GÖREVE UYUMLU KANATLARA SAH P B R NSANSIZ HAVA ARACININ TASARIMI

Benzer belgeler
GÖREVE UYUMLU KANATLARA SAHİP BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ TASARIMI

GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GELĐŞTĐRME ÇALIŞMALARI

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

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

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

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN AERODİNAMİK VE YAPISAL TASARIMI

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

ŞEKİL DEĞİŞTİREN UÇAKLAR VE GELECEK

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

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

KONVANSİYONEL OLMAYAN İKİ FARKLI KONTROL YÜZEYİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE KARŞILAŞTIRILMASI

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

Hibrit Bir Kontrol Yüzeyinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Destekli Yapısal Analizi

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

AKILLI BİR KİRİŞİN STATİK AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞI

BİR HİBRİT FİRAR KENARI KONTROL YÜZEYİNİN TASARIMI VE ANALİZİ

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

YAPI ve DEPREM MÜHENDİSLİĞİNDE MATRİS YÖNTEMLER. Prof. Dr. Hikmet Hüseyin ÇATAL. Prof. Dr. Hikmet Hüseyin ÇATAL. (III. Baskı)

Taş, Yaman ve Kayran. Altan KAYRAN. ÖZET

İNSANSIZ BİR HAVA ARACININ AEROELASTİK ANALİZİ

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT/ KONTROL YÜZEYLERİNİN UÇUŞTAKİ ETKİLERİ

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

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

UHUK Yavuz Yaman 2 Üniversitesi, Ankara ÖZET. ekte ve kambur azaltma

Hava Aracının Üzerinden Titreşim Kaynaklı Enerji Hasatı Çalışmaları

SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKA ÜZERİNDE AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜ AMACIYLA KULLANILACAK PİEZOELEKTRİK YAMALARIN YERLERİNİN BELİRLENMESİ

SES-ÜSTÜ KANARD KONTROLLÜ FÜZELER İÇİN SERBEST DÖNEN KUYRUĞUN ŞEKİL OPTİMİZASYONU

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

SMART STRUCTURES APPLICATIONS

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

TURBOCHARGER REZONATÖRÜ TASARIMINDA SES İLETİM KAYBININ NÜMERİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

T.C. TURGUT ÖZAL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

AKILLI BİR PLAKANIN SERBEST VE ZORLANMIŞ TİTREŞİMLERİNİN KONTROLÜ

GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GEL T RME ÇALI MALARI

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM KONTROLÜNDE ALGILAYICI VE UYARICI OLARAK KULLANILMASI

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLAR İÇİN VETER VE KAMBUR DEĞİŞİMİ SAĞLAYAN BİR MEKANİZMANIN TASARIMI

Volkan Nalbantoğlu. E-posta:

DÖNER KİRİŞ BENZERİ HAVACILIK YAPILARININ YAPISAL TESTİ İÇİN EYLEYİCİ YÜKÜ HESAPLAMA ALGORİTMASI VE ÇOK EKSENLİ TEST İLE DOĞRULANMASI

MODÜL-13 ÖRNEK SORULAR. 1. Aşağıdakilerden hangisi ana uçuş kontrol yüzeylerinden biri değildir?

AERODİNAMİK KUVVETLER

SENTETİK JET PARAMETRELERİNİN ELİPTİK PROFİL VE KANAT KESİDİ ÜZERİNDEKİ AKIŞIN KONTROLÜ İÇİN YANIT YÜZEYİ YÖNTEMİ İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ


BİR JET EĞİTİM UÇAĞI KOKPİTİNİN YAPISAL ANALİZLERİ

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

DENEY 2. Şekil 1. Çalışma bölümünün şematik olarak görünümü

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ HAVACILIK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ. Prof. Dr. Mustafa Cavcar 8 Mayıs 2013

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

UÇUŞ SIRASINDA BUZLANMA ANALİZLERİNDE DAMLACIK YÖRÜNGELERİNİN PARALEL HESAPLAMA YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ

ORTA BÜYÜKLÜKTE BİR NAKLİYE UÇAĞININ EKİPMAN RAFI TASARIMI

PERMEAB L TE VE KONSOL DASYON DENEYLER LE ELDE ED LEN PERMEAB L TE KATSAYILARININ KAR ILA TIRILMASI

AKILLI BİR PLAKANIN TİTREŞİMLERİNİN SÖNÜMLENMESİNDE BAĞIMSIZ ÇALIŞAN PİEZOELEKTRİK YAMALARIN ETKİSİ

1 2 ve Yavuz YAMAN 3. dir. Y. Al, yüzeye monte gömülebilirler. Yüzeye uygulanan. . Fiber Bragg Izgara gerinim ölçerler, yüksek hassasiyetli

