İnce cidarlı kompozit bir uçak kanadının dinamik davranışının çok amaçlı optimizasyonu

Abstract

Havacılık ve uzay sanayiinde kullanılan yapılarda olması istenen yüksek güvenirlilik ve yüksek verimlilikten dolayı araştırılması gereken konular her geçen gün artmaktadır. Bu konulardan bir tanesi, yüksek mukavemet/ağırlık ve yüksek katılık/ağırlık oranları sebebiyle havacılık ve uzay alanında oldukça yaygın kullanım alanına sahip ince cidarlı kompozit yapılardır. İnce-cidarlı kompozit yapıların statik ve dinamik analizine yönelik hesaplamalı ve deneysel yöntemler kullanılarak birçok çalışma yapılmaktadır. Havacılık sektöründe kullanılan yapıların hava araçlarının rezonansa girmesi üzerindeki etkisi açıktır. Bundan dolayı tasarımcılar yapıların doğal frekansını arttırarak yani yapıyı daha rijit bir şekilde tasarlayarak yapının rezonansa girmesini engellemeyi amaçlar. Fakat yapının rijitliğinin arttırılması yapıya ekstra olarak ağırlık eklediği için hava araçlarında ekstra yüksek yakıt maliyetlerine neden olur. Bu sebeple çalışma kapsamında, keyfi kesite sahip tek hücreli ince cidarlı kiriş olarak tasarlanan kompozit bir uçak kanadının dinamik davranışını optimize ederken ağırlığının da en aza indirilmesine odaklanılmıştır. Çalışmada, ince cidarlı kiriş olarak tasarlanan uçak kanadının dinamik davranışı ve ağırlığını etkileyen malzeme türü, geometrik özellikleri, kompozit katman sayısı, elyaf açısı gibi parametreleri değiştirerek yapısal açıdan optimum uçak kanadı tasarımını elde etmek amaçlanmıştır. Böylece hem uçak kanadının ağırlığı azaltılırken hem de kanadın rijitliğini en üst düzeye çıkarılarak ince cidarlı kiriş kanadın yapısal tasarım optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, ince-cidarlı kiriş teorisinin belirlenen kanat tasarımı için analitik çözümü ve bu çözüme bağlı olarak çok amaçlı optimize edilmesi olarak iki kısımda ele alınmıştır. Çalışmanın ilk kısmında uçak kanadının dinamik davranışına odaklanılmıştır. Librescu tarafından geliştirilen İnce-Cidarlı Kiriş Teorisi kullanılarak, farklı kanat geometrilerine ait doğal frekans değerleri analitik olarak elde edilmiştir. Böylece MATLAB üzerinde oluşturulan analitik çözüm kodu ModeFrontier optimizasyon yazılımında hazırlanan optimizasyon akış döngüsüne bağlanarak Çok Amaçlı Genetik Algoritma-II yöntemi yardımıyla kanat optimize edilmiştir.