Bir haberleşme uydusunda faydalı yük panel tasarımı ve kalifikasyonu

Abstract

Bu çalışmada, bir haberleşme uydusunun önemli bir yapısal bileşeni olan faydalı yük sandviç panelinin yapısal tasarımı ve kalifikasyon süreci incelenmektedir. İlk bölümde uydu sınıflandırılması, uydu yapısı ve yapısal alt sistemleri hakkında genel bir bilgi verilmiş ve yer durağan Dünya yörüngesinde bulunan bir haberleşme uydusunun özellikleri ve gereksinimleri tanıtılmış ve uydunun fırlatma aşamasında karşılaşacağı statik, dinamik, akustik vb. yüklemelerle alakalı bilgiler verilmiştir. Belirlenen gereksinimlere göre tasarlanmış bir haberleşme uydusunun sonlu elemanlar modeli Hyperworks/Hypermesh ticari yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Modelleme aşamasında kullanılan metodlar detaylı olarak anlatılmış ve oluşturulmuş sonlu elemanlar matematiksel modelinin kontrolü ECSS standartlarına göre kontrol edilmiştir. Uydu fırlatma yükleri altında faydalı yük paneline etki eden yüklerin türetilme metotları tanıtılmıştır. Bu çalışmada uydu birincil ve ikincil yapılar için kritik yük girdilerinin sinüs titreşiminden kaynaklandığı Ariane 5/6, Proton, Falcon 9 veya New Glenn aday fırlatıcılarının sinüs yük zarfları dikkate alınmıştır. Bu fırlatıcıların boylamsal ve yanal sinüs fırlatma yükleri dikkate alınarak MSC Nastran ticari yazılımı kullanılarak birincil çentik indirgeme analizi yapılmıştır. Birincil çentik indirgeme analizi aşırı yüklemeye (overtesting) maruz kalmaması için yapılan bir çalışmadır. İndirgenmiş sinüs yükleme girdileri için frekans cevap analizi tekrarlanmış, kuzey faydalı yük paneli ve güney faydalı yük paneli üzerinden düzlem dışı ivme dağılımları hesaplanmıştır. Faydalı yük paneli üzerindeki ekipman ağırlık dağılımları ve sinüs ivme cevapları dikkate alınarak düzlem dışı statik eşdeğer yük değerleri elde edilmiştir. Hesaplanan statik eşdeğer yükler için panel seviyesi sonlu elemanlar analizi yapılmış ve güvenlik marjının düşük olduğu bölgeler için dayanımının arttırılması ve sandviç panel ağırlığını hafifletmek amacıyla tasarım kısıtlamaları göz önüne alınarak bal peteği çekirdek yapıda tasarım iyileştirme iterasyonları gerçekleştirilmiştir. Nihai tasarım modelinin üretimi gerçekleştirilmiş ve hesaplanan statik eşdeğer yükler altında sandviç panelin kalifikasyonu için statik test kampanyası planlanmıştır. Gerçek uydu bağlantı arayüzü dikkate alınarak test fikstürü tasarlanmıştır. Test numunesi 137 adet ISO4762-M6-12.9 bağlayıcı ile test fikstürüne sabitlenmiştir. Test öncesi panel seviyesi sonlu elemanlar analiz sonuçları kullanılarak gerinim ölçer ve deplasman ölçer lokasyonları belirlenmiştir. 13 adet rozet tipi gerinim ölçer ve 4 adet yer değiştirme (deplasman) ölçer sensörü yerleştirilmiştir. Test yüklemeleri hidrolik pistonlarla kademeli olarak %25, %50, %75, %90 adımlarıyla kalifikasyon seviyesine ulaşmış ve sonra aynı adımlarla yük boşaltma yapılmıştır. Her adımda test değerleri ile sonlu elemanlar analiz değerleri karşılaştırılmış olası bir hasar durumunda müdahale etmek için izlenmiştir. Test başarım kriterleri kapsamında test numunesi incelenmiştir. Gerinim ölçer ve yer değiştirme (deplasman) ölçer sensörlerinden elde edilen veriler sonlu elemanlar analiz sonuçları ile karşılaştırılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir.