6 research outputs found
Uçak Kanopisi ve Yapısallarının Kuş Çarpması Tehdidine Karşı Tasarım Optimizasyonu
No full textHavacılıkta kuş çarpması tehdidi önemli bir problem haline gelmiştir. Kuş çarpmaları ciddi maliyet ve can kayıplarına sebep olabilmektedir. Uçak yapılarının kuş çarpması kazalarından hasar almadan kurtulabilmeleri için ilgili yönetmeliklere göre testler ve bilgisayar ortamında sonlu elemanlar analizleri yapılmaktadır. Ayrıca uçak yapılarının dayanıklı olmasının yanı sıra hafif olması da uçuş performasını ve maliyet açısından önemlidir. Bu çalışmada milli muharip uçağı yapılarının kuş çarpmasına karşı tasarım optimizasyonu yapılmıştır. Öncelikle kuş sonlu elemanlar modeli literatürde bulunan testlerle karşılaştırılmıştır. Kuş SPH yöntemiyle modellenmiş ve çarpışma sırasındaki davranışı testlerle tutarlılık göstermiştir. Ardından uçak yapılarına kuş çarpması analizleri için literatür taraması yapılmıştır. Milli muharip uçağı yapıları için kuş çarpması testleri planlanmıştır. Testler Roketsan'ın hava tabancası test sisteminde gerçekleştirilmiştir. Testlerde kullanılmak üzere yapay jelatin kuş modelleri üretilmiştir. Testleri yapılacak olan milli muharip uçağı yapılarının belirlenebilmesi için öncelikle test koşullarına uygun sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuştur. Milli muharpi uçağı kanopisi için polikarbonat (PC) ve gerdirilmiş akrilik (stretched polymethyl methacrylate, SPMMA) malzemeleri bir termoplastik poliüretan (TPU) yapıştırıcı ile katmanlı hale getirilmiştir. PC ve SPMMA malzemelerinin modellenebilmesi için gerinme hızı oranına ve sıcaklığa bağlı olarak dayanım ve hasar çıktısı verebilen Johnson Cook malzeme modeli seçilmiştir. Kanopiye kuş çarpması test koşulları için oluşturulmuş sonlu elemanlar modelinde öncelikle ağ yakınsama çalışması yapılmıştır. Ardından çarpışma başarımı sağlayan en hafif yapı araştırılmıştır. Bunun için latin hiperküp örnekleme (latin hypercube sampling, LHS) yöntemiyle bir veri seti hazırlanmış ve çarpışma sonucunu tahmin edebilen bir destek vektör mekanizması (support vector machine, SVM) modeli oluşturulmuştur. Bu matematiksel model sayesinde genetik algoritma kullanılarak optimizasyon yapılmış ve en hafif tasarım belirlenmiştir. Benzer olarak kompozit yapılar için öncelikle sonlu elemanlar modeli oluşturulmuş ve ağ yakınsama çalışması yapılarak literatürde bulunan bir kompozit hücum kenarına kuş çarpması testleriyle doğrulanmıştır. Ardından test koşullarında kuş çarpmasına karşı dayanıklı en hafif kompozit plaka analizlerle belirlenmiştir. Türk Havacılık ve Uzay Sanayii A.Ş. (TUSAŞ) tarafından temin edilen kanopi ve kompozit plakalara kuş çarpması testleri gerçekleştirilmiştir. Testler sonucunda plakalar çarpışma başarımı göstermiştir ve sonlu elemanlar modeli test sonuçlarıyla tutarlılık sağlamıştır.The threat of bird strike in aviation has become a significant problem. Bird strikes can cause serious costs and loss of life. In order for aircraft structures to survive bird strike accidents without any damage, tests and finite element analyzes are carried out in accordance with the relevant regulations. In addition to being durable, aircraft structures are also lightweight, which is important in terms of flight performance and cost. In this study, design optimization of national combat aircraft structures against bird strike was carried out. First of all, the bird finite element model was compared with the tests in the literature. The bird was modeled using the SPH method and its behavior during impact was validated with the tests. Then, a literature review was conducted to analyze bird strikes on aircraft structures. Bird strike tests are planned for national combat aircraft structures. The tests were carried out on Roketsan's gas gun test system. Artificial gelatin bird models were produced for use in tests. In order to determine the national combat aircraft structures to be tested, finite element models suitable for the test conditions were first created. For the national combat aircraft canopy, polycarbonate (PC) and stretched polymethyl methacrylate (SPMMA) materials are layered with a thermoplastic polyurethane (TPU) adhesive. In order to model PC and SPMMA materials, the Johnson Cook material model, which can give strength and damage output depending on the strain rate and temperature, was