Havacılık uygulamaları için emniyet kritik daimimıknatıslı alternatör tasarımı ve analizi

Abstract

Havacılık motorları, hava araçlarına itki veren temel bileşen olmanın yanında barındırdıkları elektriksel güç üretim sistemleri ile platformun ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisinin üretilmesini sağlar. Hava araçlarında güç üretim ihtiyacı, içten yanmalı motorun başlatılması için bir elektrik motoru olan marş motorlarının kullanılması ile başlamıştır. Zaman içerisinde ilerleyen teknoloji ile birlikte hava araçlarına iç aydınlatma, ısıtma ve haberleşme gibi elektikle çalışan sistemler eklenmeye başlanmıştır. Bunun yanında motor ve platformda hidrolik, mekanik ve pinomatik sistemler yerine daha yüksek verimli olan elektrikli sistemler kullanılmaya başlanmıştır. Hava araçlarının ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisi gelişen teknoloji ile beraber günden güne artmakta ve elektriksel güç üretim sistemlerinin güç yoğunluğu giderek artmaktadır. Yüksek güç yoğunluğunu sağlamak adına elektriksel güç üretim sistemlerinde sürekli mıknatıslı alternatörler tercih edilir. Bir hava aracının havada kalabilmesi için elektrik enerjisi gereklidir ve bu enerjiyi sağlayan güç üretim sisteminin en zorlu koşullarda bile aktif olması ve hata durumlarında platforma zarar vermemesi kritik bir öneme sahiptir. Bu sebeple yüksek güç yoğunluğunun yanında elektriksel güç üretim sistemlerinin hata toleransının yüksek olması gereklidir. Böylece olası bir hata durumunda içten yanmalı motor çalışmasına devam etmeli ve platform görev süresini tamamlamalıdır. Ayrıca hata anında ve sonrasında motorda ve platformda oluşacak tahribat en düşük seviyede tutulmalıdır. Bu çalışma kapsamında hata toleransı en yüksek olan sürekli mıknatıslı alternator topolojisini belirlemek adına aynı tepe seviyede isterlere sahip gömülü mıknatıslı generatör, mıknatıs destekli senron relüktans makine ve yüzey mıknatıslı generatör tasarımları gerçekleştirilmiş olup, emniyet kritiklik, ağırlık ve üretilebilirlik bakımından karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda hava aracı güç sistemlerinde kullanılması en uygun olan topoloji belirlenmiş ve hata toleransını artırmaya yönelik tasarım çözümleri bu topolojiye uygulanmıştır. Alternatör analitik tasarım ve elektromanyetik analizleri sonlu elemanlar paket programları olan JMAG ve ANSYS MAXWELL ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın son bölümdünde en iyileştirilmiş tasarımın rölanti ve maksimum devirdeki performansı elde edilmiştir. Ayrıca 3 boyutlu analiz ile demir ve bakır kayıpları çıkarılıp verim hesabı yapılmıştır. Ek olarak tasarımı yapılan hata toleransı yüksek, emniyet kritik alternatörü geliştirmeye yönelik öneriler sunulmuştur.