Uçak Tasarımı Teknik Detaylar

Bu kitabın amacı, hava araclarından daha ağır aracların tasarımında hem lisans hem de lisans ustu seviyelerde dersler icin temel bir metin sağlamaktır. Ucak tasarımı, havacılık/uzay muhendisliği disiplininde ozel bir konudur. Havacılık/uzay muhendisliğinin akademik bolumu geleneksel olarak dort ana uzmanlık alanına sahip olma eğilimindedir: aerodinamik, ucuş dinamikleri, itme gucu ve yapı. Nitelikli bir hava aracı tasarımcısı, bu dort bilimsel kavramı ve ilkeyi kullanır ve bunları, koordineli benzersiz bir sistem tasarlamak icin ozel tasarım teknikleri kullanarak bir ucağa entegre eder. Tasarım bilimi, sanat ve tekniklerin birleşimidir. Bir tasarımcı sadece bu dort alanda yeterli bilgi seviyesine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda matematiği, becerileri, deneyimleri, yaratıcılığı, sanatı ve sistem tasarım tekniklerini de kullanmalıdır. Ucak tasarımının sınıflarda tamamen oğretilebilir olmadığı doğrudur, ancak sınıf derslerini somestr surecek bir ucak tasarım projesi ile birleştirmek, oğrencilerin ucak tasarımını oğrenmeleri ve deneyimlemeleri icin en iyi fırsatı sağlar. Her havacılık muhendisliği disiplini, ucak tasarımı veya havacılık sistemi tasarımında en az bir ders sunar. Yeni geliştirilen sistem muhendisliği ile birleştirilmiş bir hava aracının tum yonlerini, havacılık kavramlarını, tasarım yontemlerini, tasarım akış şemalarını, tasarım orneklerini ve bolum sonu sorunları gibi akademik ozelliklere sahip bir ucak tasarım ders kitabının eksikliği, bu kitabı yazmak icin ana motivasyondu. Gectiğimiz birkac yılda, ceşitli ucak tasarım eğitmenleri ve oğrencileriyle konferanslarda ve AIAA Tasarım yarışmalarında konuştum. Roskam, Torenbeek, Nicolai, Stinton ve Raymer gibi onculer tarafından yayınlanan harika tasarım kitaplarının daha fazla geliştirilmeye ve genişletmeye ihtiyacı olduğu sonucuna vardım. Bu, ucak tasarım eğitimi icin universitelerin ve kolejlerin ve tasarım uygulaması icin endustrilerin artan ihtiyacını karşılamak icindir. Yeni metin, sistem muhendisliği yaklaşımları, tasarım prosedurleri, cozulmuş ornekler ve bolum sonu problemleri gibi onemli ozelliklere sahip olmalıdır. Bu kitap, havacılık/uzay muhendisliği oğrencileri ve aynı zamanda uygulayıcı muhendisler icin boşluğu doldurmak amacıyla yazılmıştır.

İÇİNDEKİLER

1 Uçak Tasarımının Temelleri

1.1 Tasarıma Giriş

1.2 Mühendislik Tasarımı

1.3 Tasarım Projesi Planlaması

1.4 Karar Verme

1.5 Fizibilite Analizi

1.6 İhmal Derecesi

Kaynaklar

2 Sistem Mühendisliği Yaklaşımı

2.1 Giriş

2.2 Sistem Mühendisliğinin Temelleri

2.3 Kavramsal Sistem Tasarımı

2.3.1 Tanım

2.3.2 Kavramsal Tasarım Akış Şeması

2.3.3 Teknik Performans Ölçütleri

2.3.4 Fonksiyonel Analiz

2.3.5 Sistem Değişimi Analizi

2.3.6 Kavramsal Tasarım İncelemesi

2.4 Ön Sistem Tasarımı

2.5 Sistem Detay Tasarımı

2.6 Tasarım Gereklilikleri

2.7 Tasarım İncelemesi, Değerlendirme ve Geri Bildirim

2.8 Uçak Tasarımında Sistem Mühendisliği Yaklaşımı

2.8.1 Sistem Mühendisliğinin Uygulanması

2.8.2 Tasarım Aşamaları

2.8.3 Tasarım Akış Şeması

2.8.4 Tasarım Grupları

2.8.5 Tasarım Adımları

Kaynaklar

3 Uçak Kavramsal Tasarım

3.1 Giriş

3.2 Hava Aracı Bileşenlerinin Birincil İşlevleri

3.3 Uçak Konfigürasyon Alternatifleri

3.3.1 Kanat Yapılandırması

3.3.2 Kuyruk Konfigürasyonu

3.3.3 İtki Sistemi Konfigürasyonu

3.3.4 İniş Takımı Yapılandırması

3.3.5 Gövde Yapılandırması

3.3.6 İmalatla İlgili Öğelerin Yapılandırılması

3.3.7 Alt Sistem Yapılandırması

3.4 Uçak Sınıflandırması ve Tasarım Kısıtlamaları

3.5 Konfigürasyon Seçim Süreci ve Takas Analizi

3.6 Kavramsal Tasarım Optimizasyonu

3.6.1 Matematiksel Araçlar

3.6.2 Metodoloji

Kaynaklar

4 Ön Tasarım

4.1 Giriş

4.2 Maksimum Kalkış Ağırlığı Tahmini

4.2.1 Genel Teknik

4.2.2 Ağırlığı Belirleme

4.2.3 Yük Ağırlığı

4.2.4 Mürettebat Ağırlığı

4.2.5 Yakıt Ağırlığı

4.2.7 Tekniğin Pratik Adımları

4.3 Kanat Alanı ve Motor Boyutlandırması

4.3.1 Tekniğin Özeti

4.3.2 Stol Hızı

4.3.3 Maksimum Hız

4.3.4 Kalkış Koşusu

4.3.5 Tırmanma Hızı

4.3.5.1 Jet Uçak

4.3.6 Tavan

4.4 Tasarım Örnekleri

Kaynaklar

4 Kanat Tasarımı

5.1 Giriş

5.2 Kanat Sayısı

5.3 Kanat Dikey Konumu

5.3.1 Yüksek Kanat

5.3.2 Alçak Kanat

5.3.3 Orta Kanat

5.3.4 Parasol Kanadı

5.3.5 Seçim Süreci

5.4 Kanat Profili

5.4.1 Kanat Tasarımı veya Kanat Profili Seçimi

5.4.2 Kanat Profilinin Genel Özellikleri

5.4.3 Bir Kanat Profilinin Karakteristik Grafikleri

5.4.4 Kanat Profili Seçim Kriterleri

5.4.5 NACA Kanat Profilleri

5.4.6 Kanat Kesiti Profili Seçimi İçin Pratik Adımlar

5.5 Kanat eğim (Sabit Hücum) açısı

5.6 En Boy Oranı

5.7 Koniklik Oranı

5.8 Kaldırma ve Yük Dağılımlarının Önemi

5.9 Süpürme Açısı (Λ)

5.10 Büküm Açısı

5.11 Dihedral Açı

5.12 Yüksek Kaldırma Cihazı

5.12.1 Yüksek Kaldırma Cihazının İşlevleri

5.12.2 Yüksek Kaldırma Cihazı Sınıflandırması

5.12.3 Tasarım Tekniği

5.13 Ayleron

5.14 Kaldırma Çizgisi Teorisi

5.15 Diğer aparatlar

5.15.1 Strake (çıkıntılı bir sırt)

5.15.2 Çit

5.15.3 Vorteks Jeneratörü

5.15.4 Winglet (Kanat ucu aparatı)

5.16 Kanat Tasarım Adımları

5.17 Kanat Tasarım Örneği

Kaynaklar

6 Kuyruk Tasarımı

