LEE- Uçak ve Uzay Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 14
-
ÖgeImpact of hydrogen addition on combustion characteristics in a swirl-stabilized partially premixed combustor(Graduate School, 2023)In today's world, rapidly increasing energy demand brings along significant challenges such as environmental pollution and inadequacy of energy resources. This situation necessitates a reevaluation of current energy production methods and the exploration of sustainable alternatives. Hydrogen is a crucial energy source that is at the forefront of these research efforts. The environmental impact and limited resources of hydrocarbon fuels have increased technological interest in the use of hydrogen in the aviation sector. The utilization of hydrogen in aviation propulsion systems has become a significant research area due to reasons such as environmental sustainability and efficiency advantages. The wide flammability range, high energy density, and high laminar flame speed of hydrogen present significant potential for efficiency and performance in the aviation industry. Additionally, hydrogen's clean energy source nature is a critical factor in achieving sustainability goals in the aviation industry. For these reasons, conducting experimental and numerical studies and ensuring technological advancements for the use of hydrogen in gas turbine engines in aviation are of great importance. Gas turbine engines are widely used technology for energy and thrust production, typically fueled by hydrocarbon fuels. Recent scientific research has shown that partially premixed methods can provide higher efficiency and lower emission values in gas turbine engines. Partially premixed combustion is a combustion method where a limited amount of air is mixed with the fuel before entering the combustor. This method enhances combustion efficiency and helps reduce emission levels, enabling more efficient fuel utilization and emission reduction. In the design of propulsion systems, numerical studies have gained importance alongside experimental research, thanks to the increasing computational resources. Nowadays, numerical studies conducted using computational fluid dynamics (CFD) methods have become a valuable tool in investigating aviation propulsion systems. This approach overcomes the cost and safety issues associated with experimental studies. The commonly used CFD methods include Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS), large eddy simulation (LES), and direct numerical simulation (DNS). DNS, due to its high computational cost and memory requirements for combustion problems, is currently not feasible. However, RANS and LES methods are more computationally affordable and are frequently preferred in the numerical studies. In particular, the LES method allows for larger-scale and more detailed analyses to be conducted.
-
ÖgeFleixble and compact preliminary thermal analysis tool for cubesats(Graduate School, 2023-06-14)Thermal behaviour estimation is crucial for any space system. Temperature of the components needs to stay within their operating range. Thus, an analysis should be done and the design should consider the results of the analysis. Obtaining the exact temperature results requires a fully developed design, commercial software and time-consuming analysis runs. Therefore, affordable approximate temperature estimation is important for CubeSats in preliminary design stages or low-budget projects. In this study, a thermal analysis tool is developed using MATLAB that can execute a thermal analysis in much less time. Evaluating the temperature change in the orbit can be done by considering the thermal environment and internal heat exchanges. Thermal environment for Earth's orbits includes solar radiation, albedo radiation and Earth's infrared radiation. Internal heat exchange for a CubeSat considers only radiation and conduction between components and parts. External heat loads and internal heat exchanges are put together in the thermal network equation by using the conservation of energy rule. Thermal network equation is an initial value problem that is an ordinary differential equation with an initial condition and in this study, it is solved numerically using the fourth-order Runge-Kutta method. Also, transient solutions are studied in this thesis because boundary conditions in the space environment vary over time and the results will be more meaningful to compare. Steady-state solution can also be solved using average values of boundary heat fluxes. Components and parts are labelled as nodes and these nodes create the thermal network model. MATLAB code requires inputs to work. Inputs such as the surface coordinates of each node, material and coating selections for nodes and thermal coupling matrices for conduction and radiation. Radiation matrix should indicate if any radiative heat transfer is occurring between each node. Conduction matrix contains the contact conduction values between each node. Orbital parameters and the orientation of the satellite also need to be entered. These inputs provide flexibility for analysis. In this study, thermal analysis for the simplified model of the UBAKUSAT is performed using the developed MATLAB tool and Siemens NX software. Both analyses and run times are compared to each other for different scenarios. Similar results are found for each scenario and the code takes much less time to analyse.
-
ÖgeDeğişken açılı elyaf kompozitlerin uygulanabilirlik açısından yeni bir tasarım yaklaşımı ve diferansiyel evrim ile burkulma yükü optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-22)Hava-uzay araçları başta olmak üzere bir çok sektörde kullanılan elyaf kompozitlerin başlıca tercih edilme nedenleri önceden kullanılan muadillerine göre daha yüksek spesifik dayanım ve daha düşük ağırlık ile birlikte büyük bir maliyet tasarrufu sağlamasıdır. Bir yapının maruz kaldığı yük isterleri göz önüne alınarak yöne bağlı mekanik özellikleri sayesinde her katmanda uygun bir oryantasyon açısı ile istifleme dizisi tasarlanarak geleneksel elyaf kompozitlerin performansı artırılmaktadır. Bu tezdeki değişken oryantasyon açısıyla ifade edilen ise elyaf kompozitlerin değişken direngenliğini, elyaf açısını aynı katman içerisinde değiştirerek serim güzergahını değiştirmektir. Böylece, elyaf kompozit malzemenin yöne bağlı mekanik özelliklerini kullanarak optimizasyon kapsamını genişletmekte ve potansiyeline ulaşmasını sağlamaktadır. Düzlem içinde daha avantajlı bir yük dağılımı oluşturmaya imkan vermektedir. Bu tasarıma sahip kompozitlerin üretimi, uzun yıllardır geleneksel kompozit üretiminde de kullanılan, yüksek hassasiyet ve hızlı serim sağlayan otomatik elyaf serim cihazı (AFP) ve otomatik bant serim cihazı (ATL) ile planlanmaktadır. Bu çalışmada, mevcut laminasyon teorilerinde sabit sayı olarak geçen her bir katman açısı yerine konuma bağlı, lineer değişen bir oryantasyon açısı tanımı yapılmıştır ve tek eksende yükleme altında burkulma incelenmiştir. Yüksek dereceden doğrusal olmayan, türevlenebilirlik açısından klasik-gradyan bazlı yöntemlerde uygulaması zor olan amaç fonksiyonlarının optimizasyonunda buluşsal aramaya bağlı stokastik özelliği olan yöntemler arasından göreceli olarak daha hızlı ve yüksek doğruluğu olan evrimsel algoritma kullanılmıştır. Tasarım modellemesi ve optimizasyon kodu python programlama dilinde yazılarak Abaqus doğrusal burkulma analizi amaç fonksiyonu olarak entegre edilmiştir. Üretim sonrası kusurlardan kaçınmak için simetrik elyaf kompozit ve dengelenmiş katman açıları dizilimi tasarımın sınırlarını oluşturmuştur. Ayrıca, açı parametrelerinin alt ve üst limitlerinin yanı sıra, üretim cihazları ve filament demetlerinden kaynaklı eğrilik yarıçapı kısıtlaması da kullanılmıştır ve eğrilik yarıçap kısıtlama denklemi türetilmiştir. Optimizasyon ve sayısal analizler sonucunda, farklı katman sayılarında ve farklı boy-en oranlarında değişken açılı elyaf kompozitlerin kritik burkulma yükü bakımından avantajlı olduğu gösterilmiştir ve boy-en oranına ve katman sayısına göre yük kazanım oranları arasındaki korelasyon analiz edilmiştir.
