Uçak ve Uzay Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI


Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 60
  • Öge
    Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
    ( 2020) Günaydın, Kadir ; Türkmen, Halit Süleyman ; Grande, Antonio Mattia ; 635490 ; Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
    In aerospace, automotive, marine, and military applications, low-density lightweight structures such as sandwich structures and filling materials have an important role in crashworthy applications due to their crush resistance during impact and blast situations. Large deformation can occur during the impact, blast and crush events; therefore sandwich structures and sacrificial crash tubes can bottom out and very high peak load can rise. For preventing this phenomenon, auxetic materials have drawn attention as a core and filling material due to their negative Poisson's ratio (NPR) specification, which provides lateral expansion under tensile loads and shrinkage under compressive loads. The purpose of this study is to examine the energy absorption characteristics of additively manufactured polymer and metal 2D auxetic lattice cells, in the edgewise direction where auxeticity can be experienced, subjected to axial quasi-static loads. Total mass and volume of lattice cell structures are kept almost equal for better comparison. % In the work presented in this dissertation, additive manufacturing (AM) is used to produce auxetic lattice structures. AM is an improved method for quick and complex productions, and layered manufacturing is the most common method for AM; aiming the design verification, visualization, and kinematic functionality testing. AM is a computer-controlled manufacturing method of needed parts which are directly transferred as a solid model from the computer. It is a very sufficient and proved way to reduce the time for product development. There are several methods for AM, which are selective laser sintering (SLS), electron beam melting (EBM), fused deposition modelling (FDM) and stereolithography (SLA). FDM is used in this study because of its device and consumption material are cheaper compared to other mentioned methods. On the contrary of advantages of FDM method, there are some uncontrollable production problems to be solved such as incomplete bottom layers, hanging strands, missing walls, pillowing, shifted layers, unfinished parts, delamination of layers, warping syndrome, burn marks and irregular walls. In this study, FDM production problems are listed and investigated. Furthermore, solution approaches are presented to prevent those production flaws. Zortrax M200 3D printing device and Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) are used in this study. NX 12: Siemens PLM Software is used for designing the representation of a solid model then it is converted to a stereolithography (STL) file. The converted file is then imported to the machine software of Zortrax which is called Z-Suite. For the FDM productions, production variables are defined as high quality, maximum infill, normal seam, and no support usage. Different layer thicknesses of the productions are assigned as 0.09, 0.14, 0.19, 0.29 and 0.39 mm. Several specimens in each group are manufactured to determine the effect of the layer thickness on the tensile properties. As a result, stress-strain graphs are obtained, and the effect of printing options to mechanical properties are investigated to define the feasible layer thickness for producing structures. Consequently, it is understood that ABS is not enough ductile to maintain the auxeticity of the structures for a certain period. Thus, electron beam melting (EBM) is used in this study. It is one of the promising and sophisticated AM techniques that uses an electron beam to melt metallic powders. Titanium alloy (Ti6Al4V) is used by the reason of its outstanding mechanical properties of high specific strength, high corrosion resistance, excellent biocompatibility; hence titanium alloys are prominent material for aerospace and bioengineering fields. ARCAM EBM A2 3D printing machine and ARCAM Ti6Al4V ELI, which is a gas atomized prealloyed powder in a size range of 45-100 $\mu$m, are used in this study. To understand the mechanical behaviour and characterize EBM printed parts tensile tests are conducted. Each test specimens are produced in three different directions, 0, 45 and 90 due to characteristic anisotropic behaviour of EBM printed parts. Moreover, a study on the effect of inner defects, which are detected as the lack of fusion, in the EBM printed parts is conducted to define the mechanical performance of EBM printed components. The area of defect regions are observed using a scanning electron microscope and measured to investigate the defect area effect to mechanical performance. As a result, EBM printed Ti6Al4V parts experiences isotropic elasticity and yield stress, however, strain at