Askeri Gemilerde Helikopter Güvertesinin Yapısal Ağırlık Optimizasyonu

Abstract

Son yıllarda optimizasyon yöntemlerinin sürekli olarak geliştiği ve mühendislik alanında kullanıldığı bilinen bir gerçektir. Askeri gemilerin optimizasyonu sürekli olarak gelişen alanlardan biridir. Askeri gemilerin yapısal, hidrodinamik ve stabilite unsurlarının dizayn optimizasyonları yaygınca yapılmaktadır.Aynı zamanda, gelişen teknolojiden faydalanarak askeri gemilerin helikopter güverteleri gibi karmaşık dizayn problemlerinin optimizasyonu da paket programlar aracılıgıyla gerçekleştirilmektedir. Helikopter güvertelerinin yapısal analiziyle ilgili çalışmalar Newcastle Üniversinde ve İTU de mevcuttur. Fakat, bu yapıların optimizasyonu farklı bir fiziksel fenomene sahiptir. Helikopter güvertesinin doğasından dolayı yapısal olarak çökme ve gerilme optimizasyonlarının aynı anda kısıtlara uygun olarak yapılması gerekmektedir. Bu tezde yapısal optimizasyon çalışmaları Alman Bremen tarzı Fırkateynlere göre yapılmıştır. Helikopter güvertesi Bremen tarzı Fırkateyn ana boyutları baz alınarak yeniden dizayn edilmiş ve optimizasyonu yapılmıştır. Uçuş alanının, yapısal elemanların ve genel yerleşimin dizaynında Alman Loydu kuralları baz alınmıştır. Dizayn yükü olarak güverte yükü haricinde seçilen Seahawk 70-B tipi helikopterin acil durum çarpma yükü uygulanmıştır. Optimizasyonun hedef fonksiyonu yapısal olarak belirli çökme ve gerilim kısıtlarının aynı anda sağlanması koşuluyla en hafif ve sağlam helikopter güvertesinin dizayn ölçülerini bulmaktır. Yapının optimizasyonu sırasında ANSYS sonlu elemanlar paket programı kullanılmıştır. Problem her döngüde yenilenen 13 bağımsız dizayn kriterinden oluşmaktadır. Optimizasyon metodu olarak 2 farklı algoritma kullanılmış ve yöntemler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Güverte kolonları sistem optimize edildikten sonra burkulma analizine tabi tutulmuştur.

It is a well-known fact that nowadays optimization studies are being broadly developed and applied into engineering sciences. One of the most influential areas in optimization studies is naval ships optimization. Naval Ships are optimized with their structural, hydrodynamic and stability considerations. It is also a well-known fact that by the help of the developing technology, nowadays, optimization of difficult problems such as naval ships helidecks can be performed successfully via computer programmes. Based on the projects that have been carried out in School of Marine Science and Technology (UK), it was discovered that there had been examples of structural analysis of helidecks. However, optimization of these structures belongs to a different phenomenon. Due to the nature of optimization and helideck structures, the analysis was performed in the sense of Collaborative Optimization. Stress and displacement in the structure were concerned at the same time in the analysis via collaborative optimization techniques. This thesis presents the optimization experiments which were performed on Bremen Class German frigates. The structure of helideck was designed by own regarding to the main dimension variables belongs to these special kinds of vessels. Moreover, Germanisher Lloyds of Register (GL) rules were used to check the flight area, structural and general arrangement requirements on flight deck structures in a Bremen Class frigate. Moreover, the helicopter was selected as type Seahawk 70-B and all calculations were done in sense of relevant scantlings. The objective function of this problem is to find the minimum weight design of the helideck structure which is constrained by equivalent stress and displacement aspects at the same time. ANSYS Finite Element Analysis (FEA) software was used to optimize the structure. Problem consists of 13 independent design variables changing in every loop to find the best design option.Two different design optimization algorithms were used to optimize the weight of the structure. Comparison of these optimization methods and buckling assessment of the columns were given in the thesis as well. Design loads were also selected as the worst scenario which can be applied on this structure from GL rules.