-
ÖgeBir savaş uçağının burun iniş takımı yapısal analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-23)Hiç şüphesiz uçak tasarımında uçağın her bir komponent ayrı bir mühendislik süreci ve ciddi bir zaman gerektirmektedir. Uçaklarda iniş takımı önemli bir ana mekanik sistemdir. Bu tez çalışmasında da bir savaş uçağının burun iniş takımı tasarımı gerçekleştirilerek yapısal analizi yapılmıştır. Tez çalışması süresince, birçok kaynak incelenmiştir ve uzun bir literatür araştırma süreci gerçekleştirilmiştir. Havacılık endüstrisinde yüksek dayanımlı ve hafif bir yapı tasarlamak en kritik parametrelerdendir. İniş takımları uçakların toplam ağırlığının yaklaşık %6' sını oluşturur. Yani uçak ağırlığının büyük bir kısmını oluşturur. Dayanım/ağırlık oranı yüksek iniş takımı tasarlamak en önemli tasarım gerekliliğidir. İniş takımları, iniş ve kalkış sırasında uçağa gelen dinamik ve statik yüklere maruz kalır. Bu nedenle iniş takımı sisteminin bu yüklemelere karşı dayanımlı bir yapıya sahip olması gerekir. Yüklere dayanamadığı takdirde iniş takımı ve uçakta ciddi yapısal hasarlar meydana gelebilir. Havacılık tarihinden bu yana birçok farklı çeşitte iniş takımları tasarlanmıştır. İlk başta tasarımlarda sabit iniş takımları kullanılırken zaman içerisinde bu tip iniş takımlarının aerodinamik açıdan dezavantajlı olduğu görülmüştür. Uçaklarda daha yüksek hız ve daha uzun havada kalma süresi gibi isterleri karşılayabilmek için katlanabilir iniş takımları tasarlanmıştır. Daha kompleks bir yapı olmasına karşın uçaklarda performans isterleri de göz önüne alındığında katlanabilir iniş takımlarının kullanımı zamanla yaygınlaşmıştır. İniş takımı tipine karar verildikten sonra ana ve burun iniş takımının konumuna karar verilirken, ağırlık merkezinin konumu göz önüne alınarak uçağın yerde hareketi, devrilmemesi, yan rüzgar etkisini azaltması, iniş ve kalkış sırasında manevra kabiliyetine izin vermesi sağlanmalıdır. Öncelikle, iniş takımı analizi için bir tasarım hazırlanmıştır. Bu tasarım için bilinmesi gereken belli parametreler vardır. Bu parametreler uçağın ağırlık merkezi, yerden yüksekliği, ortalama veter uzunluğu, iniş takımları arasındaki mesafe gibi sıralanabilir. Literatürdeki savaş uçaklarının bir çoğu incelenerek bu parametreler ile ilgili veriler toplanmıştır. Ortalama bir değer seçilerek kavramsal tasarım için gerekli bilgiler elde edilmiştir. Böylelikle iniş takımının uçağın ağırlık merkezine göre yerleşimi yapılmıştır. Daha sonra, uçak yerleşimine göre iniş takımlarına gelen yüklemeler hesaplanmıştır. Yük hesaplamalarında literatürdeki kitaplardan faydalanılmıştır. Yüklere göre lastik boyutuu, amortisör stroğu ve dikme çapı belirlenmiştir. Parça çizimleri ve montajda Siemens NX programı kullanılmıştır. Ayrıntılı boyutlandırma ve çizim yapıldıktan sonra kritik yük koşullarını belirleyebilmek için farklı iniş koşullarında iniş takımına gelen üç eksendeki kuvvetler hesaplanmıştır. Farklı kuvvet ve doğrultularda en kiritik üç koşul seçilerek analizler bu iniş koşullarında gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemalar yöntemi ile burun iniş takımı ANSYS Workbench programı kullanılarak analiz edilmiştir. Yapısal analizi gerçekleştirilen iniş takımında malzeme değişikliği yapılarak yapıların Von-Mises gerilme ve deformasyon değerleri elde edilmiştir. Yapıların maruz kaldığı yüklemeler yüksek olduğu için komponentlerde yüksek gerilmeler görülmüştür. Bu nedenle, iniş takımlarında malzeme seçilirken yüksek dayanım ve uzun ömre sahip olması önemlidir. Son olarak, yapılan analiz sonuçlarına göre parçaların ağırlıkları, deformasyon miktarları ve dayanımları karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar doğrultusunda tasarım kriterleri de göz önüne alınarak malzeme seçimi yapabilir veya tasarımda değişiklik kararı alınabilir. Bu şekilde yapılan analizler serisi ile optimum bir burun iniş takımı tasarımına ulaşmak mümkündür.