Taşıyıcı Sistem Elemanları

ÇELİK YAPILARIN TASARIM, HESAP ve YAPIM ESASLARI. ÖRNEKLER ve TS648 le KARŞILAŞTIRILMASI

DÜZ FLAPLI POZİTİF KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT PROFİLİNİN AERODİNAMİK PERFORMANSININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

ALÜMİNYUM BİR HELİKOPTER YATAY KUYRUK KANADININ YAPISAL TASARIMI VE OPTİMİZASYONU

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

MURATLI KAYA DOLGU BARAJININ DEFORMASYON DAVRANI I ANAL Z

Proje Tasarım Esasları Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel bilgiler TÜBİTAK Üniversite Öğrenci Projesi Hazırlama

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

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

28. Sürekli kiriş örnek çözümleri

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

Demir 10X Demir 10X Demir 10X Demir 15 X

BELĐRLĐ BĐR SIKMA KUVVETĐ ETKĐSĐNDE BĐSĐKLET FREN KOLU KUVVET ANALĐZĐNĐN YAPILMASI

Doç. Dr. Bilge DORAN

Şekil 2: Kanat profili geometrisi

hir Osmangazi Üniversitesi, Mühendislik

Yapısal Analiz Programı SAP2000 Bilgi Aktarımı ve Kullanımı. Doç.Dr. Bilge Doran

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimi Kullanarak Rüzgâr Türbinlerinde Yük Azalımı Sağlanması

Dikey İniş Kalkış Yapabilen Sabit Kanatlı İnsansız Hava Aracı Çalışmaları

YORULMA ANALİZLERİNDE ARAÇ DİNAMİĞİ MODELLERİNİN KULLANIMI

VECTOR MECHANICS FOR ENGINEERS: STATICS

BĐSĐKLET FREN SĐSTEMĐNDE KABLO BAĞLANTI AÇISININ MEKANĐK VERĐME ETKĐSĐNĐN ĐNCELENMESĐ

Hava Yapıları Üzerinden Farklı Tip Piezoelektrik Malzemeler Kullanılarak Enerji Hasatı Çalışmaları

UÇAK MÜHENDİSLİĞİ MÜFREDATI

GÖZETLEME/SALDIRI AMAÇLI MİNİ İNSANSIZ HAVA ARACI TASARIMI VE ÜRETİMİ

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

STATIK MUKAVEMET. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

CASA CN 235 UÇAĞININ DIŞ AERODİNAMİK YÜKLERİNİN HESAPLANMASI

YATAY UÇUŞ SEYAHAT PERFORMANSI (CRUISE PERFORMANCE)

PEB PRE ENGINEERED BUILDING SYSTEMS PRATİK EKONOMİK BİNALAR ÖN MÜHENDİSLİKLİ YAPI SİSTEMLERİ

29. Düzlem çerçeve örnek çözümleri

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

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF FIRST TWISTING MODE OF A SMART PLATE

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

UYGULAMA 2. Prof.Dr. Mustafa Cavcar Anadolu Üniversitesi, Sivil Havacılık Yüksekokulu, 26470, Eskişehir

Y32 BOJİ GÖVDESİNİN STATİK VE DİNAMİK YÜKLEME ANALİZLERİ

DİKEY-İNİŞ-KALKIŞ-YAPAN İNSANSIZ HAVA SİSTEMLERİ İÇİN HATVE DEĞİŞTİREBİLEN PALEE TASARIMI

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

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

STATİK-BETONARME PROJE KONTROL FORMU Evet Hayır

BASİT BİR MODEL İÇİN FARKLI DOĞRULUKTAKİ AERODİNAMİK VE YAPISAL MODELLERLE AEROELASTİK MODELLEME VE ANALİZ UYGULAMALARI

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

Transkript:

