Part / device certification process in aviation and test stages of TSI brand economy class aircraft seats with expanded screen size

Abstract

Havacılığın her geçen gün yaygınlaşmasıyla birlikte uçaklara ve bunun sonucu olarak uçaklarda kullanılan parça ve cihazlara duyulan ihtiyaç giderek artmaktadır. Tasarlanan parça veya cihazın bir hava aracında kullanılabilmesi için yetkili havacılık otoritelerinden "TSO/ETSO" (European) Technical Standard Order onayı almak gerekir. Bu onay ülkemizde kullandığmız uçaklar için SHGM, EASA ve FAA tarafından verilebilmektedir. Uçuşa elverişliliği sağlamakla yükümlü otoriteler bu onay karşılığında üretici firmalardan uçuşa elverişliliğin sağlanacağına dair kanıt niteliğinde bazı bilgi ve belgeler talep ederler. Standart parçalar tüm dünyada belirli endüstriyel standartlara göre üretilir. Bu parçalar için özel bir sertifikasyon gerekmez. Sadece parçanın kullanılacağı aracın tasarımını yapan firma tarafından kabul edilmesi yeterlidir.Fakat standart parçalar dışında bir parça veya cihaz bir hava aracında kullanılacaksa ya üreticinin TSO/ETSO onayı alması ya da parçanın takılacağı hava aracı üreticisi ile sertifikasyon sürecine dahil olması gerekir. Her iki yöntemin de kendi içinde avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Bu tezin amacı parça/cihaz sertifikasyonu hakkında bilgi sahibi olmak, hava aracında kullanılmak üzere üretim yapmayı planlayan kişi veya kuruluşlara yol göstermektir. Bu bağlamda tezin giriş kısmında kendi yetkili sivil havacılık otoritemiz olan SHGM'ye başvuruların nasıl yapılacağı, hangi dökümanların kullanılacağı, bir alt yüklenici olarak sürece nasıl dahil olunacağı hakkında bilgi verilecektir. SHGM kullanılacak parça veya cihazın uçuşa elverişliliğe uygun olduğunun kanıtı mahiyetinde bazı test gereksinimlerine ihtiyaç duyar. Bu sebeple parça veya cihazın niteliğine göre dayanıklılık testi, yanmazlık testi, elektriksel testler ve çevre koşullarına zarar verilmeyeceğine dair birtakım testler sivil havacılık otoriteleri tarafından talep edilecektir. Bu kapsamda, Türk Hava Yolları'nın envanterine yakın zamanda girmeye başlayan B787 uçaklarının TSI marka ekonomi sınıfı koltukları üzerine sertifikasyon incelemeleri yapılacaktır. Mevcut durumda 11.6 inç'lik ekran boyutuna sahip olan ekonomi koltukları genişletilerek 13 inç ekran boyutuna sahip olacaktır. Böylece 11.6 inç'lik monitorler için sahip olunan TSO/ETSO onayının da kapsamı genişletilmiş olacaktır. Bir uçak yolcu koltuğunun uçakta kullanımı için onay başvurusu yapıldığında koltuğun 14G ve16G koşullarına dayanabilmesi talep edilmektedir. Bu tez kapsamında da söz konusu koltukların statik ve dinamik koşullara dayanımı test edilecektir. Normal şartlarda bir uçağa yeni bir koltuk ilk defa takılacak ise mutlaka yanmazlık testlerinin de başarılı olması beklenmektedir. Fakat B787'lerin ekonomi sınıfı koltuklarının sadece ekranlarının büyütülmesi projesi tez kapsamında değerlendirildiği için yanmazlık testlerinin yeniden yapılmasına gerek duyulmamıştır. Türk Hava Yolları filosuna dahil olan B787-9 uçaklarının 270 adet ekonomi sınıfı koltuğu bulunmaktadır. Maliyet ve zaman hususları göz önünde bulundurulduğunda mümkün olan en az sayıda test ile tüm koltukları tahkik edebilmek gerekmektedir. Bunun için koltuklar belirli özellikleri göz önünde bulundurularak birden fazla koltuk ailelerine ayrılacaktır. Koltuk aileleri belirli gruplar altında toplandıktan sonra aileler içinde yer alan koltuklardan en kritik yüke maruz kalabileceği düşünülen birer adet koltuk test koltuğu olarak