Helikopter rotorlarında niti şekil hafızalı alaşım kullanımının burulma titreşimleri üzerine etkisinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada helikopter rotorlarında Alüminyum alaşım yerine NiTi Şekil hafızalı alaşım kullanılmasının, pervanenin dönüşü esnasında rotorda meydana gelen burulma titreşimlerine olan etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla SOLIDWORKS programı kullanılarak helikopter rotor ve pervanesinin tasarımı ve modellemesi yapılmış sonra ANSYS sonlu eleman programı kullanılarak iki farklı rotor malzemesi için modelin titreşim analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz için yapılan modellemede, rotor sisteminin tüm elemanlarının boyut ve geometri bakımından aslına uygun olmasına dikkat edilmiştir. Tamamlanan model ANSYS Design Modeler 'e aktarılmış ve tüm elemanların birbirileri ile olan montaj ilişkileri düzenlenmiştir. Transient ve Harmonik analiz için tüm sistem tek bir parça olarak tanımlanıp, analizlerde hava sürtünmesi ihmal edilmiştir. Sistem elemanlarına malzeme atamaları yapıldıktan sonra burulma mod değeri ve frekansını bulmak için Modal analiz yapılmıştır. Saptanan burulma frekanslarında oluşan genliklerin elde edilmesi için Harmonik analizde rotorun açısal hızına bağlı olarak pervaneye ve mile karşıt yönlü moment değerleri aslına uygun olarak tanımlanmıştır. Rotor sisteminin belirli zaman aralıklarında oluşan genlik değerlerini elde etmek için ise Transient Analiz kullanılarak, hareket halinde oluşan titreşim değerleri, zamana bağlı olarak grafikleri ile beraber elde edilmiştir. Şekil hafızalı alaşım ve alüminyum alaşım rotor mili için elde edilen titreşim verilerinin RMS, Standart Sapma, Varyans, Basıklık, Çarpıklık karşılaştırmaları yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, şekil hafızalı alaşım kullanılan rotor milinin alüminyum alaşım kullanılan mile göre daha az titreşime neden olduğu tespit edilmiştir.

In this study, the effects of using NiTi shape memory alloys instead of aluminum alloys for helicopter rotors was examined. For that purpose, the program SOLIDWORKS is used to design and modelling the helicopter rotor and propeller. Vibration analysis for two different rotor materials is carried out using the ANSYS finite element modeling program. All elements of the rotor system were carefully chosen to suit the size and geometry of the original structure for modeling analysis, completed model is transferred to ANSYS Design Modeler and installation connections for each element were arranged accordingly. The whole system was defined as a single system and the air friction was neglected for the transient and harmonic analysis. Modal analysis was done after the materials are assigned to the system components, to find the torsional modes and frequencies. In order to obtain the amplitudes occurring in the detected rotor torsional frequencies, in the harmonic analysis, original opposite moment values on the propeller and shaft was selected. Transient Analysis is used to obtain amplitude values occurring at specific time intervals in the rotor system and vibration values occurring during motion and the charts of them were obtained. Vibration data obtained for shape memory alloy and aluminum alloy rotor shaft were compared regarding the RMS, standard deviation, variance, kurtosis and skewness. The results of the analysis indicate that the shaft made of shape memory alloy causes less vibration than the shaft made of aluminum alloy.