14. ULUSAL MAK NA TEOR S SEMPOZYUMU, UMTS29 Orta Do u Teknik Üniversitesi Kuzey Kıbrıs Kampusu, 2-4 Temmuz 29 GÖREVE UYUMLU KANATLARA SAH P B R NSANSIZ HAVA ARACININ TASARIMI Yavuz YAMAN *, Serkan ÖZGEN *, Melin AH N *, Güçlü SEBER *, Volkan NALBANTO LU *, Evren SAKARYA *, Erdo an Tolga NSUYU * ve Levent ÜNLÜSOY * (*) Orta Do u Teknik Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisli i Bölümü, 6531 ANKARA yyaman@metu.edu.tr, sozgen@ae.metu.edu.tr, msahin@metu.edu.tr, gseber@ae.metu.edu.tr, volkan@ae.metu.edu.tr, esakarya@ae.metu.edu.tr, tinsuyu@ae.metu.edu.tr, lunlusoy@ae.metu.edu.tr ÖZET Bu bildiride ODTÜ Havacılık ve Uzay Mühendisli i Bölümünde sürdürülmekte olan, göreve uyumlu kanatlara sahip, bir insansız hava aracının tasarım çalı maları anlatılmaktadır. Kanatları kambur ve burulma açısından ekil de i tirebilen insansız hava aracı uçu mekani i özellikleri göz önünde tutularak boyutlandırılmı ve yapısal analizi yapılmı tır. Aracın göreve uyumlu kanatlarının aerodinamik performansı incelenmi ve isterlere uygun davranabilmesi için gerekli kontrol yakla ımları geli tirilip, de erlendirilmi tir. Çalı manın daha sonraki bölümlerinde insansız hava aracı imal edilip, yer ve uçu testleri yapılacaktır. Bu çalı manın temel amacı daha az yakıtla daha uzun süre havada kalabilecek; çevreye duyarlı hava ta ıtlarının tasarımına katkı sa lamaktır. Anahtar Sözcükler: nsansız hava aracı, göreve uyumlu kanat, ekil de i tirebilir kontrol yüzeyi DESIGN OF AN UNMANNED AERIAL VEHICLE WITH MISSION ADAPTIVE WINGS ABSTRACT This study details the design of an unmanned aerial vehicle (UAV) having mission adaptive wings. The UAV will be designed in METU, Department of Aerospace Engineering and the wings will have variable camber and twist properties. This study first gives the preliminary sizing of the vehicle by considering the flight mechanics and then outlines the structural design features. The aerodynamic performance of mission adaptive wings is also analyzed and the controlling methodologies are developed and evaluated for achieving the design requirements. The unmanned aerial vehicle will be produced and the ground vibration and flight tests will be conducted during the later phases of the project. The main aim of this study is to develop methods for the contribution to the design of environmentally friendly air vehicles such that they will be airborne more with less amount of fuel. Keywords: Unmanned aerial vehicle, mission adaptive wing, morphing control surface 1. G R Göreve uyumlu olarak tanımlanabilecek kanatlar ilk olarak kambur de i ikliklerinin uygulandı ı çalı malarla ortaya çıkmı tır [1]. Aktif Esnek Kanat [2] ve Aktif Aeroelastik Kanat [3] programlarıyla bu konudaki geli meler devam etmi tir. ekil bellekli ala ımlar yardımıyla [4] ve kompozit malzemelerin içine gömülen piezoelektrik malzemeler yardımıyla [5] yüzeylerin ekil kontrolü konusunda çalı malar gerçekle tirilmi tir. Kanat yüzeyindeki ekil de i iklikleri kambur [6] ve burulma [7] de i iklikleri olmak üzere iki ana grupta incelenmi tir. ODTÜ Havacılık ve Uzay Mühendisli i Bölümünde sürdürülmekte olan bir TÜB TAK projesinde, TÜB TAK 17M13, Taktik 481

