Esnek Pala Optimum Yapı Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, esnek bir helikopter rotor palasının optimum yapısal tasarımı yapılmıştır. Tek yönlü, tabakalı kompozit malzemeden yapılmış pala ve kök kesimi kirişi ile palayı saran kabuk yapının tabaka kalınlıkları ve doğrultu açıları tasarım değişkeni kabul edilmiştir. İki amaç fonksiyonu olarak, pala kütlesinin ve burulma şekil değişiminin minimuma indirgenmesi sağlanmıştır. Bu fonksiyonlar, optimizasyon kısıtlamaları ile kontrol edilmişlerdir. Performans açısından otorotasyon kabiliyeti ölçütü, malzeme dayanımı açısından Tsai-Hill başarısızlık kuramı, burulma değişiminin belirli sınırlar arasında olabileceği, modal analiz açısından rezonans aralığı ve pala ile ilgili geometrik sınırlar tanımlanan kısıtlamalardır. Hem dört hem de altı tabakalı kompozit yapılar için optimizasyon uygulaması yapılmış ve tabaka sayısındaki artışın etkileri incelenmiştir. Statik şartlar altında optimum bir pala tasarımı elde edildikten sonra palanın dinamik davranışı incelenmiş ve ortaya çıkabilecek rezonans etkilerinden uzaklaşılmaya çalışılmıştır. Amaç fonksiyonlarının ve bazı kısıtlamaların elde edilmesi ve analizi için sonlu elemanlar yönteminden yararlanılmıştır. Çok amaçlı genetik algoritma, eniyileyici olarak kullanılmıştır.

In this study, the optimum structural design of a flexible helicopter rotor blade has been done. It is aimed to reduce the multi objective function to minimum by assuming the lamina thickness of the spar, root cut out beam and the shell structure and the lamina orientations as design variables. The two objective functions to be minimized include mass and twist deformation functions. These objectives are carried out within the scope of design constraints. These constraints are defined as; autorotation capabilities, Tsai-Hill failure criteria, twist deformation in a certain interval, resonance as a result of modal analysis and some geometric restrictions. The optimization of both four laminated and six laminated composite structures and the effect of the increase in number of layer have been analyzed. After achieving an optimum rotor blade design in a static analysis, the dynamic behavior of the blade has been examined and it was tried to isolate the blade from resonance effects. Finite element method is used to analyze the problem. Multiobjective genetic algorithm is used as an optimizer.