LEE- Uçak ve Uzay Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 10
-
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.
-
ÖgeAnalysis of aircraft landing gear brake induced vibrations(Graduate School, 2023-01-23)Today, aviation systems are the product of more than 100 years of work. The most groundbreaking process in these studies was experienced during the cold war years. The achievements of many engineering activities today are based on the knowledge gained in these years. Some major problems have been completely resolved in this progress, and some of them still continue to be active problems. The landing gear system is always critical to aircraft and is the engineering solution for almost all functions on the ground. In recent years engineers have been trying to optimize previous achievements within the framework of weight reduction, reliability, integration, energy consumption, noise reduction, cost reduction, and maintenance activities. One of the most important problems related to landing gear systems from the past to the present is the vibration problem, which we can examine under noise reduction. In this study, the causes of vibrations originating from the landing gear braking system were examined together with previous studies in the literature. A comparative approach to brake-induced vibrations, which is still seen as a problem today, has been sought as a solution using today's tools. In this context, the parameters required for an aircraft landing gear model were calculated with the preliminary design activities used in the literature and industry. With these calculations, a model was created using MSC ADAMS software. Tire models in multibody dynamics simulations for vehicle dynamics were examined. As a result, the most suitable tire model was selected for the scope of the study. The parameters of the relevant tire model have been modified from the result of the tire sizing calculations. Two different vibration frequencies were investigated under four different longitudinal velocity conditions in order to make a valuable comparison. The results obtained from the model were compared and interpreted by using the previous studies from the literature.
-
ÖgeFonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden üretilen plakların mekanik ve ısıl yükler altındaki burkulma analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-27)Malzeme seçimi bütün mühendislik uygulamalarında çok önemli rol oynamaktadır. Neredeyse bütün mühendislik uygulamalarının gelişmesi ve ilerlemesi o alanda kullanılan malzemelerin gelişmişliği ile doğrudan ilişkilidir. Malzemelerin monolitik malzemeden alaşımlı malzemelere evrimi ve kompozit malzemelerin gelişimi, bir malzeme sınıfının çağın ihtiyaçlarına artık cevap veremiyor oluşundan doğmuştur. Çoğu mühendislik uygulamasında, monolitik bir malzemede bulunması imkânsız olan birbirleriyle çelişen özelliklere sahip malzemelerin kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca, farklı malzemelerin alaşımlanması, bileşen malzemelerin termodinamik davranışı ve bir malzemenin diğer malzemelerle karıştırılma derecesindeki kıstaslar ile sınırlıdır. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme, iki malzemenin bir araya getirilmesi ve zorlu çalışma ortamlarına maruz kaldıktan sonra dahi işlevlerini yerine getirebilmesi ve özelliklerini koruyabilmesi gerekliliğinden doğmuştur. İşlevsel olarak derecelendirilmiş malzeme başlangıçta bir ısıl bariyer uygulaması ihtiyacı için geliştirilmiş olsa da, bu önemli gelişmiş malzemenin uygulaması artırılmış ve aşırı aşınma direnci ve korozyon direnci uygulamaları gibi mühendislik uygulamalarında bir dizi sorunu çözmek için kullanılmıştır. Bu yeni malzeme türünden havacılık, otomobil ve biyomedikal gibi uygulamalarda yararlanılmaktadır. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler, geleneksel kompozit malzemelerin zorlu çalışma ortamlarında kullanıldığında başarısız uygulamalara neden olmasının sonucunda ortaya çıkmıştır. Geleneksel kompozit malzemelerin mühendislik uygulamalarındaki başarısızlığı kompozit malzemeyi oluşturan katmanlar arasındaki belirgin bir şekilde tanımlanmış olan arayüzden kaynaklanmaktadır. Arayüz, bu bölgede yüksek bir gerilme yığılmasına sebebiyet vermekte ve kompozitin nihai başarısızlığına neden olan çatlak başlangıcını ve yayılmasını teşvik etmektedir. Bu çatlak oluşma ve ilerleme sürecine "delaminasyon" adı verilmektedir. Japonya' da bir uzay mekiği projesinde karşılaşılan ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin ortaya çıkmasına ortam hazırlayan sorun, geleneksel kompozit malzemelerdeki bu belirgin arayüzün nasıl ortadan kaldırılabileceğini ve kompozitin istenen ısıl bariyer görevini nasıl yerine getirebileceği problemini ortaya koymuştur. Araştırmacılar, kademeli olarak değişen bir arayüz ile geleneksel kompozit malzemedeki keskin arayüzü sistematik olarak ortadan kaldırabildiler, böylece bu arayüzdeki gerilme yığılmasını azalttılar ve geliştirilen fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme, zorlu çalışma koşullarında kırıma uğramadan ayakta kalabildi. Sonuç olarak malzemenin asıl geliştirilme amacı olan yapıya ısıl kalkan olması dışında çeşitli mühendislik uygulamaları için de fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler kullanılmıştır. Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler, malzemenin hacmi boyunca değişen özelliklerle birlikte değişen bileşime sahip gelişmiş kompozit malzemelerdir. Havacılıkta kullanılan araçlar başta aerodinamik yükler olmak üzere birçok mekanik ve ısıl yüklere maruz kalmaktadır. Bu yükler hava aracının yapısallarının boyutlandırılmasında kullanılmaktadır. Güvenli bir hava aracı maruz kaldığı yükleri yapı içerisinde taşırken kırıma uğramayacak şekilde tasarlanmaktadır. Hava aracının yapısalları birçok farklı şekilde kırıma ya da hasara uğrayabilmektedir. Bunları öngörebilmek ve yapıyı ona göre tasarlamak hayati öneme sahiptir. Bununla beraber, yapıları kırıma uğratmayan fakat yapılarda yapısal kararsızlığa yol açan burkulma problemi havacılıkta çok önemli bir konudur. Örneğin bir uçağa gelen yükler kanat üzerindeki kabukların düzlem içi basma ya da çekme yüklerine maruz kalmasına sebep olabilmektedir. Kabuk elemanlarının basma yüküne maruz kaldığı durumlarda burkulma olayı gerçekleşebilir. Bu da hem kanat üzerindeki aerodinamik akışı bozabilmekte hem de yapının kararsız hale gelmesine sebep olabilmektedir. Bu gibi durumlarda yapının yük taşıma kapasitesi değişmekte ve burkulma sonrası hesaplamaların yapılması gerekmektedir. Bundan dolayı yapısal elemanların ne zaman burkulmaya uğrayabileceğini öngörebilmek büyük önem taşımaktadır. Bu tezde fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden üretilen plakların ısıl ve mekanik yüklemeler altındaki burkulma davranışları sistematik olarak ele alınacaktır. 1. Kısım' da yapılan çalışmadan genel olarak bahsedilip çalışmanın amacından ve isteğinden söz edilmiştir. 2. Kısım' da ise geçmişte fonksiyonel derecelendirilmiş plaklar üzerine yapılmış çalışmalar okuyucuya aktarılmıştır. Bu çalışmaları ifade etmeden önce temel burkulma probleminin tanımı yapılmıştır. Burkulma olayını tanımlamaya ilk olarak kolon ve kiriş elemanlarının burkulmasından başlanmış daha sonra plakların burkulması anlatılmıştır. Burkulma teorisinin alt yapısının okuyucuya bu şekilde verilmesi amaçlanmıştır. Ardından fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelere kısa bir giriş yapılmış ve tarihçesinden bahsedilmiştir. Bu kısımda aynı zamanda fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin burkulması üzerine yapılan akademik çalışmalardan da bahsedilmiştir. 3. Kısım' da fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden üretilen plakların mekaniğini anlamak adına geleneksel kompozit malzemeden üretilen plakların mekaniği okuyucuya aktarılmıştır. İlk olarak katmanlı kompozit plak teorilerinden kısaca bahsedilmiş ve sonra Klasik Kompozit Plaka Teorisi (KPT) ve Birinci Dereceden Kayma Şekil Değiştirme Teorisi (BKT) detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Çünkü fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden üretilen plakların mekaniğini anlamak için geleneksel kompozit plakların mekaniğini iyice anlamak büyük önem taşımaktadır. 4. Kısım' da fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin üretim yöntemlerinden kısaca bahsedilmiş ve etkin malzeme özelliklerinin nasıl modellendiği gösterilmiştir. 5. Kısım' a gelindiğinde daha önceden kısaca bahsedilen plakların burkulma problemi üzerinde durulmuş ve bu problemin belirli sınır koşulları altında analitik çözüm yöntemlerinden bahsedilmiştir. İlk olarak izotropik plakların burkulma probleminin çözümü, Navier ve Levy sınır koşullarını ayrı ayrı sağlayacak şekilde oluşturulan sınır koşulları altında çözülmüştür. Ardından Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeden üretilen plakların burkulma problemini çözebilmek için KPT kullanılarak analitik model oluşturulmuştur. Sonrasında oluşturulan analitik model her bir kenarından basit mesnetli kabul edilen fonksiyonel derecelendirilmiş plaklar için farklı yüklemeler altında MATLAB programında yazılan kod yardımı ile çözülmüştür. Bu yüklemeler mekanik ve ısıl yüklemeler olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Mekanik yüklemeler için üç farklı durum göz önüne alınmıştır. Bunlar: tek eksenli basma yükü, iki eksenli basma yükü ve iki eksenli basma – çekme yükü altındaki burkulma analizleridir. Isıl yükleme koşulları ise sıcaklığın kalınlık boyunca farklı şekillerde dağılımları göz önüne alınarak yine üç farklı şekilde yapıya uygulanacak ve burkulma analizi yapılmıştır. İlk olarak kalınlık boyunca sabit sıcaklık dağılımı için kritik burkulma sıcaklık farkı bulunmuştur. Ardından kalınlık boyunca doğrusal değişen sıcaklık dağılımı için burkulma analizi yapılıp kritik burkulma sıcaklık farkı elde edilmiş ve sonrasında ise kalınlık boyunca doğrusal olmayan sıcaklık dağılımı için bu analizler tekrarlanmıştır. Elde edilen tüm sonuçlar daha önceki çalışmalarla kıyaslanmış ve ince FD plaklar için KPT' nin oldukça başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. 6. Kısım' da ise sonlu elemanlar paket programı, PATRAN, NASTRAN yardımıyla burkulma analizleri gerçekleştirilmiş ve KPT ile elde edilen analitik sonuçlarla kıyaslanmıştır. Sonraki kısımlarda yapılan tüm çalışmalar kısaca değerlendirilmiş ve gelecekte bu konu üzerine yapılabilecek çalışmalardan bahsedilmiştir.