seçilecektir. Kritik koltuğun seçimi için Boeing firmasına ait olan arayüz yük hesaplama programı ve TSI firmasına ait olan kiriş eğilme analizi programı kullanılacaktır. Boeing'in arayüz yük hesaplama programı koltukların arka ayakları üzerine gelebilecek en yüksek yükler hakkında bilgi verirken TSI firmasının programı arka kirişler üzerindeki belirli noktalara gelebilecek yüklerin karşılaştırmasında yardımcı olmaktadır. Bu iki program yardımıyla her bir aileden bir adet koltuk en fazla yüklere maruz kalabileceği düşünüldüğü için seçilmiştir. Sonuçta beş adet koltuk seçimi yapılmış ve bu beş adet koltuk ile tüm uçağın ekonomi koltuklarının elverişliliği doğrulanacaktır. Burada seçilen koltuklar statik testlerin tamamında, dinamik testlerin ise sadece 14.0g düşey testleriyle 16.0g boylamsal testlerinde kullanılacaktır. Statik testlerde, koltuğun ve yolcunun mevcut ağırlıkları göz önünde bulundurulup belirli yük faktörleriyle çarpılarak kuvvet değerleri belirlenir. Bu kuvvetler koltuğun ön, arka, yan kısımlar, alt ve üst kısımlarına uygulandığında koltuk üzerinde çeşitli noktalarda deformasyonlar oluşur. Bu deformasyon değerleri ikili bir uçak yolcu koltuğu için 23 noktada, üçlü bir koltuk için 27 noktada incelenir. X ve Z yönündeki deformasyonların 3 inç'ten, Y yönündeki deformasyonların 1.5 inç'ten küçük olması gerekmektedir. Bu değerlendirme dinamik testler için de geçerlidir. Dinamik testler de dört ayrı grupta değerlendirilecektir. Bunlar 14.0g düşey testleri, 16.0g boylamsal testleri, HIC (baş yaralanma kriteri) testleri ve baş yolu testleridir. 14.0g ve 16.0g testleri için daha önce belirlenen test koltukları kullanılmaktadır. Fakat HIC ve baş yolu testlerinde bunlardan farklı koltuklar kullanılır. HIC testleri birbiri ardına sıralan iki sıra koltuğun 16.0g koşulları altında değerlendirilmesi hususunu dikkate alır. Bu testlerde arka koltuğa yerleştirilen cansız mankenin darbe anında kafasını ön koltuğa çarpma durumu incelenir. HIC için belirlenen 1000 değerinin aşılmamasına dikkat edilir. Yolcu koltuklarının ekranlarının büyütülmesi sebebiyle sonucu en çok merak edilen test HIC testleridir. Çünkü yolcunun başını ön koltuğa çarpması sonucu herhangi bir zarar görmemesi için HIC değerinin 1000 altında olması gerekmektedir. 1000'in üzerindeki değerlerde ölümlerin görülme olasılığı oldukça yüksektir. HIC testlerinde mankenin başının koltuğun üçlü farklı bölgesine çarpması beklenir. Koltuk arkadası bölge A, bölge B ve bölge C olmak üzere gruba ayrılır. Baş test sırasında bu noktalara temas etmezse bazı şartlar değişirilerek testler tekrarlanır. Mankenlerin yüzleri çarpmanın hangi noktada gerçekleştiğini tespit edebilmek için farklı renklere boyanmaktadır. Baş yolunun incelendiği dinamik testlerde sadece ön sıra koltuklar teste tabi tutulur. Bu testlerde yolcunun başının önünde bulunan düz yüzeye çarpmaması beklenir. Dinamik testler ayrıca bel, uyluk gibi noktalara gelebilecek yüklerin de değerlendirmesini yapmak için ideal testlerdir. Mankenin beline gelen yük 1500 lb'yi uyluğa gelen yük 2250 lb'yi geçmemelidir. Uygulanan testler sonrası statik testlerde mutlak başarı sağlanmıştır. Dinamik testlerde ise birkaç istenmeyen durumla karşılaşılmıştır. Fakat bunların bir kısmı izin verilen limitleri aşmadığı için testin başarılı olmasına engel değildir. Diğer sorunlu test koltukları da bazı yeni parçalar kullanılarak yeniden test edilmiştir ve istenen başarı sağlanmıştır. TSO/ETSO onayı alabilmek için bu test sonuçlarıyla birlikte başvuru gerekli otoritelere yapılmıştır ve değelendirilmesi beklenmektedir.

