. Dr. Serkan ÖZGEN 1992 ve 1994 yıllarında ODTÜ Havacılık Mühendisliği Bölümünden Lisans ve Yüksek lisans derecelerini almıştır. 1995 yılında Belçika da bulunan Von karman Enstitüsünde ikinci yüksek lisans çalışmasını tamamlamış, 1999 yılında Université Libre de Bruxelles/Belçika dan doktora derecesini almıştır. 2000 yılından beridir ODTÜ Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümünde Öğretim Üyesi olarak görev yapan Prof. Dr. Serkan Özgen in akademik çalışmaları akış kararsızlıkları, uçak tasarımı, uçuş sırasında buzlanma ve şekil değiştiren kanatların tasarımı ve analizi olarak üzerine yoğunlaşmıştır Prof. Dr. Yavuz YAMAN 1981 ve 1984 yıllarında ODTÜ Makina Mühendisliği bölümünden lisans ve yüksek lisans, 1989 yılında ise University of Southampton, UK den doktora derecesini almıştır. Yapısal dinamik, akıllı yapılar yardımıyla aktif titreşim kontrolü, şekil değiştiren kanat uygulamaları ve biyomekanik uygulamaları temel ilgi alanlarıdır. 9