break specifications show substantial differences according to build orientation which is dominated by the lack of fusion (LOF) problems. As an output, it is understood that the increase in the LOF region shows an almost linear decreases pattern with the strain at break value. Furthermore, firstly a comparative study with re-entrant and anti-tetrachiral auxetic is conducted to define the better auxeticity mechanism for 2D auxetic lattices. However, anti-tetrachiral auxetic structures show greater results than the re-entrant auxetic structures and, a modification for the re-entrant structure is needed to increase its energy absorption ability. Besides, another 2D auxeticity mechanism, which is called rotating rigid auxeticity, exists, however, this type of structure is not feasible for crushing applications due to bulky parts in the structure so it is not counted in this study. A comparative compression investigation of anti-tetrachiral and modified re-entrant lattices is conducted in-plane direction using experimental and numerical analyses. Lattice structures are manufactured using FDM 3D printing technology and crushed at the quasi-static condition. Non-linear finite element (FE) models of both structures are established, and the FE results are systematically compared with the experimental results. The onset of densification phases of both structures is determined numerically. Results indicate that deformation modes strongly affect the force-deflection response of both designs. In this manner, failure regions and buckling deformation in the tests are identified to find a relation with theory and to modify geometries. The anti-tetrachiral design exhibits higher specific energy absorption than modified re-entrant hexagonal lattices. Beyond the auxetic characteristics, deformation mechanism of the anti-tetrachiral lattices provides an opportunity to construct excellent crush absorption in-plane direction thanks to its high shear strength stem from its unique deformation mechanism. After having the validated constitutive equation for FDM printed ABS, a benchmark test is conducted using ABAQUS commercial finite element method (FEM) software to evaluate and define the energy absorption effective chiral mechanism among hexachiral, trichiral, anti-trichiral, tetrachiral, anti-tetrachiral and regular hexagonal topologies. As a result, hexachiral (chiral) auxetic lattice is selected, and a part of the study is devoted to the understanding of the energy absorption characteristics of filled chiral auxetic lattices cylindrical composite tubes subjected to a uniaxial and lateral quasi-static load. The lattice structures are manufactured using an FDM 3D printing technique and ABS material. Composite tubes without filling material are initially subjected to uniaxial and lateral quasi-static crushing loads at a rate of 10 mm/min. The same types of experiment are then performed on chiral lattices and chiral lattices filled composite tubes. For the different cases, the load-displacements curves are analyzed and the specific energy absorption (SEA) values are compared. The SEA capability for the axial quasi-static crushing of the chiral lattices filled composite tubes reach 43 J/kg with a 45\% decrease in comparison with the hollow composite design. On the contrary – and quite remarkably - the average SEA value in the case of lateral loading is 2.36 J/kg, with a 450\% increase in comparison with the hollow composite configuration.% Finally, chiral auxetic unit cell structures are produced from Titanium Alloy (Ti6Al4V) metallic powder using Electron Beam Melting (EBM) additive manufacturing technology. EBM printed chiral auxetic lattices are compressed with a three steps cyclic load profile in the edgewise direction numerically and experimentally. Also, a crush study is performed numerically and experimentally to evaluate the energy absorption ability of EBM printed metallic chiral lattice cells. For material characterization and understanding the material behaviour of EBM printed parts tensile and three-point flexural tests are conducted. Tensile and bending specimens are produced in two different thicknesses and orientations. Moreover, a surface roughness study is conducted due to high surface roughness of EBM printed parts, and an equation is offered to define load-carrying effective area for preventing cross-section measurement mistakes. In compliance with the equation and tensile test products, a constitutive equation is formed and used in the numerical analyses after selection and calibration process. The constitutive equation is verified by the comparison of experimental and numerical three-point bending test results. Furthermore, a compressive load profile is applicated to the EBM printed chiral lattice unit cells with two different thicknesses to track their Poisson's ratio variation, and displacement limit under large displacements without the formation of degradation, permanent