6.1 Giriş

6.2 Hava Aracı Trim Gereksinimleri

6.2.1 Boyuna Trim

6.2.2 Yönlü ve Yanal Trim

6.3 Kararlılık ve Kontrol Üzerine Bir İnceleme

6.3.1 Kararlılık

6.3.2 Kontrol

6.3.3 Dengeleme Koşulları

6.4 Kuyruk Konfigürasyonu

6.4.1 Temel Kuyruk Yapılandırması

6.4.2 Arka Kuyruk Yapılandırması

6.5 Kanard veya Arka Kuyruk

6.6 Optimum Kuyruk Kolu

6.7 Yatay Kuyruk Parametreleri

6.7.1 Yatay Kuyruk Tasarımı Temel Yönetim Denklemi

6.7.2 Sabit, Tam Hareketli veya Ayarlanabilir Kuyruk

6.7.3 Kanat Profili

6.7.4 Kuyruk eğim açısı

6.7.5 En Boy Oranı

6.7.6 Konik Oranı

6.7.7 Süpürme Açısı

6.7.8 Dihedral Açı

6.7.9 Kuyruk Dikey Konumu

6.7.10 Diğer Kuyruk Geometrileri

6.7.11 Kontrol Hükümleri

6.7.12 Son Kontrol

6.8 Dikey Kuyruk Tasarımı

6.8.1 Dikey Kuyruk Tasarım Gereklilikleri

6.8.2 Dikey Kuyruk Parametreleri

6.9 Pratik Tasarım Adımları

6.10 Kuyruk Tasarım Örneği

Kaynaklar

7 Gövde Tasarımı

7.1 Giriş

7.2 Fonksiyonel Analiz ve Tasarım Akış Şeması

7.3 Gövde Konfigürasyonu Tasarımı ve İç Düzenleme

7.4 Ergonomi

7.4.1 Tanımlar

7.4.2 İnsan Boyutları ve Sınırları

7.5 Kokpit Tasarımı

7.5.1 Kılavuz Kaptan ve Mürettebat Üyelerinin Sayısı

7.5.2 Pilot / Mürettebat Görevi

7.5.3 Pilot / Mürettebat Konforu / Zorluk Seviyesi

7.5.4 Pilot Kişisel Ekipmanı

7.5.5 Kontrol Ekipmanı

7.5.6 Ölçüm Ekipmanı

7.5.7 Otomasyon Seviyesi

7.5.8 Dış Kısıtlamalar

7.5.9 Kokpit Entegrasyonu

7.6 Yolcu Kabini Tasarımı

7.7 Kargo Bölüm Tasarımı

7.8 Optimum Uzunluk-Çap Oranı

7.8.1 En Düşük fLD için Optimum Narinlik Oranı

7.8.2 En Düşük Gövde Süpürülmüş Alan için Optimum Narinlik Oranı (Uzunluk/çap)

7.8.3 En Hafif Gövde için Optimum Narinlik Oranı

7.9 Diğer Gövde İç Bölümleri

7.9.1 Yakıt Tankları

7.9.2 Radar Anteni

7.9.3 Kanat Kutusu

7.9.4 Güç İletim Sistemleri

7.10 Lofting

7.10.1 Aerodinamik Hususlar

7.10.2 Alan Yönetimi

7.10.3 Radar Algılanabilirliği

7.10.4 Gövde Arka Bölümü

7.11 Gövde Tasarım Adımları

7.12 Tasarım Örneği

Kaynaklar

8 İtki Sistemi Tasarımı

8.1 Giriş

8.2 Fonksiyonel Analiz ve Tasarım Gereklilikleri

8.3 Motor Tipi Seçimi

8.3.1 Uçak Motor Sınıflandırması

8.3.2 Motor Tipi Seçimi

8.4 Motor Sayısı

8.4.1 Uçuş Emniyeti

8.4.2 Diğer Etkili Parametreler

8.5 Motor Konumu

8.5.1 Tasarım Gereklilikleri

8.5.2 Genel Yönergeler

8.5.3 Bölmeli ve Gömülü

8.5.4 İtici ve çekici (traktör) motor

8.5.5 İkiz Jet Motor: Arka Gövde ve Kanat Altı

8.6 Motor Kurulumu

8.6.1 Pervane İtkili Motor

8.6.2 Jet Motoru

8.7 Pervane Boyutlandırması

8.8 Motor Performansı

8.8.1 Pervane Itkili Motor

8.8.2 Jet Motoru

8.9 Motor Seçimi

8.10 Sevk Sistemi Tasarım Adımları

8.11 Tasarım Örneği

Kaynaklar

9 İniş Takımı Tasarımı

9.1 Giriş

9.2 Fonksiyonel Analiz ve Tasarım Gereklilikleri

9.3 İniş Takımının Yapılandırılması

9.3.1 Tekli ana tasarım

9.3.2 Bisiklet

9.3.3 Kuyruk Dişli

