CST Studio Suite ile Yıldırım Bölgeleri

0
1033

Son güncelleme: 04.04.2023

Yıldırımın yoğunluğu ve oluşum sıklığı uçak yüzeyinde çarptığı yere bağlıdır. Dolayısıyla, tasarımcılar ilk çarpma ve ikinci çarpma arasındaki yoğunluk, olası yerler, süpürülmüş çarpma etkilerinin farkında olmalıdırlar Voltaj değişimi üzerinde yapılan araştırmalar sayesinde hava araçlarının hangi bölgelerinin hangi yıldırım çarpmalarına maruz kalabileceği tahmin edilebilmektedir.

Tipik Bir Yolcu Uçağı Üzerinde Yıldırım Etkisi
Tipik Bir Yolcu Uçağı Üzerinde Yıldırım Etkisi

Yüksek çarpılma ihtimali olan burun, dikey dengeleyici gibi uçak uç bölgeleri Bölge 1 olarak ifade edilir ve bu bölgelerde şiddeti en fazla olan A yıldırım dalgası dikkate alınır. Daha az riskli bölgeler, Bölge 2 olarak sınıflandırılır ve şiddeti daha az olan D yıldırım dalgaları bu bölgelerin değerlendirilmesi için tercih edilir. Bölge 1 ve Bölge 2 gibi yıldırım çarpmasının olası olduğu bölgeler arasında kalan kısımlar Bölge 3 olarak sınıflandırılır ve çarpma yaşanmasa da yıldırım kaynaklı yüksek akımların taşınma olasılığı bölgelerdir.

Uçak Üzerinde Yıldırım Bölgeleri
Uçak Üzerinde Yıldırım Bölgeleri
Yıldırım Bölgesi Tanım
1A İlk geri dönüş çarpması bölgesi
1B Uzun tutunmalı ilk geri dönüş çarpması bölgesi
1C İlk geri dönüş çarpması için geçiş bölgesi
2A Süpürülmüş çarpma bölgesi
2B Uzun flaş tutunmalı süpürülmüş çarpma bölgesi
3 1A, 1B, 1C, 2A veya 2B bölgesine dahil olmayan ve yıldırım kanalı ile buluşması olası olmayan bölgeler

 

CST Studio Suite iş akışlarına yönelik uygun çözücüler önermektedir. EMC/EMI uygulama alanı içerisinde conducted susceptibility>lightining attachment iş akışlarını seçerek elektrostatik çözücü ile tipik bir yolcu uçağı üzerinde yıldırım bölgelerinin tespitini gerçekleştirebilirsiniz.Proje oluşturma işlemleri için bu yazımızı okuyabilirsiniz.

Elektrostatik Çözücü
Elektrostatik Çözücü

Elektrostatik Çözücü

  • Statik elektrik alanları gözlemlemek için kullanılır. Elektrik Alanları ve Elektriksel Akı yoğunluğunu ölçerek gezinti ağacı içerisine otomatik bir şekilde sonuçları aktarır.
  • Statik koşullar altında, Maxwell denklemlerinde görünen niceliklerin hiçbirisi zamanın fonksiyonu değildir.

\[\boldsymbol{\nabla} \cdot \boldsymbol{D}=\boldsymbol{\rho}_{\boldsymbol{v}} \]Gauss yasasının diferansiyel formu

\[\boldsymbol{\nabla} \times \boldsymbol{E}=\mathbf{0}\]

Elektrostatik Yakınsama

  • Uçak üzerine elektriksel yük yoğunluğu ya da potansiyel uygulanarak yıldırım düşme ihtimali yüksek noktalar gözlenebilir.
  • Elektrik alan dağılımı hesaplanır ve en yüksek elektrik alan değerine sahip konumlar yüksek olasılıklı yıldırım bağlantı noktalarıdır.

Analiz Adımları

CST Studio Suite hem 2 boyutlu hem 3 boyutlu geometrik veriler için güçlü içe aktarma seçenekleri sunar. Modelinizi Cst programına aktarmak için bu yazıyı okuyabilirsiniz.

CST Studio Sınır Koşulları
CST Studio Sınır Koşulları

Simülasyon sekmesi içerisinde sınır koşulları  Boundaries  open (add space if) olarak belirtilmiştir. Apply in all directions seçeneği ile tüm yönlerde sınır koşulları otomatik bir şekilde aktarılabilir.

CST Uçak Domain
CST Uçak Domain
CST Electric Charge Komutu
Electric Charge Komutu

Simülasyon sekmesi içerisinde Electric Charge on Pec bloğuyla mükemmel iletken tanımlı uçağa yük ataması gerçekleştirebilirsiniz.

CST Charge Tanımlama İşlemi
Charge Tanımlama İşlemi

1 coulomb yük ataması uçak modeline aktarılmıştır.

CST Mesh View Komutu
Mesh View Komutu

Simülasyon sekmesinde Mesh view bloğu ile mesh ayarlamalarını gerçekleştirebilirsiniz.

CST Güncelleme Komutu
Güncelleme Komutu

Update butonuyla mesh yapınızı oluşturabilirsiniz. Bu analiz için default ayarlar kullanılmıştır.

CST Studio Uçak Mesh Model
Uçak Mesh Model

Mesh atamaları otomatik bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Tetrahedrons cinsinden 379,737 hücre oluşturulmuştur.

CST Setup Solver Komutu
Setup Solver Komutu

Simülasyon sekmesi içerisinde Elektrostatic çözücü ile ilgili ayarları gerçekleştirebilirsiniz.

Elektro-Statik Çözücü Parametreleri
Elektro-Statik Çözücü Parametreleri

Specials Settings seçeneği içerisinde gerekli tanımlamalar verilmiştir. Ayrıntılı bilgi için Help butonuna basarak ilgili dökümanları inceleyebilirsiniz. Gerekli ayarların atamalarını gerçekleştirdikten sonra Ok butonuna tıklayarak çıkış yapabilir ve Start butonuna basarak analizini çalıştırabilirsiniz.

CST Studio Özel Seçenekler
CST Studio Özel Seçenekler

Gezinti ağacı içerisinde CST programının uygulama alanlarına yönelik tanımlamarı sayesinde monitor ayarlamaları gerçekleştirmeden Elektirik alan dağılımını, elektriksel akı yoğunluğu, elektriksel enerji yoğunluğunu, potansiyelleri gözlemleyebiliyoruz. Elektrik alan dağılımını seçerek uçak üzerinde yüksek elektrik alan noktalarını tespit ederek yıldırım düşme ihtimali yüksek bölgeleri tespit edebilirsiniz.

CST E-Field Sonuçları
E-Field Sonuçları
Boeing 737 üzerinde yıldırım bölgeleri
Boeing 737 üzerinde yıldırım bölgeleri

CST programında tipik bir yolcu uçağı üzerinde mükemmel iletken tanımlı ve 1 coulomb yük tanımlaması altında yıldırım bölgelerinin tespitini gerçekleştirdik.

CST Studio Suite ile ilgili olarak detaylı bilgi için web sitemizi ziyaret edebilirsiniz.

Kaynakça

1)Kiçeci, E. C. & Salamcı, E. (2020). Uçak – Yıldırım Etkileşimi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (Özel Sayı), 177-187.

2)https://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/2012_q4/4/

Elektromanyetik Analizler Teknik Destek Mühendisi SIMULIA - CST Technical Support Certification

YANIT VER

Mesajınızı yazın
Adınızı buraya girin