Structural Analysis of Composite Aircraft Wing Ribs Designed with Elliptical Cavities

Abstract

Geleneksel malzemelerle üretilen kanat kaburgalarına kıyasla farklı fiber açılarıyla tasarlanan kompozit kanat kaburgalarının havacılık endüstrisine katkıda bulunulacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada, insansız hava aracı olan MQ-1B Predator’ün kanat kök kaburgaları için farklı oryantasyon açılarına sahip Karbon-Epoksi, Aramid-Epoksi ve Kevlar-Epoksi kompozit malzemeleri kullanılmıştır. Kaburga yapıları üç boyutlu tasarımları için Solidworks programı kullanılmış, ağırlığının azaltılması için üzerinde farklı boyutlarda eliptik boşaltmalar yapılmıştır. Uçak kanat kaburgalarının modellemesi ve yapısal analizleri için ANSYS Workbench sonlu elemanlar programı kullanılmıştır. İncelenen kompozit kaburga yapılarının tabaka kalınlıkları 0,25 mm olup, altı tabakalı kompozit plakadan oluşturulmuştur. Modellerde fiber oryantasyon açıları ise sırasıyla 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° ve 90° olacak şekilde kullanılmıştır. Aerodinamik yük altında modellenen kanat kök kaburgaların yapısal analizlerinde kanat kök kaburgalarında meydana gelen eş değer (von Mises) gerilme ve toplam deformasyon değerleri incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda, farklı kompozit malzeme ve oryantasyon açılarına sahip kaburga yapıları uygulanan yükün altında farklı davranışlar sergilediği tespit edilmiştir. Kaburgalar üzerindeki en düşük deformasyon 0° fiber açılı Karbon-Epoksi malzemeli kaburgada modelinde 0,0084515 mm ve en düşük gerilme ise 90° fiber açılı Kevlar-Epoksi malzemeli kaburga modellerinde 0,59402 MPa olarak meydana geldiği tespit edilmiştir.