Uçak modal parametrelerinin uçuş esnasında takibi için operasyonel modal analiz kullanılması

Abstract

Yapıların dinamik karakterleri bir çok endüstride olduğu gibi hava araçları için de çok önemli olmuştur. Yapının dinamik karakteri; aeroelastisite, yapı kararlılığı, uçuş dinamiği ve yapıların yorulma dayanımları gibi farklı yönlerden etkilere sahip olması sebebiyle, hava aracı tasarım ve üretimi yapan mühendisler tarafından incelenmektedir. Bu amaçla, nümerik ve deneysel modal analiz yöntemleri kullanılarak hava aracının doğal frekans, mod şekilleri ve modal sönüm oranları gibi modal parametreleri hesaplanmakta ve doğrulanmaktadır. Ancak, nümerik modeldeki belirsizlikler ve yer testleri imkanlarının kısıtlı oluşu sebebiyle doğrudan uçuş esnasında modal analiz yapılması da gereklilik haline gelmiştir. Model doğrulamanın yanında, yapı sağlığı izleme, çırpınma testi ve gerçek zamanlı yapı kararlılığı takibi açısından da operasyonel modal analiz yöntemlerinin geliştirilmesi önem kazanmaktadır. Telemetri ve günümüz bilgisayar teknolojisi ile birlikte veri işlemenin kolaylaşması ile operasyonel modal analiz yöntemleri de doğru orantılı olarak ilerleme kaydetmektedir. Genellikle, yapı mühendisliği alanında kullanılan operasyonel modal analiz yöntemlerinin havacılık alanında kullanımı da test edilmektedir. Ancak, zamana bağlı olarak değişmeyen sistemlerden farklı olarak, hava aracı yapıları hem kütle durumu hem aerodinamik açısından zamanla değişmeyen sistem kabulü yapılmasından oldukça uzaktır. Özellikle geniş uçuş zarfına sahip uçaklarda modal parametreler farklı uçuş koşullarından farklı modal karakteristik göstermektedir. Dolayısıyla, yapılan operasyonel modal analiz çalışmaları da bu bağlamda zamanla değişen sistemler için uyarlanmaktadır. Bu tez çalışmasında operasyonel modal analiz yöntemleri hem nümerik sistemde hem uçuş test verisiyle test edilerek performansları farklı açılardan kıyaslanmıştır. Gerçek zamanlı operasyonel modal analizin gerekliliği olarak otonomlaştırılan algoritmaların belirli zaman aralıklarıyla modal parametreleri tespit etmeleri ve zamanla değişen modal parametreleri izlemesi sağlanmıştır. Hem frekans bölgesi hem zaman bölgesi yöntemleri test edilerek her yöntemin kendine göre belli koşullardaki avantajlarını kullanma amacıyla, algoritmalar arası oylama yöntemiyle hataya daha dayanıklı bir gerçek zamanlı operasyonel modal analiz algoritması elde edilmesi amaçlanmıştır. Frekans-Uzamsal Bölge Ayrıştırması (FSDD), Ibrahim Zaman Bölgesi (ITD), Özsistem Gerçekleme Algoritması (ERA), Özbağlanımlı ve Çoklu Referans (AR/PR) ve Olasılıksal Alt Uzay Tanımlama (SSI) yöntemleri gerçeklenerek nümerik sistem üzerinde test edildikten sonra uçuş verisiyle operasyonel modal analiz yapılıp, hava aracının deneysel modal analiz sonuçlarıyla kıyaslandığındaki peformansları ele alınmıştır. Nihai olarak ise, otonom şekilde gerçek zamanlı modal parametre takibi yapılarak modal parametrelerin değişimi izlenmiştir. Oylama algoritmasıyla birlikte, her yöntemin katılım gösterdiği modal parametre takibinin çeşitli uçuş koşullarında hataya daha dayanıklı olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçların, çırpınma testleri, gerçek zamanlı sönüm oranı ve doğal frekans takibi, yapı sağlığı izleme çalışmalarına katkı sağlaması öngörülmüştür.