-
ÖgeKademeli ve düz kiriş yapılarının termal etki altındaki titreşim davranışının incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-10-15)Kiriş yapılarının başta havacılık olmak üzere otomotiv ve inşaat sektöründe oldukça yaygın bir kullanım alanı vardır. Genel olarak, boyuna ve enine dik yükleri destekleyen kiriş yapılarının uzunluğu kesit ölçülerine göre oldukça büyüktür. Kirişler, eksenine dik olan yükleri taşır ve bu nedenle yükler uzunluğa dik doğrultudadır. Kullanım alanı oldukça geniş olan kiriş yapılarının analizinde çeşitli metotlar ve teoriler bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında Euler-Bernoulli ve Timoshenko kiriş teorileri incelenmiş, kirişlerin titreşim davranışının incelenmesi amacıyla titreşim denklemleri elde edilmiştir. Bir dizi diferansiyel denklemden oluşan titreşim denklemlerinin çözümü için oldukça yaygın ve pratik çözüm yöntemi olan Diferansiyel Dönüşüm Metodu (DDM) kullanılmış, sonuçlar analitik çözüm ile kıyaslanmıştır. Diferansiyel Dönüşüm Metodu için MATLAB kodu oluşturulmuş, çözümler geliştirilen kod yardımıyla elde edilmiştir. Bu teorilerin haricinde günümüzde kullanımı yaygınlaşan Sonlu Elemanlar Yöntemi(SEY) ile de sonuçlar elde edilmiş ve analitik sonuçlar ile karşılaştırma yapılmıştır. Sonlu Elemanlar Yöntemi'nde ABAQUS paket programı kullanılmış, kiriş modellemeleri bu yazılım ile yapılmıştır.Uçak yapıları yüksek mukavemete ve yorulma dayanıma sahip oldukça hafif yapılardan oluşmaktadır. Bu bağlamda tez çalışmasında incelenmek üzere kiriş yapı malzemeleri olarak çeşitli metalik ve kompozit malzemeler belirlenmiştir. Kompozit malzemelerin elastik karakteristikleri belirlenmesi için kompozit teorisi kullanılarak laminaların mikromekanik ve makromekanik analizi yapılmıştır.Sıcaklıkla ilgili fenomenlerin yapılar üzerindeki etkisi oldukça geniş bir çalışma alanına sahiptir. Sıcaklıktaki değişiklik, kirişin titreşim davranışında büyük bir değişikliğe sebep olabilir. Bu tür yapıların dinamik davranışları yapının termal genleşmesine ve malzeme özelliklerine bağlı olarak sıcaklık etkisiyle değişmektedir.Bu tez çalışmasında sıcaklık değişiminin kirişlerin davranışına etkisini incelemek amacıyla elde edilen titreşim denklemine sıcaklık terimi eklenmiş ve çözümler yinelenmiştir. Belirlenen beş farklı sıcaklık değişimi için sonuçlar karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Kesiti, uzunluğu boyunca değişken olan kirişlere kademeli kirişler denmektedir. Uçaklarda kullanılan kanat yapılarını ele aldığımızda, uçak gövdesinden uzaklaşıldıkça kanat kesiti küçülmekte dolayısı ile kesit değişmektedir. Bu yapılar da çalışma kapsamına dahil edilmiş, düz kirişlere ek olarak kademeli kirişler de incelenmiştir. İncelenmek amacıyla uzunluğu boyunca farklı oranlarda kesiti ve malzemesi değişen çeşitli kirişler oluşturulmuş, titreşim denklemleri elde edilmiştir. Düz kirişler, ankastre mesnet-serbest uç, ankastre mesnet-ankastre mesnet, ankastre mesnet-kayar mesnet ve sabit mesnet-kayar mesnet olmak üzere dört farklı sınır şartında incelenirken kademeli kirişler ise ankastre mesnet-ankastre mesnet sınır şartında incelenmiştir. Sonuç bölümü oldukça detaylı oluşturulmuştur. Her bir malzeme ve kesit için beş farklı sıcaklık değişimi için sonuçlar Euler-Bernoulli, Timoshenko kiriş teorisi ve SEY çözümü yapılarak tablolar ile verilmiştir. Sıcaklık etkisinin kirişin titreşim davranışına etkisinin ve farklı sınır şartlarının incelenmesi ile diğer çalışmalar için temel oluşturması amaçlanmıştır.