chosen. Firstly, a mesh convergence study was carried out in the finite element model created for canopy bird strike test conditions. Then, the lightest structure that provides good crash performance was investigated. For this purpose, a data set was created with the latin hypercube sampling (LHS) method and a support vector machine (SVM) model that could predict the collision outcome was created. With this mathematical model, optimization was made using a genetic algorithm and the lightest design was determined. Similarly, for composite structures, a finite element model was first created and a mesh convergence study was conducted and it was validated by bird strike tests on a composite leading edge found in the literature. Then, the lightest composite plate resistant to bird strike under test conditions was determined by analysis. Bird strike tests on the canopy and composite plates supplied by TAI were carried out at Roketsan. As a result of the tests, the plates showed good collision performance and the finite element model was consistent with the test results
Design Optimization of an Aircraft Composite Panel Against Bird Strike
No full textThe threat of bird strike in aviation has become a significant problem. Bird strikes can cause serious costs and loss of life. In order for aircraft structures to survive bird strike accidents without any damage, tests and finite element (FE) analyses are carried out in accordance with the relevant regulations. In this study, design optimization of a composite panel of a national combat aircraft structure is carried out against bird strike. First, an existing study from the literature is replicated as a preliminary step to ensure our FE modeling capability. Next, an FE model is generated to simulate the bird strike to a composite panel of a national combat aircraft structure. Then, generated FE model is used to determine the optimum design configuration of the composite panel. Finally, the optimum design configuration is manufactured, and bird strike tests are performed at a gas gun facility using gelatin artificial birds. It is observed that the designed composite panel shows good collision performance and the FE model results is consistent with the bird strike test results.This study was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkiye (TUBITAK) project no. 20AG027 under program no. 20AG001. The authors also acknowledge the support provided by TUBITAK under program 2224-A. The authors thank Turkish Aerospace Industries for providing the composite panels used in the tests. The authors also thank Roketsan Missile Industries for sharing the gas gun test system facility.Scientific and Technological Research Council of Turkiye (TUBITAK) [20AG027, 20AG001]; TUBITAK [2224-A
Design Optimization of a Multi-Layer Aircraft Canopy Transparency Plate Against Bird Strike
No full textBird strikes in aviation affect flight safety and can lead to financial losses or even fatalities. In this study, a machine learning based optimization approach is used to carry out design optimization of a canopy transparency plate for a fighter aircraft against bird strike. The canopy plate is designed to have a multi-layered structure such that polycarbonate (PC) and stretched polymethyl methacrylate (SPMMA) materials are laminated with a thermoplastic polyurethane (TPU) adhesive. To model PC and SPMMA materials, the Johnson-Cook material model is used. A finite element model is generated for the canopy plate subject to bird strike test conditions, and the lightest structure that provides good collusion performance is investigated. For this purpose, a training data set is created with the Latin hypercube sampling method and a support vector machine (SVM) model that could predict the collision outcome is created. Using the constructed SVM model, optimization is made using genetic algorithm and the optimum transparency design is determined. Finally, the optimum design is subjected to bird strike tests for validation. It is found that the optimum transparency design successfully satisfies the test requirements.The Scientific and Technological Research Council of Turkiye (TUBITAK)The authors acknowledge the Turkish Aerospace Industries, Inc. for sharing the material parameters. The authors also acknowledge the Roketsan Missile Industries, Inc. for sharing their gas gun test system facility