nsansız Hava Araçlarının Göreve Uyumlu Kanatlarında Kambur ve Burulma Etkisinin Çırpma ve Kontrol Yönünden Analizi, Ekim 27-Nisan 21, bir insansız hava aracında kanatların kambur ve burulma özelliklerinin kontrolü hedeflenmektedir. Projede u ana kadar göreve uyumlu kanada sahip hava aracının boyutlandırılması ve uçu görev profilinin belirlenmesi çalı maları tamamlanmı tır. Kanadın katı modelinin olu turulması ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenmesi, kanadın statik analizleri, dinamik analizler sonucunda kanadın do al frekanslarının ve titre im biçimlerinin saptanması; ta ıyıcı yüzeylere etki eden aerodinamik yüklerin da ılımını hesaplamak için etkin aerodinamik modellerin geli tirilmesi, buna ba lı olarak belli bir uçu durumunda, ta ıma/sürükleme oranını azamiye çıkaracak kanat ekil de i ikliklerinin belirlenmesi ve bunları sa layacak kontrol yakla ımlarının geli tirilmesi çalı maları sürmektedir. Üretilecek kanadın statik ve yer titre im testlerinin yapılması, kanadın performansını gösterecek hava aracının sanal ortamda uçurulması ve elde edilecek veriler do rultusunda tasarımı geli tirilip tekrar üretilecek göreve uyumlu kanatlarla donatılmı insansız hava aracının uçu testlerinin yapılması projenin planlanan di er etkinlikleridir. TÜB TAK 17M13 projesinin ana hedefi daha az yakıtla daha uzun süre havada kalabilecek ya da ba ka bir deyi le aynı mesafeyi daha az yakıtla kat edebilecek, dolayısıyla çevreye duyarlı hava ta ıtlarının tasarım kurallarının belirlenmesine etkin katkı sa lamaktır. Klasik kontrol yüzeyi kumanda mekanizmalarının yerine aktif kontrol mekanizmaları kullanılarak uçak tasarımlarının basitle tirilmesi; sonuçta a ırlı ın azaltılması yanında üretim ve bakım maliyetlerini dü ürebilecek olumlu sonuçlar da do urabilecektir. Çalı manın getirece i bilgi birikimiyle disiplinler arası çalı maların da ba latılması hedeflenmektedir. Tasarımın hava ile etkile en araçlar dı ında, insansız su altı araçlarında da kullanılması dü ünülmektedir. Ekim 27 tarihinden beri sürmekte olan proje çerçevesinde bugüne kadar yapılan çalı malarda elde edilen bazı sonuçlar bildirinin di er bölümlerinde sunulmaktadır. 2. UÇAK ÖN TASARIMI Tasarlanacak insansız hava aracının görev profili 5 ft yükseklikte 3 saat turlama uçu u yapacak ekilde seçilmi tir. Bu görev profiline göre yapılan çalı maların sonunda [8] belirlenen insansız hava aracının tahmini a ırlıkları ile kanat boyut ve özellikleri Tablolar 1 ve 2 de gösterilmi tir. Tablodaki faydalı yük uça ın ta ıması olası olan kamera ve/ veya uçu testleri için kullanılabilecek ek algılayıcı sistemler için ayrılan a ırlı ı temsil etmektedir. Tablo 1: Uça ın Tahmini A ırlık Verileri Azami Kalkı A ırlı ı, W Bo A ırlık, W e Faydalı Yük, W p Yakıt A ırlı ı, W f Tablo 2: Kanat Geometrik Özellikleri Kanat Açıklı ı (b) Veter Uzunlu u (c) 32 kg 24 kg 5 kg 3 kg 3. m.5 m Toplam Yüzey Alan (S) 1.5 m 2 Açıklık Oranı (Aspect Ratio, AR) 6. Kanat Yüklemesi (W/S) 163.53 N/m 2 Kanat kontrol yüzeylerinin bir flap ve bir kanatçık (aileron) görevini yerine getirmesi planlanmı tır. ekil 1 de sa kanat katı modeli üzerinde flap ve kanatçık görevi görecek kontrol yüzeyleri gösterilmi tir. ekil 2 insansız hava aracının üç boyutlu katı modelini göstermektedir. ekil 1: Sa Kanat Katı Modeli 482

ekil 2: Uça ın Üç Boyutlu Katı Modeli 3. KANAT YAPISAL TASARIMLARI Tasarlanan göreve uyumlu kanadın kiri (spar) ve sinirlerini (rib) gösteren, üst kabu u (upper skin) kaldırılmı görüntüsü ekil 3 de verilmi tir. Kanatlarda iki kiri ve dokuz sinir bulunmakta ve kontrol yüzeylerini sınırlayan dört sinir kanat geni li i olan veter boyunca uzanmaktadır. Kanadı gövdeye yakın olarak sınırlayan be inci sinir de veter boyunca kullanılmı tır. Kanat ta ıyıcı kısmının kabu u (torque-box skin) ıslak serme cam yünü kompozit, ta ıyıcı kısmın içindeki kiri ler ve sinirler 224-T3 alüminyumdan imal edilecektir. Kontrol yüzeyleri ise açık kesitli olacak ve.635 mm kalınlı ındaki 224-T3 alüminyumdan yapılacaktır. Kanat ta ıyıcı kısmının ve tüm kanadın bo luk ortamındaki (in-vacuo) do al frekansları MSC /PATRAN/NASTRAN paket programları yardımıyla belirlenip Tablo 3 de verilmi tir. Tablo 3: Kanada Ait Do al Frekans De erleri [Hz] Titre im Biçimi Sadece Ta ıyıcı Kısım Tüm Kanat Düzleme Dik 1. E ilme 21.59 21.81 Düzlemsel 1. E ilme 7.33 66.77 1. Burulma 1.71 84.8 Kanadın ta ıyıcı kısmına ait düzleme dik birinci titre im biçimi (first flexural mode shape) ekil 5 de gösterilmi tir. ekil 3: Sa Kanadın ç Görünümü Kanadın sonlu elemanlar modeli ve sınır ko ullarının üstten görünü ü ekil 4 de verilmi tir. Kanat sonlu elemanlar modelinde 9866 Quad4 eleman, 1766 dü üm noktası bulunmaktadır. ekil 5: Ta ıyıcı Kısma Ait Düzleme Dik 1. E ilme Titre im Biçimi ekil 4: Sonlu Elemanlar Modeli ve Sınır Ko ulları ekil 6: Ta ıyıcı Kısma Ait Düzlemsel 1. E ilme Titre im Biçimi 483

