İnsansız hava aracına kuş çarpması probleminin modellenmesi ve sonlu elemanlar metodu ile analizi

Abstract

Kuş çarpması; bir hava aracına kuş ve türevlerinin çarpması olayıdır. Uçuş güvenliğinden dolayı en riskli kaza olarak gösterilmesinin yanı sıra kuş çarpmasını ilgilendiren en önemli konular arasında sivil hava taşıtları ve askeri hava taşıtları bulunur. Havada oluşan kuş çarpışmaları çok ciddi sonuçlar doğurabilmektedir. Bu bağlamda maddi kaybı en aza indirebilmek ve can güvenliğini sağlamak adına kuş çarpması olayı üzerine gerekli çalışmalar yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında bir insansız hava aracına kuş çarpması problemi ele alınmıştır. İnsansız hava aracına kuş çarpması olayının incelenmesi için dört farklı kanat kalınlığı (4 mm, 8 mm, 12 mm, 16 mm) ile analizler gerçekleştirilmiştir. Öncelikli olarak kanat profiline, kuş geometrisine ve bunların malzeme özelliklerine karar verilmiştir. Kanat malzeme yapısı olarak iki farklı kompozit malzeme ve iki izotropik malzeme üzerinde çalışılmıştır. Bu kapsamda, kanat aerofil kesidi olarak NACA-2408 tercih edilmiştir. Kuş modeli temsili olarak geometrik şekillerle belirlenmiştir. Bu problem için seçilen kuş modeli daha önce literatürde sık kullanılan kuş geometrilerinden en iyi sonucu veren yarım küre uçlu silindirdir. Hidrodinamik bir yapıya sahip olan bu kuş modeli kanat modelinin ortasına çarptığı varsayılarak üç farklı hız değeri için (33 m/s, 37 m/s, 42 m/s) kuş çarpması analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonlu elemanlar yöntemi programı olan ANSYS Workbench ile simüle edilerek çarpışma sonuç verilerine ulaşılmıştır.

Bird strike is an incident in which an aircraft is struck by birds and their derivatives. In addition to being among the most dangerous accidents in terms of flight safety, bird strike is an important issue for both civil aircraft and military aircraft. As a result of collisions between aircraft and birds, accidents with material and life loss can occur. In this context, necessary studies are carried out on the bird strike incident in order to minimize material loss and ensure life safety. In this thesis, the problem of bird strike to an unmanned aerial vehicle is addressed. Four different wing thicknesses (4 mm, 8 mm, 12 mm, 16 mm) have been analyzed to investigate the bird strike to an unmanned aerial vehicle. Firstly, the airfoil, bird geometry and their material properties were decided. Two different composite materials and two isotropic materials were studied as the wing material structure. In this context, NACA-2408 was preferred as the wing aerofoil section. The bird model has been representatively determined by geometric shapes. The bird model chosen for this problem is a cylinder with hemispherical tip, which gives the best results among the bird geometries commonly used in the literature. This bird model, which is considered to have hydrodynamic structural properties, is assumed to hit the center of the wing model and bird impact analyses are performed for three different velocity values (33 m/s, 37 m/s, 42 m/s). The analyses were simulated with ANSYS Workbench, a finite element method program, and the collision result data were obtained.