Havacılık ve uzay uygulamalarına yönelik geliştirilen kompozit hidrolik silindirin tasarımı ve analizi

Abstract

Havacılık ve uzay teknolojileri, günümüzde stratejik önemi giderek artan ve sürekli gelişen sistemler arasında yer almaktadır. Hava araçları, yüksek maliyetli ve enerji tüketimi yoğun sistemlerdir. Bu nedenle, enerji verimliliğinin artırılması amacıyla daha hafif sistemlerin tasarımı ve üretimi temel odak noktalarından birini oluşturmaktadır. Özellikle menzil artışı ve yakıt tüketiminin azaltılmasına yönelik iyileştirme çalışmaları kapsamında, hava araçlarında geleneksel malzemeler yerine kompozit malzemelerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Hidrolik sistemler, hava araçlarının uçuş kontrol yüzeyleri, iniş takımları, kapı ve merdiven mekanizmaları ile ana güç sistemleri gibi kritik bileşenlerinde yaygın olarak kullanılmakta olup, bu sistemlerin temel bileşenlerinden biri olan hidrolik silindirler genellikle titanyum alaşımlarından üretilmektedir. Ancak, titanyum alaşımlarının sağladığı yüksek dayanım özelliklerinin yanı sıra yoğunluklarının yüksek olması, sistem ağırlığını artırmakta ve dolayısıyla enerji verimliliğini olumsuz etkilemektedir. Bu tez çalışması kapsamında, konvansiyonel hidrolik silindirlere alternatif olarak kompozit malzemelerle entegre edilerek geliştirilen yeni nesil hidrolik silindirler incelenmiştir. Bu doğrultuda, karbon fiber takviyeli kompozit bir hidrolik silindirin tasarımı gerçekleştirilmiş ve söz konusu sistemin mekanik davranışları sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile analiz edilmiştir. Elde edilen bulguların, havacılık sistemlerinde daha hafif, daha verimli ve sürdürülebilir hidrolik sistemlerin geliştirilmesine bilimsel katkı sağlaması hedeflenmektedir.

Aviation and space technologies are among the systems whose strategic importance is increasing and constantly evolving. Aircraft are high-cost and energy-intensive systems. Therefore, the focus is on designing and producing lighter systems to increase energy efficiency. Composite materials instead of traditional materials in aircraft are becoming increasingly widespread, especially within the scope of improvement studies aimed at increasing range and reducing fuel consumption. Hydraulic systems are widely used in critical components of aircraft such as flight control surfaces, landing gear, door and ladder mechanisms and main power systems, and hydraulic cylinders, one of the basic components of these systems, are generally manufactured from titanium alloys. However, in addition to the high strength properties provided by titanium alloys, their high density increases the system weight and thus negatively affects energy efficiency. This thesis examined new generation hydraulic cylinders developed by integrating composite materials as an alternative to conventional hydraulic cylinders. In this direction, the design of a carbon fiber reinforced composite hydraulic cylinder was realized, and the mechanical behavior of the system was analyzed by the finite element method (FEM). The findings are intended to provide scientific contributions to the development of lighter, more efficient, and sustainable hydraulic systems in aviation systems.