deformations and failures. The utilization of a finite element code to verify a numerical model for optimum topology design and mechanical performance forecast, the same scenarios investigated in the compressive load profile experiments are then evaluated using non-linear computational models. In the computational models, a Fortran subroutine is used to define the load and displacement controls. In addition, in the numerical crush analysis, auxetic lattice cells are crushed between two rigid plates using damage and failure criteria for simulating failures. As a result, it is revealed that the thickness of the chiral lattice cells is the dominating parameter about its stiffness and auxeticity. Increase in the chiral node radius to thickness rate of 0.15 to 0.30 causes loss of auxetic behaviour. Lastly, their compression behaviours are compared, and the one showing auxeticity presents better energy absorption ability in terms of crush force efficiency, however, considering specific energy absorption value the results show the opposite.
  • Öge
    Magnetotail shape, flow and magnetic field structure at lunar distances using artemis observations
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Gençtürk Akay, İklim ; Kaymaz, Zerefşan ; 10263879 ; Uçak ve Uzay Mühendisliği ; Aeronautics and Astronautics Engineering
    Güneş rüzgarı Dünya'ya ulaştığında, Dünya'nın çift kutuplu manyetik alanı ile etkileşime girerek manyetosferi oluşturur. Manyetosfer, hem Güneş hem de gece tarafında bir çok bölgeden oluşur. Bunlardan biri şoka uğratılmış Güneş rüzgarı plazması ile manyetosfer plazması arasındaki sınır olan manyetopozdur. Gece tarafında jeomanyetik alan çizgileri Güneş rüzgarıyla uzar ve manyetosferin gece tarafını işgal eden Dünya'nın manyetik kuyruğunu oluşturur. Magnetik kuyruk, uzunluğu neredeyse 1000 RE (1 RE = Dünya Yarıçapı) mesafelere ulaşan çok aktif bir bölgedir. Jeomanyetik kuyruk, sınırlı sayıdaki uzay görevleri ve kesintili ve/veya yetersiz gözlemler nedeniyle Dünya'nın arkasındaki manyetosferin en az araştırılan bölgelerinden biridir. Dünya'ya yakın kuyruk, yaklaşık -30 RE, IMP-8 gözlemleri kullanılarak detaylı olarak incelenmiştir (Kaymaz ve diğerleri, 1994; Hammond ve diğerleri, 1994). Bununla birlikte, şu anki manyetik kuyruğun yapısıyla ilgili bildiklerimiz, -60 RE civarı ve daha uzak kuyruk bölgelerindeki (≤-200 RE) 1970'lerde 80'lerdeki Explorer serisi ve ISEE-3, Wind ve Geotail uzay araçlarının 1990'lardaki sınırlı sayıdaki geçişlerinden elde edilen kısıtlı verilere dayanmaktadır (Fairfield, 1992; Fairfield, 1993; Reader ve diğerleri, 1995; Slavin ve diğerleri, 1985; Sibeck ve diğerleri, 1985; Tsurutani ve diğerleri, 1984). Özellikle, kuyruk iç dinamiklerini kontrol etmesi beklenen uzaktaki birleşme noktasının (DNL) civarında olan orta-uzak kuyruk dediğimiz Ay uzaklığındaki manyetik kuyruk bölgesini önemli kılar. Ağustos 2011'den bu yana faaliyet gösteren ARTEMIS uzay araçlarının temel avantajı, araştırmacılara Ay mesafesindeki manyetik kuyruğunun kapsamlı, veri yönünden tam ve sistematik bir incelemesini sağlamaktır. Dünya'nın manyetik alanı ile Güneş'in manyetik alanı belirli şartlar altında manyetik olarak birleşir (reconnection). Bu birleşme sonucunda Güneş rüzgarına ait parçacıklar birleşen manyetik alan çizgileri üzerinden Dünya manyetosferine girerler. Bu şartlar altında oluşan manyetosfere açık manyetosfer adı verilir. Açık manyetik alan çizgilerinin gece tarafına hareketi ile de parçacıklar manyetik kuyruğa taşınarak manyetik kuyruğun yapısını ve dinamiğini değiştirirler. Manyetik birleşme gezegenler arası manyetik alanın (IMF) yönüne bağlıdır (Tsurutani ve diğerleri, 1984; Slavin ve diğerleri, 1983; Sibeck ve diğerleri, 1985). Özellikle IMF By ve IMF Bz ve Güneş rüzgârı plazması (yoğunluk, hız ve sıcaklık) kuyruğun şeklini ve konumunu değiştirebilir ve onu hareket ettirebilir. Buna göre, IMF yönü manyetik kuyruğu farklı yönlerde döndürebilir ve / veya şeklini düzleyebilir, büzebilir veya genişletebilir ve bu nedenle manyetopoz sınırı içe ya da dışa doğru hareket ederek şekil değiştirebilir. IMF By ve Bz'nin yönüne ek olarak, Güneş rüzgârı yönündeki hız değişimleri, jeomanyetik aktivite (fırtınalar / mikro fırtınalar) manyetik kuyruk yapısında ve dinamiklerinde içsel değişimlere neden olabilir. Böylece, manyetik birleşme kuyruğun manyetik alan topolojisini, akış yapısının dinamiklerini ve diğer plazma parametrelerini değiştirir. Değişimin ölçeğine bağlı olarak, manyetik kuyruğun hareketi, dinamiğinde ve yapısında meydana gelen değişimler uydulardan alınan ölçümlerin yorumlanmasını zorlaştırmaktadır (Reader, et al., 1995). Örneğin, Güneş rüzgarının ekvatoryal düzlemindeki hareketinden ötürü dalgalanan kuyruk, uzay aracı verisinden manyetopoz sınırından kısa zaman aralıklarla çok kez sınırın üzerinden geçip geri gelebilir ve bu hareket manyetopoz sınırını tespit etmeyi zorlaştırır. Tezin birinci bölümünde (Bölüm 1) terimler tanıtılarak