Açık tekerlekli tek koltuklu bir spor otomobilin tasarımı

Abstract

Tez kapsamı boyunca işlenecek konunun başlığı boş kâğıttan (blank sheet) başlanarak tek koltuklu spor amaçlı bir otomobilin tasarlanmasıdır. Bu minvalde işlenecek alt konu başlıkları belli bir sistematik içinde ele alınacak olup, tez çalışmasının sonucunda belli tasarım kriterlerine göre dizayn ana hatları belirlenmiş, özgün özelliklere sahip, mühendisliğinin temel aşamaları işlenerek tariflenmiş tek koltuklu spor amaçlı bir otomobil tasarımı çıktısı elde edilecektir. Öncelikle tasarlanacak olan aracın mevcut benzer otomobillerin bulunduğu pazardaki konumu işlenecektir. Aracın hitap edeceği hedef kitlenin seçiminden sonra bu hedef kitleye özgü tasarım kriterleri belirlenecektir. Aracın olması planlanan pazardaki mevcut diğer örnek arabalar üzerinde yapılacak olan benchmark çalışmalarının da katkısıyla, bu tasarım kriterleri mühendislik alt yapısı ile işlenmeye çalışılacaktır. Tasarım kriterlerinin belirginleşmesinin akabinde belli taşıt öğeleri ilk paketleme çalışmaları kapsamında araç üzerinde konumlandırılacaktır. Bu başlıca taşıt öğeleri şu şekildedir: a. Gövde, b. Şasi, c. Süspansiyon, d. Direksiyon, e. Tahrik Organı, f. Yük Kapasitesi, g. Sürücü Tasarım kriterlerinin ve taşıt öğelerinin konumunun belirlenmesinin ardından literatürden alınan bilgiler ışığında aracın tasarımına başlanacaktır. Spor bir otomobil tasarlanacağı için şasi tasarımında öncelikli hedef burulma rijitliği yüksek bir tasarım meydana getirmektir. Tübüler çelik profilden olması planlanan şasi aynı zamanda mümkün olduğu kadar hafif olarak tasarlanacaktır. Gövde tasarımı için hedef müşteri kitlesinin beklentileri çok önemlidir. Dolayısıyla pazar içinde rekabet etme kapasitesi yüksek bir araç tasarımı üzerinde durulacaktır. Aerodinamik açıdan hem hedef kitlenin belirlediği tasarım kriterlerinin getirdiği fiziki sınırlar göz önünde bulundurulacak hem de düşük aerodinamik dirence sahip bir tasarım üzerinde çalışılacaktır. Aynı zamanda araç için bir ön ve bir de arka kanat tasarımı gerçekleştirilecektir. Bu kanatların yaratacağı yere basma kuvveti ilerleyen aşamalarda analiz edilecektir. Süspansiyon sistemi tasarımı ile direksiyon sistemi tasarımı bir arada ele alınacaktır. Tasarlanacak olan taşıt bir spor otomobil olduğundan yaygın süspansiyon tipi olan çift A kollu asılış üzerinde durulacaktır. Alt ve üst salıncak kolları literatürden elde edilecek bilgiler ışığında tasarlanacaktır. Yük transferleri etkisinde lastikten maksimum verimi alabilmek adına süspansiyon tasarımı ve lastik seçimi detaylıca irdelenecektir. Direksiyon sistemi tasarımı da tekerleğin düşey hareketi esnasında toe açısının değişimini minimum düzeyde yapacak şekilde tasarlanacaktır. Tek koltuklu bir spor otomobil tasarlanacağı için aracın tek kişilik olması hedeflenmektedir. Dolayısıyla yolcular için ayrıca bir hacim üzerinde çalışılmayacak olup yine aynı sebeplerden ötürü belirli bir bagaj hacmi de oluşturulmayacaktır. Aracın üç boyutlu olarak tasarlanmasının akabinde hesaplamalar kısmına geçilecektir. Bu aşamada ağırlıklı olarak Adams/Car yazılımında koşulacak simülasyonlar işlenecektir. Öncelikle, şasi tasarımı sırasında hedeflenen buruma rijitliğine erişilip erişilmediği kontrol edilecek olup aynı zamanda şasi üzerinde statik mukavemet hesapları da yapılacaktır. Bu çalışmalara paralel olarak aracın aerodinamik karakteristiği de incelenecek olup sürüklenme ve kaldırma katsayıları bulunacaktır. Aynı zamanda ön ve arka kanadın oluşturduğu yere basma kuvveti ve araç üzerinde momentleri yerel olarak hesaplanıp Adams/Car modeline entegre edilecektir. Bu sayede bu yere basma kuvvetlerinin araç dinamiğinde nasıl katkı vereceği genel anlamda belirlenmiş olunacaktır. Adams/Car yazılımında oluşturulan araç modelinin alt sistemlerinin büyük bir kısmı yazılım içinde baştan tanımlanacaktır. Oluşturulan taşıt tasarımına ait özgün "template"ler ve "subsystem"ler meydana getirilecektir. Daha sonrasında modellenen bu geometriler bir araç assembly klasörü altında birleştirilecektir. Bahsi geçen kısımda yazılıma ait bu teknik terimler detaylı olarak açıklanacaktır. Oluşturulan bu araç modeli yazılım içinde tanımlanan bir sürücü tarafından belli bir parkur üzerinde koşturulacaktır. Bir turun tekraren sürülmesi olarak hedeflenen çalışma sırasında araç modeli üzerinde gerçekleştirilecek değişimler hem kendi içlerinde hem de kümülatif olarak karşılaştırılacak olup araç seyir özelliklerine dair etkileri irdelenecektir. Bunun yanı sıra araç Adams/Car yazılımının içinde sanal olarak bir 'four-poster test rig' üzerine konumlandırılacak, belli bir yol uyarısında ortaya çıkacak tekerlek ve gövde salınımları da incelenecektir. Tüm bu analizler aracın gerçek hayattaki performansının bir göstergesi olacaktır. Tezin kapanış kısmında tasarlanan aracın hem tasarımsal açıdan hem de taşıt dinamiği açısından elde ettiği sonuçlar etraflıca açıklanacak ve tartışılacaktır. Yapılan çalışmanın yanında ileriye dönük olarak eklenebilecek çalışmalardan bahsedilecek olup, çalışma kapsamında belirli bir altyapı yönergesi oluşturulmaya çalışılacaktır.