With the spread of aviation day by day, the need for aircrafts and as a result, the parts and devices used in aircraft are increasing. In order to use part or device designed for an aircraft, "TSO / ETSO" (European) Technical Standard Order approval must be obtained from the authorized aviation authorities. This approval can be given by DGCA, EASA and FAA for the aircraft we use in our country. Authorities liable to ensure flight availability request some information and documents from the manufacturers, as proof, that airworthiness will be provided. Standard parts are produced around the world in accordance with certain industrial standards. No special certification is required for these parts. It is sufficient to receive an acceptance only by the company that designed the aircraft for which the part will be used. However, if a part or device apart from standard parts will be used in an aircraft, either the manufacturer must obtain TSO / ETSO approval or be involved in the certification process with the aircraft manufacturer to which the part will be installed. Both methods have their own advantages and disadvantages. The purpose of this thesis is to have information about part / device certification and to guide people or organizations that plan to manufacture for using in aircraft. In this context, in the introduction part of the thesis, information will be given how to make applications to DGCA, our authorized civil aviation authority, what documents will be used, and how to get involved as a subcontractor. DGCA needs some test requirements as proof that the part or device to be used is suitable for airworthiness. For this reason, depending on the qualification of the part or device, durability test, flammability test, electrical tests and some tests that will not harm the environmental conditions will be requested by the civil aviation authorities. In this context, certification examinations will be made on TSI brand economy class seats of B787 aircraft that have recently begun to enter the inventory of Turkish Airlines. The economy seats, which currently have a screen size of 11.6 inches, will be expanded to have a 13-inch screen size. Thus, the scope of TSO / ETSO approval for 11.6 inch monitors will be extended. When an approval application is made for the using of an aircraft passenger seat, it is requested that the seat can withstand 14G and 16G conditions. Within the scope of this thesis, the resistance of these seats to static and dynamic conditions will be tested. In normal conditions, if a new seat is to be fitted on an aircraft for the first time, it is expected that the nonflammability tests will also be successful. However, since the project of enlarging only the screens of the economy class seats of B787 is evaluated within the scope of the thesis, it is not necessary to perform the nonflammability tests again. B787-9 aircraft, which are included in the Turkish Airlines fleet, have 270 economy class seats. When considering the cost and time issues, it is necessary to be able to verify all the seats with the minimum number of tests. For this, the seats will be divided into more than one seat families by taking into account certain features. After the seat families are gathered under certain groups, one seat, which is thought to be exposed to the most critical load, will be selected from the seats in the families. For the selection of the critical seat, the interface load calculation program belonging to Boeing company and beam bending analysis program belonging to TSI company will be used. Boeing's interface load calculation program provides information on the highest loads on the rear legs of the seats, while TSI's program helps in comparing the loads that can reach certain points on the rear beams. With the help of these two programs, one seat from each family was chosen since it was thought to be exposed to the highest loads. As a result, five seats were selected and the convenience of economy seats for the entire aircraft will be verified with these five seats. The seats selected here will be used in all static tests but they are dynamically suitable only for usage in 14.0g vertical tests and 16.0g longitudinal tests. In static tests, force values are determined by multiplying the current weights of the seat and the passenger with certain load factors. When these forces are applied to the front, back, sides, lower and upper parts of the seat, deformations occur at various points on the seat. These deformation values are examined at 23 points for a double passenger seat and at 27 points for a triple seat. Deformations in the X and Z directions must be less than 3 inches, and deformations in the Y directions must be less than 1.5 inches. This evaluation also applies to dynamic tests. Dynamic tests will also be evaluated in four separate groups. These are 14.0g vertical tests, 16.0g longitudinal tests, HIC (head injury criterion) tests and head path tests. For the 14.0g and 16.0g tests, the previously specified test seats are used. However, in HIC and head path tests, different seats are used. HIC tests are carried out under the conditions of 16.0g by using of two rows of seats. In these tests, the dummy placed on the second row seat hits the head to the front row seat and the situations that occur during the impact are examined. The 1000 value determined for HIC should not be exceeded. HIC tests are the most important tests due to the enlargement of the passenger seat screens. Because the passenger's head hits the front seat, the HIC value should be below 1000 to avoid any damage. There is a high probability of deaths occurring at values over 1000. In HIC tests, the head of ATD is expected to hit the three different parts of the seat. The back of the seat is divided into groups: zone A, zone B and zone C. If the head does not touch these points during the test, some conditions are changed and the tests are repeated. The faces of the ATD are painted in different colors to determine where the impact occurred. In dynamic tests where the head path is examined, only the front row seats are tested. In these tests, the passenger is expected not to hit the flat surface in front of his head. Dynamic tests are also ideal tests for evaluating the loads that may come to points such as femur, pelvis and lumbar. The load on the lumbar and pelvis of the ATD should not exceed 1500 lb and the load on the femur should not exceed 2250 lb. Absolute success has been achieved in static tests after the applied tests. A few undesirable situations were encountered in dynamic tests. However, since some of them did not exceed the allowable limits, the tests were considered successful. Other problematic test seats have also been retested by using some new parts and the desired success has been achieved. In order to obtain TSO / ETSO approval, the application has been submitted to the required authorities with these test results and is expected to be evaluated.