konu ile ilgili giriş niteliğinde temel bilgiler verilmiştir. Bunu takiben literatürde mevcut eski çalışmaların kapsamlı bir özeti sunulmuştur. Tezin ikinci bölümünde, (Bölüm 2), ölçümler ve ölçümlerin yapıldığı aletlerle ilgili bilgiler verilmiş, manyetopoz sınır tabaka geçişlerini incelemek için gerekli olan işlemler anlatılmıştır. Bunlar manyetopoz sınır tabakasının ölçümlerden nasıl belirlendiğini, hangi verilerin ve kriterlerin kullanıldığı açıklanarak detaylandırılmıştır. Örneğin, ARTEMIS uydularının manyetik alan, plazma yoğunluğu, hızı, sıcaklığı ve iyon enerjisi gözlemleri günlük ve saatlik ölçeklerde dikkatlice incelendiğinde manyetopoz sınırının Ay mesafesinde tanımlanmasındaki en iyi kriterin yüksek enerjili parçacık akısının varlığı veya yokluğu olduğu ve buna ek olarak, plazma sıcaklığındaki hızlı bir artışın, yoğunluk ve hızdaki bir azalmanın buna eşlik ederek manyetik kuyruk ile manyetik örtü arasındaki geçişi ve dolayısıyla manyetopoz sınırının yerini gösterdiğine karar verilmiştir. Bölüm, çveriyi yorumlamayı anlamlı hale getirecek olan uygun koordinat sisteminin belirlenmesini ve verilerin bu koordinat sistemine dönüştürülmesini, Güneş rüzgarının hızının yönünden ve Dünya'nın Güneş etrafındaki hareketinden kaynaklanan düzeltmeleri ve Güneş rüzgarının taşıdığı manyetik alanın (IMF) yönüne göre verilerin ayrıştırılmasının nasıl yapılacağını da kapsamaktadır. Bu bağlamda Güneş rüzgarı akışına hizalı yeni x- ekseni etrafında simetrik bir manyetik kuyruk elde edebilmek için bu çalışmada ARTEMIS verilerinin tüm pozisyonları, manyetik alan bileşenleri ve plazma vektörleri, anormal Güneş rüzgarı düzeltilmiş Yer merkezli Güneş Manyetosferik (aSWGSM) koordinat sistemi olarak adlandırılan yeni bir koordinat sistemine dönüştürülerek incelenmiştir. Bölüm 3 Ay mesafesindeki manyetik kuyruğun sınır tabakasının (manyetopoz) incelenmesine ait analizleri ve bulguları vermektedir. Manyetopoz manyetik kuyruğun büyüklüğünü belirler. Bu bölümde, manyetopoz sınırının çapsal genişliği, şekli ve geometrisi, bu yapısal değerleri ve manyetik kuyruğun hareketini etkileyen IMF ve Güneş rüzgarı dinamik basıncı gibi faktörler incelenmektedir. İstatistiksel analizler sonucunda ortalama manyetopozun yarıçapı diğer bir değişle manyetik kuyruğum genişliği Ay mesafesinde 27±5 RE olarak elde edilmiştir. Sonuçlar mevcut analitik modellerle ((Howe and Binsack, 1972 ; Petrinec and Russell, 1996; Shue et al., 1997; Shue et al., 1998; Chao et al., 2002 and Lui et al, 2011) karşılaştırılmaktadır. En eski model olan Howe and Binsack modelinin ortalama manyetopoz büyüklüğünü en iyi tahmin ettiği görülmüştür. Bunun sebebi olarak Howe ve Binsack modeli dışındaki hiç bir analitik model Ay bölgesinden ve hatta -20 RE'nin gerisindeki hiçbir bölgeden gelen veriyi baz almamışlardır. Güneş rüzgarı basıncı ve IMF'de meydana gelen çok uç (ekstrem) manyetopoz geçişleri vaka çalışması olarak ayrıca detaylı olarak incelenerek sunulmuştur. Bu vakalar için değişen koşullara bağlı olarak analik modellerin çıktıları karşılaştırılmıştır. Bu iki vaka çalışması, Ay mesafesindeki manyetik kuyruğun büyüklüğünün, güney-kuzey yönündeki IMF'nin ve Güneş rüzgarı dinamik basıncının birlikte etkisi sonucunda belirlendiğini, her ikisinin birbirlerine göre büyüklüklerine ve hangisinin daha baskın olduğuna göre değiştiğini göstermiştir. Doğulu-Batılı IMF durumunda kuyruğun şeklinin üstten ve alttan bastırılmış bir elips, kuzeyli-güneyli bir IMF durumunda ise yanlardan bastırılmış yumurta şeklinde olduğu gösterilmiştir. Ay mesafesindeki manyetik kuyruğun büyüklüğünün güneyli IMF durumunda kuzeyli IMF durumundan biraz daha geniş olduğu görülmüştür. Bölüm 4'de Ay mesafesindeki manyetik kuyruk verilerinin analizleri ve bulguları verilmektedir. Bu bölümde manyetik kuyruk içerisindeki manyetik alan, plazma hızı, plazma yoğunluğu, plazma sıcaklığı gibi parametreler kutulama tekniği ile vektör ve kontur haritaları oluşturularak incelenmiştir. Bu parametrelerin vektör ve skaler (kontur) dağılımları XZ, XY, ve YZ-düzlemlerinde gösterilerek, manyetik kuyruğun üç boyutlu olarak global yapısı ve mekansal değişimleri anlatılmıştır. Bunlara ilaveten nötral tabakayı daha iyi ifade eden xBx ve yBx düzlemleri de oluşturulmuştur. Ayrıca tüm bu haritalar istatistiksel olarak da incelemek amacıyla konumsal olarak ayrıştırılmış çokluk dağılımı grafikleriyle (histogramlarla) da desteklenmiştir. Manyetik alan vektör haritaları manyetik kuyruğun manyetik yapısının Ay mesafesinde çift kutuplu dipol yapıyı koruduğunu göstermiştir. Beklendiği üzere, manyetik alan büyüklüğü bu mesafede Dünya'ya yakın mesafelerdekine göre daha zayıftır, ve ortalama 8 nT civaında olduğu görülmüştür. Manyetik kuyruğun yapısının XZ- ve YZ- düzlemlerinde, manyetik alan çizgilerinin güneyde Dünya'ya ve kuzeyde ise Dünya'dan uzağa doğru uzanan manyetik alan çizgileri arasında plazma örtüyü bir sandviç biçiminde içine alacak şekilde olduğu görülmektedir. Her iki düzlemde de plazma örtü ve plazma örtünün alt bölümleri belirgindir. Plazma örtüsünün Ay mesfesinde Dünya mesafesindekine göre daha ince olduğu ve data eskiklikleirne rağmen şeklinin YZ-düzleminde, bir kelebek şeklinde, merkezde ince, yanlara doğru daha kalınlaştığı anlaşılmaktadır. IMF By'nin etkileri plazma örtüsü içinde net bir şekilde görülmektedir. Vektör haritaları pozitif IMF By durumunda manyetik alan çizgileirnin IMF By'nin yönünde eğildiğini, node-like bölgelerin IMF By'nin yönünde kaydığını (kuyruğun kuzey kısmında Y=0 dan Y=+3) göstermektedir. İstatisksel sonuçlar, kuyruğun manyetik alanının By bileşeni manyetik birleşmeden beklenildiği gibi pozitif IMF By durumunda plazma örtüsünün kuzey+dogu ve güney+batı bölgelerinde; negative IMF By durumunda ise güney+doğu ve kuzey+batı bölgelerinde daha fazla olduğunu göstermektedir. Bu sonuçlar teoriyi ve daha önce daha yakın kuyruk mesafelerindeki sonuçları desteklemektedir. Ayrıca manyetik kuyruğun güneyli IMF durumunda kuzeyli IMF'e göre daha büyük olduğu görülmüştür. Yine bu bölümde, plazmanın hızı Vx bileşenine göre gruplanmış ve yavaş, orta ve hızlı akışlar olarak üçe ayrılarak incelenmiştir. Hayakawa et al. (1982) tarafından da tartışıldığı üzere manyetik kuyruk içerisinde daha çok yavaş akışlar hakimdir, hızlı akışlar enderdir. Doğu-batı doğrultusundaki akışlar sadece yavaş akışlarda görülmektedir. Gızlı akışlar daha çok güneyli IMF durumunda oluşmaktadır. Plazma akışının YZ-düzleminde en yavaş oldğu görülmüştür. Hakim olan akışlar Dünya'a doğru ve Dünya'dan uzağa doru olan x-yönündeki akışlardır. IMF yönüne göre ayrıştırma yapıldıktan sonra yoğunluk ve sıcaklık parametreleri incelendiğinde üç tip plazma popülasyonu gözlenir. Kuzeyli IMF durumunda 0.16 cm-3 mertebesinde daha yoğun bir plazma saptanmıştır. Güneyli IMF durumunda yoğunluk biraz daha düşük olup 0.12 cm-3 mertebesindedir. Ancak IMF Bz'e göre yoğunlukta görülen bu farkların sıcaklıkda görülmediği, sıcak ve soğuk plazmanın hem kuzeyli hem de güneyli IMF durumunda mevcut olduğu görülmüştür. Yoğunluk-sıcaklık dağılımları ise kuzeyli IMF durumunda plazmanın daha konsantrik ve bir orta değere daha yakın olduğunu buna karşın güneyli IMF durumunda saçılmanın daha çok olduğu görülmüştür. Özellikle, yoğun-sıcak plazma daha dağınık, daha büyük saçılma göstermektedir. Bu konuya sonuçlar ve tartışma bu bölümde detaylı olarak verilmektedir. Tezin son bölümü, Bölüm 5, ise tezdeki bulguları özetlemekte ve sonuçları yansıtmaktadır. Son olarak, İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi'nde yürütülen bu tez, yüksek çözünürlüklü cihazlarıyla, ARTEMIS p1 ve p2 ikiz uzay aracı kullanarak Ay mesafesindeki manyetik sınırı ve manyetik kuyruk haritasını inceleyen ilk çalışmadır. Bu çalışmanın bulguları, sadece örneğin Ay'a yakın hedeflenen bir görev için tasarlanan uzay aracı için uzay mühendislerine uzay aracının maruz kalacağı çevreye ilişkin ortamı anlamalarına katkıda bulunmayacak, aynı zamanda bu konuda çalışan uzay fizikçisi bilim insanlarına Ay mesafesindeki manyetik kuyruğun makro ölçekteki karakteri, yapısı, akışı ve farklı faktörlere verdiği tepkiler hakkında bir fikir vermekte, yol göstemektedir. Ayrıca, bu çalışma, uzay teknolojilerine giderek artan bir ihtiyacın doğduğu günlük hayatımızda, modern veri analizi teknikler kullanılarak çok büyük ve farklı veri kümelerini biraraya getirerek faydalı bilginin nasıl çıkarılıp, toplum için nasıl faydalı olabileceğini göstermek açısından da önem taşımaktadır.
  • Öge
    Opportunities of cost reduction and risks of budget overrun in maintenance spending of an airline in the current market conditions
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Saltoğlu, Remzi ; Gökhan, İnalhan ; 10302346 ; Uçak ve Uzay Mühendisliği ; Aeronautics and Astronautics Engineering
    Havacılık sektörü, ilk yolcular belirli bir ücret karşılığında uçuşlara kabul edilmeye başlandığında ticari oldu. Bununla birlikte, gerçek ticarileşme, ticari havacılık şirketleri ve tüm havacılık endüstrisi serbestleştiğinde, serbestleştirmeye yönelik bazı değişikliklerden geçtiğinde oluştu. Havayolları kar merkezli olmayan lüks taşımacılık hizmeti sağlayıcılarından düzenli ve ulaşılabilir taşımacılık şirketlerine dönüştüğünde alternatifler ortaya çıktı, rekabet baskısı arttı ve sonuçta marjlar düştü. Dünya hava taşımacılığı hacmi, yolcu ve kargo bakımından, büyüyen dünya ekonomisi ile birlikte giderek artmakta. Ticari uçak ve havayollarının sayısı da bu artışla karşılaştırılabilir veya daha yüksek bir hızla artmaktadır. Ekonomik olarak sürdürülebilir şirketler olarak ticari havayolları, Mevcut Koltuk Kilometre (ASK) olarak bilinen, A noktasından B noktasına uçan koltuklar üretmeyi amaçlar. Bu koltuklar ücretli yolcularla dolduğunda, ana gelirleri dünyaya gelir, Gelir Yolcu Kilometreleri (RPK). RPK, bir ASK ürünüdür ve bilet fiyatı ve yük faktörü ile şekillenir. Yardımcı gelirler, uçuş hizmetlerinden ve benzeri ürünlerden elde edilir. Ancak bir