Helikopter rotor palinin performans optimizasyonu

Modern helikopterler, görevleri ve çalışma ortamları nedeniyle kullanım ömrü boyunca yüksek seviyelerde titreşim ve yorulmalara maruz kalan karmaşık dinamik sistemlerdir. Titreşim, helikopter rotoru tasarımı ve performans çalışmalarında dikkate alınması gereken en önemli faktörlerden birisidir. Titreşimin mekanik sistem bileşenlerine verdiği zararın yanı sıra mürettebat ve yolcuların sağlık durumlarını olumsuz etkilemesi, okuma güçlüğü, silah sistemlerinin etkisizliği ve yüksek bakım maliyetleri gibi istenmeyen sonuçları da bulunmaktadır. Bu araştırmada, helikopter rotor başındaki titreşiminin azaltılarak helikopter performansının arttırılması hedeflenmiştir. Helikopter rotor tasarımında, titreşimi en aza indirmek için yaygın olarak aktif ve pasif kontrol yöntemleri kullanılmaktadır. Aktif kontrol yöntemlerinde; sensörler, tahrik sistemleri ve denetleyiciler aracılığıyla sistemden anlık geri bildirimler gelmekte ve önemli ölçüde karmaşıklık içermektedir. Buna karşın pasif kontrol yöntemlerinde yüke ve geldiği yöne uygun anlık tepki veren titreşim sönümleyici, izolatörler ve malzemelerin yapısal dağılımı gibi daha az karmaşık bileşenleri kullanılmaktadır. Ayrıca pasif kontrol yöntemleri içerisinde yer alan malzemenin yapısal optimizasyonunu, "indirgenmiş titreşim formülü" ile incelemek mümkün olmaktadır. Bu eşitlik; rotor başında meydana gelen titreşimi, rotor başı kayma kuvvetleri ve momentleri cinsinden ifade etmektedir. Bu tezde indirgenmiş titreşim formülü, performans optimizasyonu modelinin amaç fonksiyonu olarak kullanılmıştır. Kısıtlar; kesit geometrisi sınırlandırmaları ve doğal frekans, otorotasyon ve Tsai-Hill hasar kriteri gibi malzemenin yapısal özellikleridir. Kompozit tabaka açıları ve spar geometrisi tasarım değişkenleridir. Optimizasyon yöntemi olarak hibrit bir algoritma tercih edilmiştir. Gradyan tabanlı algoritmaların güvenli bölgede kesin sonuçlar üretmesi ve sezgisel yöntemlerin arama uzayını geniş tarayabilmeleri sebebiyle parçacık sürüsü algoritması ve gradyan tabanlı algoritmalar hibrit edilmiştir. İleri uçuş durumunda olan helikopter için yapılacak olan performans iyileştirmesinde kesit analizi için VABS yazılımı kullanılmıştır. Kesit geometrilerine ait mesh (ağ düğüm) bilgileri, PYTHON script yardımıyla ABAQUS ile üretilmiştir. Hava araçlarının dinamik analizlerinde kullanılmakta olan DYMORE programı ile rotor başına uygulanan kuvvet ve momentler hesaplanmıştır. Her iterasyondaki VABS, ABAQUS ve DYMORE arasındaki sıralı işlemlerin gerçekleşmesi için Microsoft'un yeni nesil programlama dili olan C#'tan faydalanılmıştır. Optimizasyon, MATLAB sayısal analiz ve hesaplama programı ortamında yapılmıştır. Optimize edilmiş sonuçlar referans UH-60 helikopter rotor başı titreşimi ile karşılaştırılmış ve yeni tasarımda rotor başında yaklaşık yüzde 38'lik titreşim azalması gözlemlenmiştir.