LEE- Uçak ve Uzay Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 90
-
ÖgeOptimal solution of orbital facility location problem utilizing optimum rocket staging and Q-Law orbit transfer(Graduate School, 2025-01-17)The rapid growth of satellite constellations has made satellite servicing a crucial aspect of sustaining and enhancing their functionality over extended periods. This thesis focuses on developing an optimization framework to address the Orbital Facility Location Problem (OFLP), which involves determining the optimal placement of service facilities in orbit to minimize the combined costs of launching and servicing satellite constellations. The research emphasizes the importance of aligning servicing strategies with cost efficiency while adhering to operational and logistical constraints. A comprehensive methodology is adopted to tackle the OFLP, combining advanced techniques such as rocket staging optimization and low-thrust orbit transfer analysis. The launch cost is modeled based on the maximum payload capacity of launch vehicles and the characteristics of candidate orbits. Service costs, on the other hand, are determined by calculating the fuel consumption and payload requirements for servicing trips between service facilities and client satellites. These costs are integrated into an optimization model formulated using Binary Linear Programming (BLP), which enables the identification of cost-efficient orbital configurations. The study explores multiple scenarios defined by varying numbers of launch vehicles and servicing trips. For each scenario, the model identifies the optimal orbits for deploying service facilities, ensuring that the launch vehicles operate within payload capacity limits and that client satellites are serviced efficiently. The results reveal critical insights into the interplay between launch and servicing costs, highlighting the significance of parameters such as semi-major axis, eccentricity, and right ascension of ascending node in achieving cost-effective solutions. The thesis also presents detailed numerical analyses and visualizations that illustrate the spatial distribution of service facilities, the alignment between service orbits and client satellite constellations, and the trade-offs between resource allocation and operational efficiency. These findings underline the importance of precise orbit selection and resource management in reducing mission costs. In conclusion, this research provides a robust framework for solving the OFLP and offers practical guidelines for designing satellite servicing missions. The insights gained from this work contribute to the field of aerospace engineering by promoting cost-effective strategies for managing satellite constellations. This framework can serve as a foundation for future research and operational planning in orbital servicing and satellite maintenance.
-
ÖgePassive control of aeroacoustic noise generation in transonic cavity flow via cylindrical rod(Graduate School, 2025-01-27)Cavity flow is a phenomenon that is encountered in many applications in various industries. The flow over a cavity generates highly turbulent and complex flow structures which produce a significant level of noise. The noise generation is undesirable for several concerns depending on the application. Weapon bay of a modern fighter is one of the most important instances of cavity flow in aerospace industry. High amplitude tonal pressure fluctuations occurred within a weapon bay may cause damage on sensitive avionic devices or the stores. Additionally, the noise in the weapon bay increases the detectability of aircraft, which means that the primary purpose of internal store carriage is compromised. Therefore, control of cavity flow noise is a crucial issue for a modern fighter aircraft. In the present study, a numerical investigation was carried out about noise generation in transonic cavity flow and its passive control by a cylindrical rod. First of all, the numerical method was validated by an available experimental data in the literature namely, the M219 cavity case which involves transonic flow over a cavity with a length to depth ratio of 5. CFD analysis of the reference case was performed by Star-CCM+ using Detached Eddy Simulation (DES) model and the methodology was validated by comparing with the experimental data. High amplitude tonal noise was observed within the M219 clean cavity. Subsequently, several designs were developed for the aim of noise reduction by introducing a cylindrical rod with different diameters and positions around the leading edge. Using the same CFD methodology, each design was analyzed numerically and their attenuation performance was evaluated by comparing with the clean cavity. Overall sound pressure levels are examined at both cavity floor and rear wall. OASPL distribution is also calculated over the cavity symmetry plane. Moreover, frequency spectrum of the sound pressure level at the rearmost probe was calculated to determine mode frequencies and evaluate tonal noise reduction. Furthermore, the SPL spectrum was computed not only for a single point, but also for entire symmetry plane of the cavity, hence, SPL fields for discrete frequencies are also available. Therefore, unlike previous studies about the topic, the present study provides detailed spectral examination of cavity flow by providing the SPL fields at the mode frequencies. Additionally, Spectral Proper Orthogonal Decomposition method was utilized to reveal dynamically important flow structures that developed coherently in both time and space. Besides, pressure coefficient distributions on the cavity floor are examined to consider the designs also in perspective of loads on the store. The numerical results of each design are compared and their performances are discussed based on different aspects.
