Caner Özgür Özbaşlı
Model Uçak Kanadı Analiz Raporu
1. GİRİŞ
Bu çalışmada, alüminyum malzemeden üretilmiş bir model uçak yarı kanadının imal edilmesi durumunda uçuş esnasında oluşacak yüklerin ANSYS 9.0 yazılımı ile statik incelemesi yapılmıştır. Uçağın maksimum ağırlığı 50 N olarak verilmiştir. Uçağa en fazla 2g şiddetinde bir normal manevra ivmesi geleceği hesaplanmıştır. Bu hesap çerçevesinde yarı kanada gelecek toplam 25 N luk yüke artı olarak manevra ivmesi sonuca oluşacak yükte göz önüne alınarak yapısal bir analiz yapılmıştır. Yük dağılımı parabolik olarak uygulanmış ve elde edilecek sonucun gerçeğe yakınlığı sağlanmıştır.
Yapılan literatür araştırmasında 50 N ağırlığa sahip bir model uçağın yarı kanat uzunluğunun
Hem geometrinin oluşturulmasında hem sonlu elemanlar çözüm ağının atanmasında ANSYS 10.0 kullanılmıştır.
Şekil 1.1 Model Uçak Örneği
2. GEOMETRİ, MALZEME VE YÜKLER
Geometri oluşturulurken, bize verilen kanat profilinin koordinatları ile noktalar oluşturulmuş ve bu noktalar spline komutu ile birleştirilerek kanat profili elde edilmiştir. Geometri oluşturulurken SI birim sistemine bağlı kalınmış uzunluk birimi olarak milimetre temel alınarak çalışma yapılmıştır.
Şekil 2.1 Kanat Profilini Koordinatları
Şekil 2.2 Kanat Modeli
Oluşturulan kanat modelinde kabuk kalınlıkları farklılık göstermektedir. Ön spar için kalınlık
Kanat ağırlığının hafif olması için alüminyum veya kompozit malzeme kullanılması gerektiği öngörülmüştür. Yapılan literatür araştırmasında uygun olan kompozit malzemelerin yoğunluklarının alüminyuma oranla çok düşük olmadığı görülmüş ve üretimi ile kullanılışlığı göz önüne alınarak alüminyum malzemenin kullanılmasına karar verilmiştir.
Tablo 2.1 Malzeme İçeriği
Bileşen | % | Bileşen | % | Bileşen | % |
Al | 90.7 – 94.7 | Fe | Maks. 0.5 | Ti | 0.15 |
Cr | Maks. 0.1 | Mg | 1.2 – 1.8 | Zn | 0.25 |
Cu | 3.8 - 4.9 | Mn | 0.3 – 0.9 | Si | Maks. 0.5 |
Tablo 2.2 Malzeme Genel Özellikleri
Yoğunluk | d = 2780 kg/m3 |
Elastisite Modülü | E = 73.1 GPa |
Poisson Oranı | ρ = 0.33 |
Akma Gerilmesi | Sigma = 393 Mpa |
Ani rüzgâr değişikleri sonucu oluşacak yükler göz önüne alınarak emniyet katsayısı n 1,5 olarak belirlenmiştir.
Yarı kanat modeline verilen yük aerodinamik olarak gerçekliği yansıtması için açıklık boyunca parabolik değişecek şekilde yüklenmiştir.
Uçağa en fazla 2g şiddetinde bir normal manevra ivmesi geleceği hesaplanmıştır.
Şekil 2.3 Açıklık Boyunca Yük Dağılımı
Kanadın uçak gövdesine bağlanacağı kısımdan ankastre mesnet verilmiştir. Yük ise açıklık boyunca parabolik değişime uygun olarak noktalara kuvvet olarak verilmiştir. Veter boyunca yük değişimi uniform alınmıştır.
Şekil 2.4 Yükler ve Mesnet
3. SONLU ELEMAN MODELİ
Modelleme yapılırken SHELL 93 kabuk elemanı kullanılmıştır.
SHELL 93 eleman sekiz düğüm noktasına sahiptir ve her düğüm noktasında altı serbestlik derecesi vardır bunlar; x, y ve z yönlerinde ötelenme ve dönme serbestlikleri vardır. Eleman, plastiklik, yüksek yer değiştirme, katılık gibi özelliklere sahiptir. Eleman lineer, elastik ve isotropik kabul edilebilir. Ayrıca eleman tabaka atanarak kompozit yapı oluşturmaya uygundur. Sparların ve kanat yüzeyinin oluşturulmasında kullanılmıştır. Genel yapısı Şekil
Şekil 3.1 Sonlu Eleman Geometrisi
Çözüm ağı oluşturulurken kanat profili kesiti boyunca bütün çizgiler 3 mm aralıklarla bölünmüştür. Kanat açıklığı boyunca bulunan çizgiler ise
Kanat modeli için çözüm ağında 19759 düğüm noktası ve 6640 eleman bulunmaktadır.
Şekil 3.2 Çözüm Ağı İçin Bölünen Çizgiler
Şekil 3.3 Oluşturulan Çözüm Ağı
4. ANALİZ SONUÇLARI
Bu çalışmada ön spar kalınlığı
X Yönünde Maksimum Yer Değiştirme | |
Y Yönünde Maksimum Yer Değiştirme | |
Z Yönünde Maksimum Yer Değiştirme | |
Maksimum Gerilme (Von Mises) | 19.754 MPa |
Hata Oranı | 0.001604 |
Şekil 4.1 Y Yönündeki Yer Değiştirme
Şekil 4.2 Yer Değiştirmenin Vektörsel Görünümü
Şekil 4.3 Von Mises Gerilme Dağılımı
Şekil 4.4 Hata Oranı
5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Model uçağın yarı kanat statik analizinin yapıldığı bu çalışmada sonlu elemanlar yöntemini kullanan ANSYS yazılımından yararlanılmıştır.
Analizde ince cidar kullanıldığından kabul eleman olarak modelleme yapılmıştır. Çalışmamızda kanadın, yüklemeler altında oluşacak maksimum gerilmesinin emniyet gerilmemizi geçmemesi ve ağırlık bakımından hafifliği önemlidir.
Emniyet Gerilmesi = Akma Mukavemeti / Emniyet Katsayı
è Emniyet Gerilmesi = 393 MPa / 1.5
è Emniyet Gerilmesi = 262 MPa
Modelimizde oluşan maksimum gerilme, 19,754 MPa`dır ve emniyet gerilmesini geçmemiştir.
Maksimum yer değiştirme
Önemli olan diğer bir faktör olan ağırlık 4,2058 Newton bulunmuştur. Uçağın toplam ağırlığı 50 Newton olduğuna göre kanat ağırlığımızın hafifliği görülmektedir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder