Multibody simulation of coupled aerodynamics and structural model of a helicopter main rotor
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GÜRKAN SERTSOY
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Volkan Parlaktaş
Eş Danışman: Barış Sabuncuoğlu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Helikopterlerin önemi icat edildiklerinden beri sürekli artmaktadır. Özellikle helikopterlerin sahip oldukları eksenel uçuş ve duraksama uçuş yapabilme kapasiteleri onları daha da değerli kılmaktadır. Fakat, oldukça karmaşık aerodinamik ve yapısal elastikiyet etkileri sebebiyle bir helikopterin rotorunu tasarlamak karmaşık bir süreçtir. Bu tezde, çoklu vücut simülasyon ortamında yapısal esnekliği olan bir helikopter kinematik rotor modeli tasarlamak ve modelle hover ve ileri uçuş gibi manevraları gerçekleştirmek amaçlanmaktadır. Prosedürün ilk adımında, tezde yapılacak olan tüm işleri bir çok farklı tasarım için oldukça verimli ve hızlı tamamlayabilmek adına PYTHON kullanılarak bir tasarım, simulasyon, analiz ve postprocess algotitması geliştirilmiştir. Bu agoritma sırasıyla şunları yapmaktadır. İlk olarak Simcenter 3D NX kullanılarak rotorun CAD modeli hazırlanmaktadır. CAD modelini hazırlamak için XFOIL kullanılarak gerekli kanat profil şekli oluşturulmaktadır. Daha sonrasında ise, roturun çok gövdeli kinematik modeli Simcenter 3D Motion yazılımı kullanılarak oluşturulmaktadır. Daha sonrasında, elastik pal modelleri, Simcenter 3D yazılımının sonlu elemanlar modelleme aracı kullanılarak oluşturulmaktadır. Son olarak, Simcenter 3D Motion içerisinde aerodinamik model rotor pal genişliği boyunca blade element theory kullanılarak uygulanmaktadır. Kanat profili aerodinamik katsayıları yine XFOIL kullanılarak modele girdi olarak sağlanmaktadır. Modeli doğrulamak amacıyla FLIGHTLAB programı kullanılarak blade elemet theory ile bir rotor modeli daha oluşturulmuştur. Doğrulama analizlerinde FLIGHTLAB ve Simcenter 3D rotor modellerinde aerodinamik modele literatürden bulunan bir test verisi girdi olarak sağlanmıştır. Askı ve ileri uçuş manevralarında elastik olmayan bladeler kullanılarak bu iki model kıyalanmıştır. Ayrıca elastik rotor modelleri de Simcenter 3D rotor modeli kullanılarak askı ve ileri uçuş manevra koşulları için incelenmiştir. Ek olarak, pal üzerindeki burkulma açılarının aerodinamik yükleme üzerindeki etkileri elastik olmayan ve elastik tasarımlar için kıyaslanmış ve incelenmiştir. Kanat boyu ve kanat genişliğinin değişiminin rotor katılığı sabit iken aerodinamik yüklere etkileri incelenmiştir. Son olarak ise farklı materya türleri ile üretilen rotorlar incelenmiş, aerodinamik yükleme üzerindeki etkiler tartışılmıştır. Bu tezde, helikopter rotor tasarımı alanında çoklu vücut ortamında yapısal elastikiyetli simulasyonlar için yeni bir yöntem sunulmaktadır. Bu araştırmadan elde edilen sonuçlar, gelecekte helikopter rotorlarının tasarımını ve performansını iyileştirmek için kullanılabilir.