havayolu şirketinin ana geliri, tarifeli ve tarifesiz ticari uçuşları için satılan biletlerdir. İşte burada uçak bakımı resime girmektedir. ASK'ları üretmek için gerekli olan ekipman (uçak), bakımlarla en üst düzeyde emniyet ve güvenilirlik sağlamak zorundadır. Ancak aynı "bakım", havayollarının toplam maliyet unsurlarının %10'unun biraz üzerinde olan bir maliyet kalemidir. Bir havayolu şirketinin genel bütçesinin bu %10'u, tüm bütçesindeki diğer kalemlere kıyasla önemsiz görünebilir. Bakıldığında akaryakıt, uçak mülkiyeti ve uçuş ekibi maliyeti daha yüksek maliyet unsurlarıdır. Bu nedenle pazardaki (RPK) gücünün yanı sıra bir havayolu şirketinin finansal verimliliğini geliştirirken herhangi bir analistin dikkati bu unsurlarda olacaktır. Yüzde 10 bakım maliyetinin sadece görünen ve ölçülebilir kısmıdır. Çok iyi bilinen, ancak hiç hesaba katılmamış yerde kalma maliyeti terimi bu tür hesaplamalara dahil edildiğinde, tüm grafik büyük ölçüde bakım segmenti lehine değişebilecektir. Yerde kalma maliyeti önemlidir, ancak bakımla ilgili tek gizli ve değişken maliyet faktörü değildir. Havayollarının geçmiş performanslarından elde edilen istatistiksel ortalamalar çok fazla değişmeyebilir. Diğer yandan belirli bir havayolu şirketinin bakım ve ilgili sözleşmelere ilişkin kararları, karlılığını ve daha ötesinde hayatta kalma kabiliyetini etkileyecektir. Bakım maliyet segmentlerini inceleyerek, bunlarla ilgili maliyet azaltma fırsatlarını büyük oranda görebilmekteyiz. Uçak bakımının ekonomik yönlerini sistematik olarak incelemek için, aşağıdaki kategorilerin kullanılması önemlidir: Gövde, komponent ve motor bakımı. Her bir ticari uçağın Bakım Yönlendirme Grubu (MSG), her bir bileşenin, sistemin ve yapının tasarım aşamasında bakım gereksinimlerini belirlerken, bu çabanın bakım maliyeti üzerindeki etkisi mevcuttur ancak nihai değildir. Uçak sahibinin bakım sağlayıcısı konusundaki kararı çok daha etkili ve kontrol edilebilirdir. Örnek olarak, özellikle komponent bakımına bakarken, hatta değiştirilebilir ünitelerin (LRU'ların) bakımı için uçuş saati başına kontrat (PBH) sözleşmesi, bir havayolu şirketinin (komponent bakımı) maliyetinde %40 azalma sağlayabilir. Bu fırsat, MSG'nin ilk güvenilirlik çalışmalarından uzun süre sonra ortaya çıkmaktadır. Aynı havayolu, farklı bir filo yapısı, uçak sayısı, ortalama yaş, coğrafi konum ve lojistik ağı ile aynı maliyet azaltma fırsatlarına sahip olmayabilir. Gövde bakım segmenti, hangar ortamında gerçekleştirilen temel bakım kontrollerini içerir. Günlük operasyonların bir parçası olarak yapılan hat bakım kontrolleri, aynı zamanda maliyet azaltma fırsatlarını ortaya çıkarmak için daha az imkan tanıyan maliyet faktörüdür. Ancak üs bakımları (C bakımları), uçağı operasyondan çekerek gerçekleştirilir. Bu tez kapsamında C bakımları aynı zamanda gizli bir yerde kalma maliyetinini ortaya çıkaran unsur olarak ele alınmıştır. Bazı basit analizler, C bakımının yerde kalma maliyetinin, bakım maliyetinden bir şekilde daha büyük olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, C bakım süreleri (TAT), bakım kararı için nicel bir faktör olarak kabul edilecektir. Yerde kalma sabit bir maliyet olsaydı bakım planlama ve karar verme süreci çok daha kolay olurdu. Ancak, gerçek hayatta bu öyle değil. Havayolunun iş modeli ve mevsimsellik faktörü işleri karmaşıklaştırmakta. Bu çalışmada yerde kalma maliyet hesaplaması için bir model tanıtılmıştır. Mevsimsellik hem geleneksel bakım maliyetlerini hem de yerde kalma maliyetlerini etkiler. Bu nedenle, planlı üs bakımı için entegre bir maliyet modeli, ilerideki akademik ve endüstriyel çalışmalara referans olarak önerilmiştir. Bu tür maliyet hesaplamalarına dahil olmayan şey, bakımı kurum içi veya kurum dışında yapmak için karar verme sürecidir. Genel bir dahilde yapma veya taşere etme karşılaştırması, bir havayolu için tartışılan bakım segmentlerinden herhangi biri için kaynak bulmak istediğinde her durumda işe yarar. Bu çalışmanın genel varsayımları, düşük maliyetli havayollarının kullandığı bakımları organizasyon dışında yaptırma kararını temel almaktadır. Zaten geniş kapsamlı bakım yeteneklerine sahip olan eski havayolları, havayolu endüstrisinin regüle edilmemiş dönemlerinde kurulmuştur. Filolarına sahip olan ya da uçaklarını dışarıdan finanse eden havayolları bakım maliyetlerini kendi karar süreçleriyle özerk bir şekilde yönetebilirler. Yine de kiralık uçak filosu giderek büyüyor ve tüm ticari havayolu filolarının yarısı kiralık uçaklardan meydana gelmiş durumda. Bu gerçek birçok farklı şekilde yorumlanabilir. Havayolları finansal kaynaklarından yoksundur ve finansal kredilere erişmekte güçlük çekmektedir. Dünyadaki finansal kurumlar uçağı karlı bir emtia olarak görüyor. Yeni nesil uçaklar daha sık üretime giriyor ve rekabetin getirdiği ortalama filo yaşı baskısı artıyor. Küresel ve bölgesel krizler havayollarını bilançolarını geliştirmek için filolarını satmaya ve kiralık olarak geri almaya zorlamakta. Sebepler zinciri ne olursa olsun, tipik bir havayolu uçaklarını kiralıyor. Kiralama sözleşmeleri, havayolları için üstlenmeleri gereken aşırı bakım maliyetleri bakımından büyük riskler içermekte. Kiraya verenin bakış açısına göre, uçağın parasal değerinin kiralama süresi sonunda korunmasını sağlamak için bakımla ilgili koşullar belirlenir ve açıklanır. Bununla birlikte, havayolunun lehine olmayan ve maliyetleri azaltmak için kurulan aşırı güvenli bir sistem değilse, kiralayanın ek gelir elde etmesinin bir yolu olarak da yorumlanabilir. Bu bakımdan havayolu, kiralama sözleşmelerini ve kaynaklanan bakım maliyeti etkenlerini çok iyi kavramalıdır. Daha iyi karar alma ve bütçe uyumu için riskleri tam olarak belirlemelidir. Uçak kiralama işlemi bir hayat döngüsü olarak ele alınmış ve bu döngünün her bir aşamasının bakım maliyetine etki eden yönleri değerlendirilmiştir. Bakım rezervi terimi, kiralayana ödenen ek bir kira ücret olarak çoğu zaman havayolunun geri alacağı bir tür mevduat olarak anlaşılır. Ancak gerçek hayatta, bakım rezervi mekanizmalarına dahil olan çok büyük maliyetler bulunmaktadır. Bakım rezervi kavramının ötesinde, kiralama sonunda uçağın parasal değerini korumanın alternatif bir yolu mevcuttur. İade düzeltmesi (RA), büyük filoları ve iyi bir finansal itibarı olan havayolları tarafından uygulanabilecek bir yöntemdir. Örnek çalışmalar, aynı kira süresince sözleşmeye bağlı bakım maliyetleri için bakım rezervini ve iade ayarlama yöntemlerini karşılaştırılmış, %30'a varan maliyet avantajı görülmüştür. Bu çalışma, uçağın operasyonu sırasında ortaya çıkan gerçek hayat bakım maliyetlerini incelemeyi amaçlamaktadır. Liberal ekonomiler, sert rekabet ve son derece savunmasız havayolu endüstrisi dönemlerinde, hayatta kalmak için her kuruş önemlidir. Bakımın karar vericileri, öngörülenin ötesinde bir rol oynar ve kar fırsatlarına ve finansal risklere hayati katkı yapar.
  • Öge
    Bir benzinli motorun türbülanslı akış alanlarının incelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1997) Erdil, Ahmet ; Borat, Oğuz ; 66390 ; Uçak ve Uzay Mühendisliği ; Aeronautics and Astronautics Engineering
    Günümüzde, enerji kaynaklarının yoğun bir şekilde kullanımı sonucu, hava kirliliği ortaya çıkmakta, bu da kaynakların verimli bir şekilde kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Bu enerjinin büyük kısmı içten yanmalı motorlarda, mekanik güç üretmek için kullanılmaktadır. İçten yanmalı motorlar, başta karayolu taşıtlarında ve zirai araçlarda olmak üzere, deniz ile hava araçlarının birçoğunda, ayrıca enerji üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kadar yaygın kullanım ise, motorların, hava kirliliği ve yakıt sarfiyatı açısından, araştırma ve geliştirmesini gerekli kılmaktadır. İçten yanmalı motorların hava kirliliğine olumsuz etkisi nedeniyle, emisyon değerlerini daha iyi hale getirmek için yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Emisyon değerlerinin düzeltilmesi ise, yanma veriminin artırılmasına bağlı kalmaktadır. Yanma odası içindeki türbülanslı hız alanlarının yanmaya doğrudan etkisi olmaktadır. Türbülanslı hız alanlarının benzin ve dizel motorlarındaki görevi ilk olarak karışımın hazırlanması ve ikinci olarak ise büyük ve küçük ölçekli karışım içindeki yanmayı kontrol etmek olmaktadır. Türbülanslı akışlarda, transfer ve karışım miktarları, moleküler difüzyonla meydana gelen miktardan birkaç kat daha fazladır. Türbülans sonucu meydana gelen difüzyon, momentum, ısı ve kütle transferi miktarlarını artırmaya neden olmaktadır. Bu çalışmada, daha önce boru içinde daimi olmayan akışlara başarılı olarak uygulanan Türbülans Filtresi, benzinli motorun yanma odası içindeki hız alanlarına değişik emme sübapı, sıkıştırma oranı ve devir sayılarında uygulanmıştır. Türbülans Filtresi, yeni geliştirilen ve içten yanmalı motor yanma odası içi hız alanlarına ilk olarak uygulananan bir filtredir. Türbülans Filtresi, perdeli sübap için, toplam hız verilerinden organize ve türbülans bileşenlerini başarılı olarak ayrıklaştırmaktadır. Kullanılan diğer yöntem ise, alışılmış Faz Ortalama yöntemidir. Bu yöntem de, tüm motor konfıgürasyonlarında toplam hız verilerine uygulanmış ve Türbülans Filtresinin bulduğu sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Başka bir yöntem ise, Lumley tarafından önerilen ve akışkanlar mekaniğinde yaygın olarak kullanılan POD yöntemidir. Bu yöntemin bulduğu en çok enerjik mod organize hız olmakta, diğer ortogonal ayrıklaştırılmış edilerin toplamı da türbülans bileşeninin tahmini olarak alınmaktadır. Toplam hız verilerinin ortogonal yapılarını incelememizi sağlayan eigen vektörleri POD yöntemi ile bulunmuş ve ilk on modda incelenmiştir. Türbülans filtresi ve POD metodu, içten yanmalı motor yanma odası içi hız alanlarına ilk olarak bu çalışmada uygulanmıştır. Ayrıca, içten yanmalı motorun yanma odası içinde değişik motor konfıgürasyonlarında ölçülen hızlar, birinci derece otoregresiv modeli kullanılarak modellenmiştir.