Kanadın kendi a ırlı ı altındaki en yüksek gerilim de eri 6.96 MPa, manevra yükü altındaki en yüksek gerilim de eri ise 35.6 MPa olarak bulunmu tur. ki durum için de gerilim da ılımı benzerlik göstermektedir ve azami gerilim kanat kökünde olu maktadır. 224-T3 tipi alüminyumun akma sınırı olan 345 MPa ile kıyaslandı ında azami gerilim de erleri çok dü ük kalmaktadır ve kanat için tehlike yaratmamaktadır. ekil 7: Ta ıyıcı Kısma Ait 1. Burulma Titre im Biçimi Kanadın kendi a ırlı ı altındaki statik gerilim sonuçları ekil 8 de, uça ın azami manevra durumu olarak tanımlanan dikey 5g yük altındaki statik gerilim sonuçları ekil 9 da gösterilmi tir. 4. KANAT AEROD NAM K HESAPLAMALARI Göreve uyumlu kanatla ilgili aerodinamik hesaplamalar öncelikle kambur de i imleri göz önünde tutularak ve iki boyutlu olarak yapılmı tır. Hesaplamalarda, NACA4412 kanat kesitine ekil de i imi uygulanmı, ANSYS/FLUENT paket programı ve yay örneksemesi (spring analogy) yakla ımı kullanılmı tır [9, 1]. Kanat kesitinin firar kenarı veterin (chord) %6 ından itibaren bükülerek; firar kenarını simgeleyen (1,) noktası a a ıya do ru indirilmi tir. Bu süreçte firar kenarının veterin özgün durumuna göre dik yer de i tirmesi fk olarak tanımlanmı ve c de eriyle de veter simgelenmi tir. ekil 1 kanat profilinin farklı fk de erleri için ekil de i imini göstermektedir..15.1.5 ekil 8: Kanat çyapısının Kendi A ırlı ı Altındaki Gerilim De erleri [Pa].1.2.3.4.5.6.7.8.9 1 -.5 -.1 -.15 fk=.c fk=-.6c fk=-.12c ekil 1: De i ik fk De erleri çin Kanat Profili ekil 11 çözümde kullanılan yay örneksemesi yakla ımının son safhasındaki çözüm a ını göstermektedir [1]. ekil 9: Kanat çyapısının Dikey 5g Manevra Anındaki Gerilim De erleri [Pa] ekil 11: Yay Örneksemesi Çözüm A ı 484