9.3.4 Üç Tekerlekli Bisiklet

9.3.5 Dört Tekerlekli Bisiklet

9.3.6 Çoklu Bogey

9.3.7 Çıkarılabilir Raylı sistem

9.3.8 Kızak

9.3.9 Deniz Uçağı İniş Takımı

9.3.10 İnsan Bacağı

9.3.11 İniş Takımı Yapılandırma Seçim Süreci

9.3.12 İniş Takımı Bağlantısı

9.4 Sabit, Geri Çekilebilir veya Ayrılabilir İniş Takımları

9.5 İniş Takımı Geometrisi

9.5.1 İniş Takımları Yüksekliği

9.5.2 Aks Mesafesi

9.5.3 Tekerlek izi aralığı

9.6 İniş Takımları ve Uçak Ağırlık Merkezi

9.6.1 Devrilme ve Devrilme Açısı Gereksinimleri

9.6.2 Kalkış Dönme Gerekliliği

9.7 İniş Takımları Mekanik Alt Sistemleri / Parametreleri

9.7.1 Lastik Boyutunun Belirlenmesi

9.7.2 Amortisör

9.7.3 Dikme Boyutlandırma

9.7.4 Direksiyon Alt Sistemi

9.7.5 İniş Takımı Geri Çekme Sistemi

9.8 İniş Takımları Tasarım Adımları

9.9 İniş Takımları Tasarım Örneği

Kaynaklar

10 Bileşen Ağırlığı

10.1 Giriş

10.2 Ağırlık Hesaplamasının Hassasiyeti

10.3 Uçak Ana Bileşenleri

10.4 Ağırlık Hesaplama Tekniği

10.4.1 Kanat Ağırlığı

10.4.2 Yatay Kuyruk Ağırlığı

10.4.3 Dikey Kuyruk Ağırlığı

10.4.4 Gövde Ağırlığı

10.4.5 İniş Takımı Ağırlığı

10.4.6 Kurulu Motor Ağırlığı

10.4.7 Yakıt Sisteminin Ağırlığı

10.4.8 Diğer Ekipman ve Alt Sistemlerin Ağırlığı

10.5 Bölüm Örnekleri

Kaynaklar

11 Uçak Ağırlık Dağılımı

11.1 Giriş

11.2 Hava Aracı Ağırlık Merkezi Hesaplaması

11.3 Ağırlık Merkezi Menzili

11.3.1 Sabit veya Değişken Ağırlık Merkezi

11.3.2 Ağırlık Merkezi Sınırı Tanımı

11.3.3 İdeal Ağırlık Merkezi Konumu

11.4 Boyuna Ağırlık Merkezi Konumu

11.5 Uçağın İleri ve Arka Tarafını Belirleme Tekniği

11.6 Ağırlık Dağıtım Tekniği

11.6.1 Ağırlık Dağılımının Temelleri

11.6.2 Boyuna Denge Gereklilikleri

11.6.3 Boylamsal Kontrol Edilebilirlik Gereklilikleri

11.6.4 Boyuna operasyonel Kalite Gereklilikleri

11.7 Uçak Kütle Atalet Momenti

11.8 Bölüm Örneği

Kaynaklar

12 Kontrol Yüzeylerinin Tasarımı

12.1 Giriş

12.2 Kontrol Yüzeylerinin Yapılandırma Seçimi

12.3 Kullanım Nitelikleri

12.3.1 Tanımlar

12.3.2 Boyuna Kontrol Nitelikleri

12.3.3 Yanal ve Doğrusal Durumları Ele Alma Durumu

12.4 Ayleron Tasarımı

12.4.1 Giriş

12.4.2 Ayleron Tasarımının İlkeleri

12.4.3 Ayleron Tasarım Kısıtlamaları

12.4.4 Ayleron Tasarımında Adımlar

12.5 Yükseliş Tasarımı

12.5.1 Giriş

12.5.2 Yükseliş Tasarımının İlkeleri

12.5.3 Kalkış Rotasyon Gerekliliği

12.5.4 Boyuna Trim Gereksinimi

12.5.5 Yükseliş Tasarım Prosedürü

12.6 Dümen Tasarımı

12.6.1 Dümen Tasarımına Giriş

12.6.2 Dümen Tasarımının Temelleri

12.6.3 Dümen Tasarım Adımları

12.7 Aerodinamik Denge ve Kütle Dengesi

12.7.1 Aerodinamik Denge

12.7.2 Kütle Dengesi

12.8 Bölüm Örnekleri

12.8.1 Ayleron Tasarım Örneği

12.8.2 Yükseliş Tasarım Örneği

12.8.3 Dümen Tasarım Örneği

Kaynaklar

Ekler

Ek A: Standart Atmosfer, SI Birimleri

Ek B: Standart Atmosfer, İngiliz Birimleri