-
ÖgeData-driven delay estimation and anomaly detection: A study on European and Turkish air traffic(Graduate School, 2023-05-18)Air traffic networks represent highly complex and interconnected physical systems. Unlike other transportation networks, air traffic is very heavily regulated and physically constrained. Although the airways and airspaces are somehow more flexible compared to land based transportation systems, the fact that aircrafts can only positioned on and operated by airports make them quite dependent on the operations of the airports. Air traffic is regulated to ensure safety, while also maintaining the throughput of travel from one location to another. While these regulations does a decent job on keeping the air travel safe and systematical, they fall short when there are disruptions among the network that hinders the air traffic. There are numerous reasons for disruptions in air transportation; weather conditions, accidents, capacity constraints, personnel strikes etc. Yet their negative effect to the air traffic is mostly the same: introducing delays. Due to the connected nature of the air traffic and airports, when a delay generating event occurs at one place, the other members of the network could experience the similar effects, if not at a larger degree. This delay propagation means there is a ripple effect through the network which can snowball the delay generations and cause very large congestions. To relieve the effects of delay generating events, air traffic federators regulate the air traffic in a reactionary way. This may include reducing the capacity on certain airports or airways, giving NOTAMs, holding aircrafts on the ground or in the air (with hold patterns). Since all these actions are \emph{reactionary}, they are set in place after the delays already propagates through the network since it is trivial to asses and quantify the propagations in a large and complex network system. This study hypothesis that if the air traffic network can be modeled so that the propagations can be accurately calculated, it becomes possible to take proactive actions instead of reactive ones. Proactive actions are significantly more important when there is a risk of snowballing and propagation. It allows to take action when the ill effects are still contained on fewer members with smaller intensities. This paves the way for a more effective and less costly approach. Hence, the study proposes a method with 3 main parts; first one is to model the air traffic network so that propagations can be quantified, second one is to estimate the parameters of this model to keep a short-sighted vision into the upcoming network state and third one is to come up with a comprehensive action generating model to find optimal proactive actions that can keep the delay spreading at minimum and improve system resiliency. The air traffic modeling part is done via adopting compartmental model from epidemiology. This model explains the tranmission of disease within a population. When it is applied to the physical network system, instead of disease and humans, the delay amount and aircrafts is used. Additionally with the meta population model, instead of considering aircrafts one by one, airports can be used as they are focused points of aircraft populations. By linking transmit rate to the flight frequency between airports and the recovery rate to the delay handling characteristics of the airport, The parameter estimation part is done by calculating the historic recovery rates of the airports and then using deep learning inference to predict the next time step's recovery rates. The other parameters of the air traffic model, such as the traffic flow, is already known before hand (flight plans). Therefore through the estimation of recovery rate the network state of the upcoming states can be accurately predicted. This prediction can then be fed to the action generating algorithm to make the most informed decision. The action generating algorithm therefore must fundamentally be a deterministic state to action mapper. Reinforcement learning approach is utilized to train this state to action mapper to make it capable of generating optimal decisions under a sufficiently large spectrum of conditions. The final part of this study concerns with anomalous flight detection in air traffic as these types of flights are one of the sources of disruptions in an air traffic network. Although flight paths naturally diverge from one another, they still adhere to a set of patterns that have been tested in various environments and are optimized for them. These patterns may or may not be simple, depending on a number of factors, such as airspace use, the cognitive complexity of controllers, the weather, and NOTAMs. It is a challenging task to accurately classify flights just by their trajectories into a desired set of categories based solely on its statistical properties because of the high variance. For this purpose, the study incorporates a statistical approach that takes into account the time-based characteristics of the flight trajectories to determine whether they are abnormal or not. This statistical method with LSTM autoencoders makes it possible to train the model with historical data and quickly predict the flight class, taking into account the time-based characteristics of a flight trajectory. LSTM autoencoders can capture the class of a flight with relatively shorter time windows (16 second intervals). Therefore the air space can be periodically sweeped for anomalies while the network model and action algorithm runs in parallel. The obtained results demonstrate that the suggested architecture is quite capable of classifying abnormal flight trajectories as it successfully detects simulated fighter aircraft trajectories in airspaces with high commercial flight density. With the applications of deep learning and reinforcement learning, this whole methodology ensembles is largely data-driven, however the introduction of the compartmental model from epidemiology lays out a strong and accurate mathematical formula to support these data-centric approach. As the results suggests, The whole network's resiliency, i.e. its ability to keep delays from spreading and absorbing them, significantly increases when the optimal actions are reflected on the parameters. Additionally with the help of unsupervised learning, anomalous flights are also detected and represented as a disruption source to the network. Possible biases and shortcomings due to the data-driven approach is recognized throughout the study yet the overall method is deemed to be of significant importance in terms of managing resiliency through air traffic networks.