Aerodinamik çözümler sonucunda farklı firar kenarı ekil de i ikliklerine ait aerodinamik katsayılar bulunmu ve Tablo 4 de gösterilmi tir. Tablo 4: Firar Kenarı ekil De i iklikleri ve Hesaplanan Aerodinamik Katsayılar NACA4412 ( fk=.c) fk= -.2c fk= -.6c fk= -.12c C l.456.736 1.1517 1.495 C d.116.131.176.424 C l /C d 39.31 53.79 65.437 35.259 Tablo 4 firar kenarı yerde i tirmesi arttı ında ta ıma kuvveti, sürükleme kuvveti ve bu kuvvetlerin birbirlerine oranlarının arttı ını göstermektedir. C l /C d oranının artması olumlu bir sonuçtur. Bu çalı mada ayrıca kanat boyunca kanadın alt ve üst yüzeyine etkiyen basınç da ılımları hesaplanmı ve ekiller 12 ve 13 de gösterilmi tir. Basınç (Pa) Basınç (Pa) 8 6 4 2-2.1.2.3.4.5-4 -6 alt yüzey Veter (m) üst yüzey ekil 12: Veter Boyunca Basınç Da ılımı 8 6 4 2-4 -6-8 -1 ( fk=.c) -2.1.2.3.4.5 alt yüzey Veter (m) üst yüzey ekil 13: Veter Boyunca Basınç Da ılımı ( fk=-.6c) Alt yüzeyde hava akı ı daha yava oldu u için basınç de erleri daha yüksek olmalıdır. Hücum kenarında basınç de erinin en yüksek olmasının nedeni hava akı ının o kısımda üst ve alt yüzeye ayrılması ve hızın o noktada çok dü mesidir. Kambur artı ı sonucu üst yüzeyde hava akı ı hızlanmı ve basınç azalmı tır. Alt yüzeyde ise tam tersi olarak akı yava lamı ve basınç artmı tır. Basınçtaki bu artı da ta ıma kuvvetinde artı a neden olur. Daha sonra ekil 14 de gösterildi i gibi, NACA4412 kesitinin firar kenarı kesit geni li inin %6 ından itibaren fk= -.8c olacak ekilde bükülerek sabit tutulmu ve hücum kenarının %4 ından, hk=.5c ve hk=-.5c de erlerine bükülmü durumlar için analizler yapılmı tır. Bu süreçte hücum kenarının veterin özgün durumuna göre dik yer de i tirmesi hk olarak tanımlanmı tır. Bu modellemede amaç; firar kenarının bükülmü bir pozisyonunda, hücum kenarındaki bükülmelerin aerodinamik katsayıları nasıl de i tirdi ini gözlemlemektir. Hesaplanan aerodinamik katsayılar Tablo 5 de gösterilmi tir..15.1.5 -.5 -.1.1.2.3.4.5.6.7.8.9 1 hk=.c hk=-.5c hk=.5c ekil 14: De i ik hk De erleri çin Kanat Profili Tablo 5: Hücum Kenarı ekil De i iklikleri ve Hesaplanan Aerodinamik Katsayılar hk=.c hk=.5c hk= -.5c C l 1.3462 1.3718 1.5844 C d.214.233.284 C l /C d 62.97 58.876 55.789 Tablo 5 den de görüldü ü gibi hücum kenarı de i iklikleri sonucu ta ıma kuvvetlerindeki artı la beraber sürükleme kuvveti de erleri de artmı ancak ta ıma/sürükleme oranları 485

azalmı tır. Bu performans açısından olumsuz bir sonuca yol açtı ından tercih edilmeyen bir durumdur ve bu olumsuzluk hücum kenarının a a ıya indi i durumlarda daha belirgin olmu tur. Bu sonuçlar do rultusunda göreve uyumlu kanat için hücum kenarı de i iklikleri dü ünülmemi ; projenin daha sonraki a amalarında gerekebilecek kambur de i ikliklerinin sadece firar kenarı de i iklikleriyle sa lanması yoluna gidilmi tir. modellenmi tir. ekil 17 çözümde kullanılan kanat ve kontrol yüzeylerini göstermektedir. ki boyutlu olarak yapılan bu çalı malar bütün kanadın kambur de i iklikleri için, üç boyutlu olacak ekilde, tekrarlanmı tır. ekiller 15 ve 16 iki boyutlu çözüm ile üç boyutlu çözümün sonucunda elde edilen basınç da ılımlarını sırasıyla veter boyunca ve kanat açıklı ı boyunca kar ıla tırmalı olarak göstermektedir. ekil 17: Kontrol Yüzeylerinin Hareketleri Basınç (P a) ekil 15: Veter Boyunca Basınç Da ılımı 4 35 3 25 2 15 1 5.2.4.6.8 1 1.2 1.4 Kanat Açıklı ı (m) Kanat üst ve alt yüzeyine etkiyen basınç da ılımları sırasıyla ekiller 18 ve 19 de gösterilmi tir. ekil 2 de flap görevi gören kontrol yüzeyinin ba langıcı üzerindeki akı çizgisi gösterilmektedir ve ayrılma yerinde olu an burgaçlar ekilde kolayca görülmektedir. 3d hesaplanan 2d için kabul edilen ekil 16: Kanat Açıklı ı Boyunca Basınç Da ılımı Ayrıca kanat üzerindeki kontrol yüzeylerinin hareketleri de üç boyutlu olarak ekil 18: Kanat Üst Yüzeyine Etkiyen Basınç Da ılımları 486

