Uçak motoru komponent tasarımı ve optimizasyonu

Bu çalışmanın temel amacı uçak motorlarında dönen parçalar olarak nitelendirilen disklerin optimizasyonunun gerçekleştirilerek, infilak hızının hesaplanması ve bu anlamda bir metodolojinin ortaya konmasıdır. Gerçek bir disk geometrisinde bulunan 3 boyutlu yapılar tasarıma dahil edilmemiştir. 3 boyutlu yapılara örnek olarak civata delikleri, kanadın diske bağlandığı boşluklu yapılar örnek gösterilebilir. Bir disk tasarımı için LCF, HCF, çatlak mekaniği ve sürünme gibi konuların detaylarına bu çalışmada değinilmemiştir. Tasarım, ön boyutlandırma açısından yapı üzerinde görünen von Mises eşdeğer gerilme değerinin malzemenin akma dayanımı ile karşılaştırılması ve infilak hız tayini hesaplarını içermektedir. Bu amaçla literatür taramasından elde edilen veriler ışığında ilk olarak analitik hesaplamar gerçekleştirilmiş ve bu hesaplamalar Excel Solver aracı vasıtasıla optimize edilmiştir. Analitik hesaplamalar süresince ayrıklaştırma metodu kullanılarak, gerçek bir disk geometrisine yakınsanmaya çalışılmıştır. Gerçek disk geometrisi sabit kalınlıkta farklı disklerden oluşacak şekilde parçalara bölünmüştür. Denge ve uygunluk denklemleri ve disk sınır şartları yardımıyla hesaplamalara gidilmiştir. Ayrıklaştırma metodu ile elde edilen geometrik veriler sonlu elemanlar analizi yardımıyla tekrar analiz edilerek analitik hesaplamalarla kıyaslamaya gidilmiştir. Sonuçlara göre analitik hesaplama yöntemi olan ayrıklaştırma metodu yaklaşık %10 farkla uygun sonuçlar vermiştir. Analitik ve sonlu elemanlar analizi yardımıyla disk üzerinde oluşan gerilme dağılımları incelenmiş ve disk tasarımı için dikkat edilmesi gereken kritik bölgeler belirlenmiştir. Bu duruma göre bu tez çalışmasında oluşturulan geometrinin gerilmeler açısından kritik olan bölgeleri en iç çap olan „‟bore‟‟ bölgesi ve en dış çap olan „‟rim‟‟ bölgesine geçiş yarı çapı olarak ifade edilebilir. Disk optimizasyonunun yanı sıra havacılık otoriteleri tarafından ortaya konulan regülasyonlar sebebiyle disk infilak hızı hesaplanmıştır. Hesaplamalarda Hallinan denklemi olarak ifade edilen denklem kullanılmıştır. Disk infilak hız hesaplamalarında seçilen malzemenin elastik ve plastik davranışları incelenmiş ve buna bağlı olarak infilak hızının değişimi ortaya konmuştur. Malzemenin infilak hesaplamalarına yönelik elastik ve plastik davranışı S faktör olarak nitelendirilen bir katsayının değişimi vasıtasıyla elde edilmiştir. S faktörü deneysel bir veridir ve çentikli bir numunenin çekme testinden elde edilir. Yüksek plastik davranışı gösteren bir malzeme için S faktörü 1 iken elastik davranış gösteren bir malzeme için 0‟dır. S faktörü 1, 0.5 ve 0 değerleri alınarak kritik olarak ön görülen bölgelerde infilak hızı hesaplanmıştır. Buna göre yüksek yüklemeler altında kesit alanı boyunca yük paylaşımı yapan durum için infilak hız değeri yük paylaşımı yapmadan kopmaya giden duruma göre daha yüksek çıkmıştır.