-
ÖgeTakviyeli panel yapıların burkulma ve burkulma sonrası davranışının yapay sinir ağları ile optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-12)Bu çalışma, uçak mühendisliğinde kritik bir yapı elemanı olan kaplama (kabuk) ile takviye kirişi yapılarının burkulmasını ve burkulma sonrasını ayrıntılı bir şekilde incelemektedir. Takviye kirişleri (stringers) ile desteklenmiş kabuklar, uçak yapıları için temel yük taşıyıcı elemanlardan biri olup, kabuk yapı esasen kayma akılarını taşırken takviye kirişleri eksenel yük taşımakta, böylece kabuk yapının burkulmaksızın işlevini sürdürmesini sağlamaktadır. Bu yapıların yeterli mukavemeti sağlarken mümkün mertebe hafif olmaları, uçakların genel performansı ve emniyeti açısından büyük önem taşımaktadır. Uçak yapılarının maruz kaldığı yüksek yükler ve çevresel şartlar göz önüne alındığında bu elemanların doğru bir şekilde tasarlanması ve optimize edilmesi bir gerekliliktir. Bu çalışma kapsamında, farklı özelliklere sahip parametrelere uygun kabuk ve takviye kirişlerinden oluşan saf basma yüklemesi altındaki numunelerin burkulma sonrası davranışını incelemek için GFEM modellerini NASTRAN girdi dosyası (.bdf) formatında kolayca üretip çözmek için bir Python kod betiği geliştirilmiştir. Bu kod betiği, analizlerin hızlı bir şekilde gerçekleştirilmesini ve numunelerde en kritik takviye kirişinin ve çevreleyen panellerin aldığı yüklerin belirlenmesini sağlamaktadır. Kabuklar dörtgen (quad) elemanlarla, takviye kirişleri ise eksenel yükleri taşıyacak şekilde rod elemanlarla modellenmiştir. Değişen boyutsal parametrelere uygun GFEM'ler oluşturmak için geliştirilmiş bu kod betiği ile toplamda 7680 analiz verisi elde edilmiştir. Bu betik, her konfigürasyonun özgün isimlendirilmesi, parametrelerin düzenli yazılması ve geometrik özelliklerin çıkarılması gibi işlevleri de sağlamaktadır. Ayrıca, çalışma kapsamında hazırlanan diğer bir Python kod betiği ile teorik yöntemler kullanılarak yapılan sayısal analizler sonucunda kabuk ve takviye kirişi konfigürasyonlarının basma altındaki burkulma-sonrası mukavemetleri elde edilmiştir. Bu süreçte, ilgilenilen numunelerin geometrik ve malzeme girdileri betiğe veri seti olarak girilmiştir. Ardından, takviye kirişlerine bağlı ön hesaplamalar yapılmıştır. İlk mukavemet değerleri, takviye kirişi toplam kripling (crippling) gerilmesi hesaplanarak belirlenmiştir. Bağlayıcılarla bağlanan alt başlık (flanş) ve kabukta gerinim uyumu olacağından ve düşük mukavemet değeri bir eşik oluşturacağından, takviye kirişi alt başlık segmentinin kripling gerilmesi ve kabuk bağlayıcı (perçinler) arası burkulma mukavemetleri hesaplanmıştır. Takviye kirişi alt başlığından gelen eşik gerilme kontrolü ile toplam kripling mukavemeti güncellenmiştir, etkin kabuk genişliği ve kalınlığı hesaplanmıştır. Takviye kirişi alanınına kabuk etkin genişliği dahil edilerek hesaplamalar yapılmıştır ve eylemsizlik yarıçapı (White formülü) elde edilip Johnson-Euler formülasyonu ile kiriş burkulma mukavemeti bulunmuştur. Hata kontrolü yapılarak hesaplanan kritik mukavemet, bir önceki iterasyonun değeri ile karşılaştırılmıştır. Yakınsama varsa mukavemet değeri olarak güncellenmiştir, aksi halde iterasyona devam edilmiştir. Çalışmada, NACA raporlarında yer alan deneysel veriler (NACA-TN-1978, NACA-TN-1829 ve NACA-TN-3431) kullanılarak yapılan analizler, çalışmadaki yöntemlerin yüksek doğrulukla doğrulanmasını sağlamıştır. Deneylerdeki numuneler ve yüklemeler, çalışmadaki yöntemler kullanılarak kontrol edildiğinde elde edilen sonuçlar, deneysel verilerle büyük ölçüde örtüşmüştür. Doğrulaması yapılmış yöntemle Genelleştirilmiş Sonlu Eleman Yöntemi (GFEM) kullanılarak 7680 farklı konfigürasyon için burkulma-sonrası (post-buckling) analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerde, farklı boyut ve geometrik parametrelerin etkileri kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Her bir konfigürasyon için gerçekleştirilen analizlerde, basma burkulma-sonrası mukavemetleri ve uygulanan yükler belirlenmiş ve buna bağlı olarak emniyet katsayıları hesaplanmıştır. Çalışmada, sayısal analiz sonuçları kullanılarak Python ile bir Yapay Sinir Ağı (YSA) modeli geliştirilmiştir. 