  • Öge
    Küt cisimlerde sürükleme kuvvetinin azaltılması için kilitlenmiş girdap oluşumlarının deneysel yöntemlerle araştırılması
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1997) Erkara, Şeref ; Erim, M. Zeki ; 66424 ; Uçak ve Uzay Mühendisliği ; Aeronautics and Astronautics Engineering
    Bu tez çalışmasında, iki boyutlu yan silindirik bir cismin toplam sürüklemesinin azaltılması, cismin arkasına ayırıcı levha ve dik plakaların eklenmesi durumunda deneysel olarak incelenmiştir. Yan silindirik cismin arkasına konan ayırıcı levha ve bu levhaya değişik uzaklıklarda dik olarak yerleştirilen plakalarla yakın iz bölgesi değiştirilmeye çalışılmış ve yan silindir, ayırıcı levha, dik plaka arasında oluşan boşluk içindeki akım yapısı incelenerek kilitlenen girdaplar hakkında araştırmalar yapılmıştır. Tezin 1. Bölümünde konunun önemi ve literatür çalışmaları hakkında bilgiler sunulmuş, 2. Bölümde; model boyutlan, kullanılan tünellerin akım şartlan ve yardımcı üniteler hakkında bilgi verilmiştir. 3. Bölümde ise, kantitatif bilgiler ve deneysel çalışmalar sayısal sonuçlarla birlikte yorumlanmıştır. Çalışmalarda kullanılan programlar, bilgisayar kontrollü sıcak tel ve LDA(lazer dopler anemometresi) ölçme sistemiyle ilgili detaylı bilgiler ek olarak çalışmanın sonunda verilmiştir. Deneysel çalışmalar, akım görünürlüğü deneyleri ile başlamış ve bu çalışmalarda, duman ve yağ metodları kullanılarak kalitatif sonuçlar elde edilmiştir. Deneylere değişik geometrik düzenlemelere ait detaylı basınç ölçümleriyle devam edilmiş taban,ayırıcı levha ve dik plaka üzerindeki basınç katsayıları değişimleri araştırılmıştır. Ayrıca, iz bölgesinde sürükleme analizi ve hız profillerinin incelenmesi ile değişik geometrik düzenlemelerin etkinliği araştırılarak, sayısal ve L.D.A. (Lazer Dopler Anemometresi ) ile yapılacak çalışmalar için ön bilgilerin yanında en uygun geometrik düzenlemelerin incelemesi yapılmıştır. Girdap hareketleri ve en uygun geometrik düzenlemenin tespit edilmesi amacıyla incelenen 18 boşluk oluşumu içinden optimum geometrik düzenleme ortaya çıkartılmıştır. Yapılan çalışmalarda, duman ve yağ metodu ile yapılan akım görünürlüğü deney sonuçlarına göre, kullanılan üç ayn yükseklikteki dik plakadan en yüksek boya sahip (0.43 7D) olan için kilitli girdabın varlığına dair kalitatif sonuçlar elde edilmiştir. Yan silindirik cismin tabanından,ayırıcı levhadan ve dik plaka üzerinden alınan statik basınç değerlerinin basınç katsayısına çevrilmesiyle, kilitli girdabın yarattığı basınç katsayısı dağılımları, en etkili düzenlemenin 0.437 D yükseklikli dik plaka ile ve tabandan 0.68 D geride olduğunu göstermiştir. Ayrıca bu düzenlemeyle yapılan iz bölgesi(2D mesafe geride) sürükleme analizi sonunda, sürükleme katsayısı diğer dik plakalara göre(0.375D, 0.31 2D) yaklaşık olarak %45 oranında daha düşük çıkmıştır. Sıcak tel ile yapılan çalışmalar, ayırıcı levhadan itibaren 3D mesafede yapılmış, bu çalışma sonunda elde edilen hız profillerinden, optimum geometrik düzenlemenin etkinliği tekrar tesbit edilmiştir. Zira U(%RMS) değerlerinin diğer boyuttaki dik levha durumlarına göre %50 oranında azalması bu görüşü desteklemiştir. LDA(Lazer Doppler anemometresi )ölçümleri sonunda, kilitli girdabın optimum geometrik düzenlemedeki(x5 nolu istasyon ve "BU" dik plakası)durumuyla diğerlerinin mukayese edilmesini sağlamış(girdap şiddeti I' =0.377m2/sn olup en yakın değerden %20 daha fazladır), çizdirilen hız vektörleriyle gerek büyüklük gerek şiddet olarak bu sonuçlar doğrulanmıştır.