Structural repair design methodology for aircraft fuselage

Abstract

The aircraft structure is continually faced with requirements for openings at webs and panels to provide access or to let other members such as control rods or cables, hydraulic lines, electric wire bundles, etc., pass through. Other cutouts such as windows, doors, service panels, and hatches. Moreover, an aircraft fuselage can be damaged due to numerous ways such as a bird crash, lightning, hail squall, and a baggage car crash. These structural damages have to be repaired by cutout fuselage. The cut-out repairs with a doubler on the aircraft fuselage are investigated in this thesis. Engineers view any cutouts in airframe structures with disfavor because the necessary reinforcement of the cutout increase costs and adds weight to the overall design. In addition, the design and sizing of cutouts is a difficult process and a problem area for both static and fatigue strength and there is insufficient design data. The main goal of the project is to develop a fast & temporary repair design. When an aircraft is damaged out of the Turkish Technic Inc., the damaged aircraft must be returned as soon as possible. Otherwise, the company must send qualified workers and spend a lot of money like passengers and technicians of hotel & other costs. Thus, the repair's cost will be very high. Furthermore, the repair which is done in the out of the company sometimes gives trouble. This study is aimed to use as a general benchmark for future work in Turkish Technic Inc. This thesis is intended to repair airframe structures that must be calculated in terms of static and fatigue. The thesis shows how to obtain the number of fasteners for fast & temporary repair and fatigue life. Step–by–step calculations are explained for repair design. From a structural standpoint, the thesis is intended to be used as a tool to help achieve structural integrity according to international regulations, specifications, criteria, etc., for designing commercial aircraft. It can also be considered as a troubleshooting guide for airline structural maintenance and repair engineers.

Uçak yapısı, webde ve panellerde erişimi sağlamak için ya da control çubukları, kablolar, hidrolik borular, elektrik kablo demetleri gibi arasından geçen diğer elemanların yerleşimi için sürekli olarak deliklerin delinmesi sorunuyla karşı karşıya kalır. Diğer kesimler; pencereler, kapılar, besleme panelleri ve kapaklardır. Bunun yanı sıra, uçak gövdesi kuş çarpması, yıldırım hasarı, şiddetli dolu yağışları ve bagaj arabası çarpması gibi çok çeşitli şekillerde zarar görebilir. Bu gibi yapısal hasarların uçak gövdesinin kesilmesiyle tamir edilmesi gerekir. Bu tezde uçak gövdesi üzerinde doubler kullanılarak yapılan kesim tamirleri incelenmiştir. Mühendisler uçak üzerinde herhangi bir kesimin olması taraftarı değildirler; çünkü kesimler tüm tasarımın ağırlığını ve maliyetini arttırır. Bunun yanı sıra, tasarım ve kesimlerin boyutunu belirleme zor bir süreçtir. Hem statik & yorulma stresleri açısından hem de tasarım için yetersiz veri olduğundan problemler vardır. Projenin asıl amacı, hızlı ve geçici bir tamir tasarımı geliştirmektir. Uçak Türk Havayolları Teknik A.Ş. dışında herhangi bir yerde zarar gördüğünde, uçak olabildiğince çabuk geri getirilmelidir. Aksi taktirde, şirket kalifiye işçilerini yollamak zorunda kalır. Ayrıca, yolcuların & teknik personelin otel ve diğer masraflarına bir çok para harcamak zorunda kalır. Bu yüzden, tamir maliyetleri çok yüksek olacaktır. Dahası, şirket dışında yapılan tamir bazı sorunlara yol açacaktır. Bu çalışmanın Türk Havayolları Teknik A.Ş.'de gelecek çalışmalar için genel bir örnek niteliğinde kullanılması amaçlanmıştır. Bu tez static ve yorulma açısından uçak gövdesindeki yapısal hasarları tamir edebilmek amacıyla hazırlanmıştır. Tez, hızlı & geçici bir tamir için bağlantı sayılarının ve yorulma ömrünün nasıl belirleneceğini gösterir. Tamir tasarımı için adım adım hesaplar açıklanmıştır.Yapısal bir bakış açısından, tez ticari uçak tasarımları için, uluslarası düzenlemelere, şartnamelere, kriterlere… arasındaki yapısal bütünlüğü kurmak için bir araç olarak kullanılması amaçlanmıştır. Aynı zamanda, havayolu yapısal bakım ve tamir mühendisleri için bir tamir rehberi olarak göz önünde bulundurulabilir.