7680 numune sonucu sisteme öğretilmiş, bu sayede yeni numune tiplerine bağlı sonuçlar çıkarılabilmiştir. Optimizasyon süreci YSA ile gerçekleştirilmiş ve farklı parametrelerin emniyet katsayısı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Veri ön işleme süreçleri uygulanarak bağımsız (panel en/boy oranı, takviye kirişi boyu, takviye kirişi alt ve üst başlık genişlikleri, kabuk ve takviye kirişi kalınlıkları) ve bağımlı değişken (emniyet katsayısı) belirlenmiş ve normalize edilmiştir. Scikit-learn kütüphanesinin MLPRegressor sınıfı kullanılarak iki gizli katmanlı (100 ve 50 nöronlu) bir YSA modeli yapılandırılmıştır. Model, ReLU aktivasyon fonksiyonu ve Adam optimizasyon algoritması kullanılarak 1000 iterasyon boyunca eğitilmiştir. Modelin tahmin yeteneği küçük gürültüler eklenmiş yeni verilerle test edilmiş ve performansı MSE, MAE ve R² metrikleriyle değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, yapısal elemanların mukavemetleri için sayısal analizler, uygulanan yükler için GFEM ve optimizasyon için YSA kullanarak yapılan kapsamlı yapısal analizlerin uçak mühendisliği alanında önemli katkılar sağlayabileceğini göstermektedir. Çalışma, yapısal elemanların burkulma ve burkulma sonrası davranışlarını daha iyi anlamaya ve tasarımları optimize etmeye yönelik değerli bilgiler sunmaktadır. Bu yenilikçi yaklaşımlar, güvenli ve etkili uçak tasarımlarının geliştirilmesine önemli katkılar sağlamaktadır.
-
ÖgeKompozit bir yatay kuyruğun statik mukavemetinin incelenmesi ve optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-12)Tez çalışması kompozit yatay kuyruğun; statik yükler altında, tek yönlü dizilmiş takviyelerden oluşan (unidirectional) IM7/8552 malzemesi ve örgülü kumaş takviyelerden oluşan (woven fabric) SPG 196-P malzemesi için ayrı ayrı analiz ve optimizasyonunu içermektedir. Çalışma kapsamında Hyperworks,DIGIMAT ve MSC Nastran/Patran programları kullanılmıştır. Kompozit yapıların statik analizinde çentiksiz hasar mukavemeti ile darbe sonrası mukavemet değerlerinden hangisinin kullanılacağı, analiz edilen yapıya göre değişmektedir. Genel yaklaşım olarak hasarı ölümcül olmayan ikincil yapılarda çentiksiz hasar mukavemeti ile analiz yeterli görülürken,hasarı ölümcül olan yapılarda çentikli hasar mukavemeti ile analiz yapılır. Yatay kuyruk belli hızların üzerinde hasarı ölümcül olan bir yapıdır. Bundan dolayı bu tez çalışmasında kompozit bir yatay kuyruğun analizinde darbe sonrası mukavemet değerleri kullanılmıştır. Farklı tabaka dizilimleri için darbe sonrası mukavemet değerleri, çentiksiz hasar mukavemet değerlerine belirli faktörler uygulanarak bulunmuştur. Tez kapsamında öncelikle kompozit hasar modları üzerinde durulmuştur. Yüzey kırışması (facesheet wrinkling), yüzey içi burkulma (dimpling), nüve kesilmesi (core shear), nüve kırılması (core crush), çentiksiz hasar kriterleri ve darbe sonrası mukavemet denklemi ele alınmıştır. Çentiksiz hasar kriterleri başlığı altında; Hill, Hoffman ve Tsai-Wu hasar kriterleri incelenmiştir. Darbe sonrası dayanım kriteri katmanlı kompozit yapının katman sayısı ve katman doğrultularına göre değişen değerlere sahip olduğundan, bu kriterin incelenmesinde literatürdeki analitik tahmin yaklaşımları araştırılmış ve bu araştırma sonucunda darbe sonrası dayanım değerinin elde edilmesi için kullanılacak denklem verilmiştir. Daha sonra kompozit tasarım kriterleri dikkate alınarak yatay kuyrukta kullanılabilecek 105 adet potansiyel katman dizilimi elde edilmiştir. Elde edilen bu dizilimler için darbe sonrası mukavemet değerlerinin bulunabilmesi için öncelikle çentiksiz hasar mukavemet değerleri DIGIMAT yazılımının VA modulü kullanılarak elde edilmiştir. Daha sonra belli