Kontrol kavramı geli tirme için kanat üzerinden küçük bir kesit alınmı ve analizler bu kesit üzerinde yapılmı tır. ekil 21 örnek sonlu elemanlar modelini ve kavram geli tirme modelindeki firar kenarı kaması ve destek çubuklarını göstermektedir. Firar kenarı panelleri birbirinden ayrı durumdadır ve kontrol yüzeyi hareketi bu panellerin birbirine göre göreceli olarak kaymasıyla sa lanmaktadır. ekil 19: Kanat Alt Yüzeyine Etkiyen Basınç Da ılımları ekil 21: Açık Bölme Firar Kenarı Kavramı ekil 2: Flap Kontrol Yüzeyi Akı Çizgisi 5. KONTROL YÖNTEM GEL T RME ÇALI MALARI Göreve uyumlu kanat kavramının geli tirilmesinde MSC /PATRAN/ NASTRAN yazılımları kullanılmı tır. Geli tirilecek olan tasarımın, beklenen aerodinamik etkileri eksiksiz olarak yerine getirmesi, yapısal olarak güvenilir olması, kontrol açısından çabuk tepki vermesi, az güç gerektiren ve tekrar edilebilirlik nitelikler ta ıması ayrıca kolay üretilebilir olması amaçlanmı tır. Bu tasarımın etkin çalı masında büyük önemi olan bile enlerden biri de kontrol yüzeyleri bölgelerinde kullanılmayan sinirlerin görevini üstlenen ve alt-üst yüzeyleri birbirine ba layıp onların aerodinamik yükler altında birbirlerinden ayrılmasını ya da çökmesini engelleyen destek çubuklarıdır. Bu çubukların dönmeye izin verecek ekilde pimlerle iç yüzeylere ba lanması çok önemlidir. Bu serbestlik, kambur de i ikli i esnasında panellerin burkulmaya u ramadan hareket etmesini ve dolayısıyla gerilmelerin ortadan kalkmasını sa lar. Sonlu elemanlar modelinin çözüm a ı olu turulurken, firar kenarı yüzeyleri arasındaki göreceli kayma hareketini sa layabilmek amacıyla yüzeyler için temas tanımlamaları yapılmı tır. MSC NASTRAN 6 kodlu (SOL6 implicit non-linear) do rusal olmayan çözümde kullanılan temas algoritması yüzeylerin normal yönlerindeki hareketi sınırlayarak yüzeylerin birbiri içine geçmesini önlemektedir. Yüzeyler birbirine te et olarak hareket edebildi inden sürtünme 487

kuvveti olu abilmektedir. Çalı ma sürecinde gerekli oldu u yerlerde sürtünme kuvveti tanımlanırken, sürtünme kuvveti katsayısı olarak.2 de eri kullanılmı tır. ekil 22, 1N de erindeki bir örnek kuvvetin kamaya uygulanı ını göstermektedir ve ekilde basitle tirme amacıyla sadece kontrol yüzeylerini simgeleyen ikincil yapı gösterilmektedir. Gerçe e yakın olabilmek amacıyla kuvvet tek bir noktaya uygulanmaktansa çoklu nokta sınırlama elemanı (MPC, multi point constraint) yardımıyla kamanın üzerindeki birkaç noktadan olu an bir bölgeye uygulanmaktadır. ekil 24 flap görevi görecek olan kanadın iç bölgesindeki kontrol yüzeyinin içyapısını göstermektedir. Bu kontrol yüzeyinde firar kenarı kamaları bir kiri ile birbirlerine ba lanmı tır. ekil 24: Kanadın ç Bölgesindeki Flap Kontrol Yüzeyinin çyapısı Flap kontrol yüzeyinin a a ıya do ru hareketi ekil 25 de gösterilmektedir. ekilden de görülebilece i gibi firar kenarı noktalarının e de er yer de i tirmeye sahip oldukları bir hareket sa lanmaktadır. ekil 22: Kontrol Kuvvetinin Uygulanma Yakla ımı Çalı malar sürecinde kama boyu firar kenarına do ru -y yönünde kısaltılarak de i tirilmi tir. Kama boyu de i tirildikçe kamanın yüksekli i (h) de de i mektedir. Kontrol kuvvetinin uygulanma noktası da z yönünde de i tirilmi ve böylece kuvvetin moment kolu de i tirilmi tir. De i en kama boyu ve kuvvet uygulama noktası için aynı miktar kontrol kuvveti (1N) ile elde edilen azami yer de i tirmelerin kar ıla tırması ekil 23 de verilmi tir. Azami Yerde i tirme [m] 3.5E-2 3.E-2 2.5E-2 2.E-2 1.5E-2 1.E-2 5.E-3 ekil 25: Kanadın ç Bölgesindeki Flap Kontrol Yüzeyinin A a ı Hareketi Kanatçık görevi görecek olan dı kontrol yüzeyinde, firar kenarı kamalarını birbirine ba layan kiri kullanılmamaktadır. Böylece dı kontrol yüzeyinde farklı kontrol kuvvetleri kullanarak burulma etkisi de olu turulabilmektedir. ekil 26 farklı kontrol kuvvetleri altında kontrol yüzeyinin hareketini ve burulma etkisini göstermektedir..e+..5.1.15.2.25.3 Kuvvetin Uygulanma Noktası [m] 2.89cm) 11cm kama (h = 2.68cm) 12cm kama (h = 1cm kama (h=2.46cm) 9cm kama (h=2.24cm) 8cm kama (h=2.1cm) 7cm kama (h=1.78cm) ekil 23: Kontrol Kuvvetinin Uygulanma Yakla ımı 488