-
ÖgeFlight safety risk awareness at flight test activities with analytical hierarchy process method(Graduate School, 2022-05-23)In 1903, the Wright brothers succeeded in flying the first manned and propelled heavier-than-air aircraft, which soon led to the birth of aviation and the spread of aircrafts. Aircrafts, which started to be produced for different purposes, have caused many accidents and even deaths in their post-production use and especially in the design development stages. Over the years, various arrangements have been made, international agreements have been signed, and local and international organizations have been established in order to prevent these accidents and deaths and to manage aircraft operations safely. Annex-19 Safety Management System (SMS), which is the 19th and last annex of the International Civil Aviation Organisation (ICAO) Air Transport rules, is a system for managing the safety risks of organizations carrying out aviation activities and ensuring the effectiveness of safety risk controls, and includes systematic procedures, practices and policies for the management of these risks. Implementation of SMS in organizations carrying out civil aviation activities has started to be made compulsory by relevant local and international authorities. The studies which aim to prove whether the designed and manufactured aircraft provide the desired performance are called flight tests. Advances in technology, when incorporated into aircraft design processes, have led to the creation of formal requirements and specifications that provide universal benchmarks in aircraft design processes. Parallel to these developments, the aims and applications of flight testing have also matured and become a discipline. Flight tests are high-risk flights since they are carried out with aircraft that have not been certified yet, have low flight hours, and have many unknowns about the nature of the aircraft. For these reasons, within the scope of flight test activities, the risks should be determined in advance, necessary mitigation studies should be carried out and test procedures should be determined. It is stated in the Flight Test Operational Manuel (FTOM) guide document published by EASA that flight test organizations should improve the SMS. In this document, flight test risk management activities and risk management activities that must be carried out within the scope of SMS are separated. Flight test risk management was held responsible for the management of specific risks specific to each flight test, while SMS risk management was held responsible for operational risks that constitute continuity. Within the scope of this study, the Analytical Hierarchy Process (AHP) method, which is a hierarchical weighted multi-purpose decision analysis method that combines qualitative and quantitative analysis methods, was used to provide a holistic awareness of flight safety risks in flight test activities. When using the weighting function of the AHP method, the safety risk matrix published by the SMS risk management of the relevant institution is based on and it is aimed to determine how important the risks are to each other. The values selected from the risk matrix for the risk specific to the flight test and operational risks are multiplied with the coefficients to be determined for each risk level to create a comparison matrix and the weight of each risk is calculated. It is expected that the flight test risk will have the largest share in the weighting to be achieved, and the evaluation of the results in this direction. Providing corrective feedback on the coefficients determined for each risk level, the choice of risk value and the structure of the risk matrix are the gains that can be achieved in addition to flight safety risk awareness. The use of the safety risk matrix and the values here while calculating the weights of the risks eliminates the subjective evaluation in the AHP method and makes the consistency index 0. However, the method used is subjective due to the structure of the risk matrix, the selected risk values and coefficients. For this reason, the returns to be obtained in line with the outputs of the method will allow these subjective values to change and take their optimum form over time. This study, which started in line with the definitions in the EASA Part-21 FTOM Guide document, became an example of how Flight Test Risk Management and Safety Management System can work together. As a result, it is aimed to raise awareness of the flight safety risks involved in Flight Test Activities to the relevant flight test team by making use of the weighting feature of the AHP method.