seviyedeki bir enerji altında her dizilimde oluşan hasar alanı değerleri bulunmuştur. Bu sayede darbe sonrası mukavemet değerinin bulunmasına dair denklem tüm katman dizilimleri için uygulanabilir hale gelmiştir. Darbe sonrası mukavemet değerleri elde edildikten sonra optimizasyon aşamasına geçilmiştir. Başlangıçta 24 katmanlı tabaka ile modellenen tüm bölgelerden elde edilen kritik kuvvet ve moment değerleri klasik tabaka teorisine girdi olarak verilerek her bölge için optimize katman dizilimleri elde edilmiştir. Elde edilen bu dizilimler ile yeni sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Klasik tabaka teorisinden elde edilen emniyet payı (margin of safety) değerleri ile sonlu elemanlar modelinden elde edilen emniyet payı değerleri birbirlerine yakınsadıklarında ilgili bölge için optimizasyon işlemi neticeye ulaşmış olur. Tek yönlü dizilmiş takviyelerden oluşan (unidirectional) IM7/8552 malzemesi ve örgülü kumaş takviyelerden oluşan(woven fabric) SPG 196-P malzemesi için ayrı ayrı optimizasyon yapılmıştır. Tek yönlü dizilmiş takviyelerden oluşan (unidirectional) IM7/8552 malzemesi ile daha hafif bir yapı elde edilmiştir.
-
ÖgeDevelopment/ testing of software for a cubesat for high resolution earth observation in a low earth orbit(Graduate School, 2024-06-24)CubeSats, ranging from 1U to 27U, are small satellites many nations pursue for academic and commercial purposes. The success of their missions depends greatly on the design of their software architecture. Beyond merely achieving functionality and optimal performance, the software must also be resilient to faults and shielded from the effects of radiation, potential failures, and errors. As CubeSats accommodates more advanced subsystems, developers worldwide are exploring agile development methods. Consequently, software development must prioritize three essential factors: Modularization, refactoring, and generalization. This study aims to describe the design, implementation, and testing of software modules of a 16U CubeSat, focusing on its onboard computer (OBC) software. A comprehensive software platform has been developed featuring a flexible architecture capable of supporting a multispectral payload and other subsystems. Multiple studies were done to familiarize the current work with experience from past projects, coding standards, and rules. Three fundamental requirements were derived to ensure software development quality: Concurrent documentation, version control for efficient tracking, and Debug tools support. The mission software has been developed using the Free RTOS Real-Time Operating System for real-time scheduling functionality, inter-task communication, timing, and synchronization. SEU/SEL management is considered for relevant subsystems. The development environment of choice was the Eclipse IDE, with code crafted in the C language. The code architecture is structured around creating libraries for individual subsystems, which serve as building blocks for developing higher-level applications specific to each subsystem. Followed by creating subsystem managers and various operating modes (Initialization, idle, Payload operation mode, etc.) ensuring reliable operation. Finally, a mode manager is implemented which acts like a state machine handling decision-making and switching between operating modes. Additional peripherals like packet routing, housekeeping, timekeeping, data logging, and even power management have been designed to match the mission profile in these modes. Following code development, the subsequent phase involves testing the code on actual hardware. The chosen OBC hardware has 03 interfaces; I2C for housekeeping/telemetry, JTAG for programming and debugging, and UART for development and testing. Testing of the developed code is in process for various subsystems. As future work, implementation of developmental changes is an ongoing process to ensure robustness and reliability.