ekil 26: Kanadın Dı Bölgesindeki Kontrol 6. SONUÇ Yüzeyinin Burulma Hareketi Bu bildiride ODTÜ Havacılık ve Uzay Mühendisli i Bölümünde sürdürülen, kanatları kambur ve burulma açısından ekil de i tirebilen, bir insansız hava aracının tasarım çalı maları anlatılmı tır. nsansız hava aracı imal edilip, yer ve uçu testleri de yapılacaktır. Te ekkür Bu çalı ma, TÜB TAK tarafından, 17M13, Taktik nsansız Hava Araçlarının Göreve Uyumlu Kanatlarında Kambur ve Burulma Etkisinin Çırpma ve Kontrol Yönünden Analizi projesi kapsamında desteklenmi tir. 7. KAYNAKÇA 1. Gilbert, W. W., Mission Adaptive Wing System for Tactical Aircraft, Journal of Aircraft, Cilt 18, 1981, 597 62. 2. Perry, B. III, Cole, S. R., Miller, G. D., Summary of an Active Flexible Wing Program, Journal of Aircraft, Cilt 32, 1995, 1 31. 3. Pendelton, E., Bessette, D., Field, P. B., Miller, G. D., Griffin K. E., The Active Aeroelastic Wing (AAW) Flight Research Program, Proceedings of AIAA/ASME/ ASCE/AHS/ASC 39 th SDM Conference, AIAA Paper 98-1972, 2-23 Nisan 1998, Long Beach, California, ABD. 4. Maclean, B. J., Carpenter, B. F., Draper, J. L., Mirsa, M. S., A Shape Memory Actuated Compliant Control Surface, Proceedings of SPIE, 1993, 89 818. 5. Koconis, D. B., Kollar, L. P., Springer, G. S., Shape Control of Composite Plates and Shells with Embedded Actuators. I. Voltages Specified, Journal of Composite Materials, Cilt 28, 1994, 415 58. 6. Gern, F.H., Inman, D.J., Kapania, R.K., Structural and Aeroelastic Modeling of General Planform Wings with Morphing Airfoils, AIAA Journal, Cilt 4, Sayı 4, 22, 628 637. 7. Amprikidis, M., Cooper, J.E., Development of Smart Spars for Active Aeroelastic Structures, AIAA Paper 23-1799. 8. Raymer, D. P., Aircraft Design: A Conceptual Aapproach, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 26 9. Seber, G., ahin, M., Özgen, S., Nalbanto lu, V., Yaman, Y., Göreve Uyumlu Kanat Tasarım ve Geli tirme Çalı maları, SAVTEK 28, 4. Savunma Teknolojileri Kongresi, C. 1, 69-616, 26-27 Haziran 28, ODTÜ, Ankara, Türkiye 1. Seber, G., nsuyu, E.T., Özgen, S., ahin, M., Yaman, Y., De i ken Kambura Sahip NACA4412 Kanat Kesitinin 2- Boyutlu Aerodinamik Analizi, 2. UHUK, II. Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı, Konferans CD: UHUK-28-12, 15-17 Ekim 28, TÜ, stanbul, Türkiye 489