Kuş Çarpmasına Karşı Uçak Kanopisinin Tasarım Optimizasyonu
No full textBu çalışmada, yüksek hızlı kuş çarpmasına maruz kalan basitleştirilmiş bir uçak ön camının ağırlık optimizasyonu ele alınmıştır. Ön cam plakası 1 m x 1 m ölçülerinde ve 5 katmandan oluşmaktadır. Katman malzemeleri polikarbonat ve PVB'den (polivinil butiral) oluşmaktadır. Çarpışma koşulları ise, kuşun 1.8 kg ve çarpışma hızının 130 m/s olduğu durumdur. Çarpışmalar, bir sonlu elemanlar yazılımı olan LS-DYNA’da gerçekleştirilmiştir. Polikarbonat malzemesinin ve SPH yöntemi ile modellenen kuşun sonlu elemanlar modelleri literatür verileri ile doğrulandıktan sonra optimizasyon çalışmalarına başlanmıştır. Optimizasyon probleminde tasarım değişkenleri katman kalınlıkları ve kısıt olarak ise plakanın merkez deformasyon değerinin başlangıç tasarımın merkez deformasyonunu geçmemesi durumu ele alınmıştır. Deformasyon kısıtının tahmini için farklı vekil modeller oluşturulmuştur. Bu vekil modeller kullanılarak ağırlık optimizasyonu genetik algoritma ile çözülmüş ve ağırlıkta %3.2’lik bir azalma elde edilmiştir.In this study, weight optimization of a simplified aircraft windshield subjected to high velocity bird strike is considered. The windshield plate measures 1 m x 1 m and consists of 5 layers. Layer materials consist of polycarbonate and PVB (polyvinyl butyral). The impact conditions are when the bird is 1.8 kg and the impact velocity is 130 m/s. The impacts were performed in LS-DYNA, a finite element software. After the finite element models of the polycarbonate material and the bird modeled by the SPH method were validated with the literature data, optimization studies were started. In the optimization problem, the design variables are considered as layer thicknesses and the constraint is taken as the central deformation of the plate not exceeding the central deformation of the initial design. Different surrogate models were constructed to predict the plate deformation. By using these surrogate models, weight optimization was solved by genetic algorithm and a 3.2% weight reduction was achieved
Exploring Design Options for Wing Leading Edge Against Bird Strike
No full text This study investigates the effects of bird strike on the wing leading edge of a trainer aircraft in accordance with the European Aviation Safety Agency’s CS-23 standards (“Normal, Utility, Aerobatic and Commuter Aeroplanes,” Certification Specifications, Part 23, Occupant Physical Environment), and it compares various options for the design of energy-absorbing support structures. In this study, the bird model with hemispherical-ended cylindrical geometry is simulated using the smoothed particle hydrodynamics finite element approach. After validating the impact of the bird model on a rigid plate, a bird strike on the wing leading edge is modeled; and the results are compared with the existing experimental and simulation data available in the literature. Finally, different design options for the support structure configurations of the wing leading edge (including traditional rib design, honeycomb sandwich, triangular reinforcement, and negative Poisson ratio structures) are evaluated, and the results are compared. It is found that a honeycomb sandwich panel support structure provides the best collision and weight performance. </jats:p
Kuş Çarpmasının Bir Savaş Uçağı Kanopisinin Yapısal Bütünlüğüne ve Radar Kesitine Etkisinin İncelenmesi
No full textBu çalışmanın amacı, bir savaş uçağının kanopisine kuş çarpmasının yapısal dayanım ve radar kesit alanı üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Bu çalışmada, Düzgünleştirilmiş Parçacık Hidrodinamiği (ing. smoothed particle hydrodynamics, SPH) sonlu elemanlar yaklaşımı kullanılarak yarı küresel uçlu silindirik geometriye sahip kuş modeli kullanılmıştır. Kanopiye kuş çarpması modellenmiş ve sonuçlar literatürde mevcut deneysel ve nümerik verilerle karşılaştırılmıştır. Ardından, kanopinin radar kesit alanını hesaplamak üzere bir simülasyon modeli oluşturulmuştur. Son olarak, kanopinin mevcut tasarım kriterleri içinde kalarak farklı tasarım seçenekleri hem yapısal dayanım hem de radar kesit alanı bakımından karşılaştırılmıştır. Elde edilen veriler neticesinde geometride eniyileme yapılarak yapısal olarak en dayanıklı ve radar kesit alanı en küçük geometri belirlenmiştir
