DESIGN OF A NEW AMMUNITION RELEASE SYSTEM WITH A SYSTEM ORIENTED DESIGN APPROACH

Abstract

Suspension equipment that enables the attachment, transportation, and release of ammunition on aircraft is called ammunition release system. Since this system is in the fuselage and wing parts of aircraft, it must have minimum weight. Since ammunition release systems are critical equipment in aircraft, they must withstand aerodynamic loads. In addition, the system must be compatible with the diameter and weight of the ammunition. In this study, a new design methodology is presented using system-oriented design approaches. This new model developed consists of the design methodology of Pahl and Beitz, Dieter and Schmidt, Hurst, MVP, QFD, TRIZ, biomimetic and CAE (Computer Aided Engineering) optimization approaches. With the design methodology developed as a result of the study, a new domestic ammunition release system, which has a preferable interface for unmanned aerial vehicles and is different from existing systems, has been created. By using a biomimetic design lens, a holder mechanism that is more stable against aerodynamic loads and suitable for the ammunition interface compared to existing systems has been provided. Ease of assembly and low mechanism volume are achieved by using the TRIZ method. The system was designed in accordance with the design criteria using the MVP method, and in optimum form and minimum weight using CAE optimizations.

Keywords

• Design Methodology
• Conceptual Design
• QFD
• TRIZ
• CAE
• Biomimetics

SİSTEM ODAKLI TASARIM YAKLAŞIMI İLE YENİ BİR MÜHİMMAT BIRAKMA SİSTEMİ TASARIMI

Abstract

Hava araçlarındaki mühimmatın bağlanmasını, taşınmasını ve bırakılmasını sağlayan askı ekipmanlarına, mühimmat bırakma sistemi adı verilmektedir. Bu sistem hava araçlarının gövde ve kanat kısımlarında bulunduğundan dolayı minimum ağırlıkta olmalıdır. Mühimmat bırakma sistemleri, hava araçlarında kritik bir ekipman olması nedeniyle aerodinamik yüklere dayanması gerekmektedir. Ayrıca sistem, mühimmatın çapına ve ağırlığına uyumlu olmalıdır. Bu çalışmada, sistem odaklı tasarım yaklaşımları kullanılarak yeni bir tasarım metodolojisi sunulmuştur. Geliştirilen bu yeni model, Pahl ve Beitz, Dieter ve Schmidt, Hurst’un tasarım metodolojisi, MVP, QFD, TRIZ, biyomimetik ve CAE (Bilgisayar Destekli Mühendislik) optimizasyon yaklaşımlarından oluşmaktadır. Çalışma sonucunda geliştirilen tasarım metodolojisi ile insansız hava araçları için tercih edilebilecek arayüzde ve mevcut sistemlerden farklı yeni bir yerli mühimmat bırakma sistemi oluşturulmuştur. Biyomimetik tasarım lensi kullanılarak mevcut sistemlere kıyasla aerodinamik yüklere karşı daha kararlı ve mühimmat arayüzüne uygun tutucu mekanizması sağlanmıştır. TRIZ metodu kullanılarak montaj kolaylığı, düşük mekanizma hacmi elde edilmiştir. MVP metodu kullanılarak tasarım kriterlerine uygun, CAE optimizasyonları kullanılarak ise optimum formda ve minimum ağırlıkta sistem tasarlanmıştır.

Keywords

• Tasarım Metodolojisi
• Kavramsal Tasarım
• QFD
• TRIZ
• CAE
• Biyomimetik

References

1. [1] Silahlı İnsansız Hava Araçlarının Uluslararası Alanda ve İç Güvenlikte Sevk ve İdaresine İlişkin Hukuki Saptamalar. Savunma Bilimleri Dergisi, 18.36(43-66), (2019).
2. [2] Kocataş, A. H., Gürkan, D., ve Korkut, I. Silahlı Insansız Hava Araçları için Namlu Mekanizması Analizi. Politeknik Dergisi, 27.1(211-219), (2023).
3. [3] Dokuyucu, Ö. Hafif Mühimmatlar için Mikro Salan Geliştirilmesi ve Test Edilmesi. VII. Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı, 91, (2018).
4. [4] Rickards, B. and C.J. Casey Brown. (2012). Miniature Bomb Rack Unit, License Thesis, FAMU-FSU College of Engineering, Florida.
5. [5] Rajkumar, K., Tangermann, E., Klein, M., Ketterl, S., and Winkler, A. Time-Efficient Simulations of Fighter Aircraft Weapon Bay. CEAS Aeronautical Journal, 14.1(91-102), (2023).
6. [6] Zhou, W., Research on the Influence of Flight Attitude on Unilateral Missile Separation from Embedded Bay. 33rd Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 78, (2022).
7. [7] Bal, M.K. (2020). Designing Universal Yoke Structure of Suspension and Release System with Topology Optimization for Fighter Aircrafts, Master's Thesis, Graduate School of Science and Engineering of Hacettepe University, Ankara.
8. [8] Baker, W., S. Keen, and C. Morgret. Validation of Weapon Separation Predictions Using F/A-22 Flight Test Results. USAF Developmental Test and Evaluation Summit, 6803, (2004).

9. [9] Kummer, G., Besson, M., Gunnett, A., Javorsek, D., and Keithley, C. F-22 Raptor GBU-39 Separation Test Results. AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, 6668, (2011).
10. [10] Shilo, M. (1994). Six Degree of Freedom Flight Dynamic Model Of A Mk-82 Store. Australia :Aeronautical Research Labs Melbourne, 46.
11. [11] Hetreed, C., Carroll, M., Collard, J., and Snyder, R. F-35 Weapons Separation Test and Verification. Aviation Technology, Integration, and Operations Conference, 3680, (2018).
12. [12] Birkhofer, H. (2011). The Future of Design Methodology. London: Springer, 35-46.
13. [13] French, M. J., Gravdahl, J. T., and French, M. J. (1985). Conceptual Design for Engineers. (Second Edition). London: Design Council.
14. [14] Börklü, H. Makina Mühendisliğinde Tasarım ve Tasarım İşlem Modelleri. Makina Tasarım ve İmalat Dergisi, 3.1(35-41), (1995).
15. [15] Yaldız, N. (2019). Kavramsal Tasarım Yaklaşımlarının İncelenerek Yeni Bir Yaklaşım Geliştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli.
16. [16] Mayda, M., ve Börklü, H. Yeni Bir Kavramsal Tasarım İşlem Modeli. TÜBAV Bilim Dergisi, 1.1(13-25), (2008).
17. [17] Bozdemir, M., ve Mendi, F. Yapay Zeka Destekli Sistematik Ürün Tasariminda Şartname ve Karar İlişkileri. Gazi Üniversitesi Endüstriyel Sanatlar Eğitim Fakültesi Dergisi, 17(18-32), (2005).
18. [18] Parlar, Z., Soybora, E. K., Burhan, M. S. ve Davaslıgil, S. Sistematik Konstrüksiyon ve Tasarım Odaklı Düşünme Yaklaşımı ile Yaratıcı Kavramsal Tasarım Süreci: Küçük Ev Aleti Tasarımı. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21.5(1100-1109), (2017).
19. [19] Börklü, H.R. ve Erdemir, F. Yeni Bir Çim Biçme Makinesinin Kavramsal Tasarımı. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7.2(15-26), (2019).
20. [20] Avinç, G.M. ve Vural, S. Bir Model Önerisi: Hesaplamalı Tasarım Bağlamında Değişen Tasarım Süreci. Online Journal Of Art And Design, 8.1(77-96), (2020).
21. [21] Delibaş, H. (2012). Systematic Design of Carton Separating Machine, Master's Thesis, Çukurova University Institute of Natural and Applied Sciences, Adana.
22. [22] Yüksel, N., Börklü, H.R. ve Erden, O. Değer Mühendisliği Uygulaması: Köfte Yapma Makinası Tasarımı. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6.2(95-104), (2020).
23. [23] Özdoğan, M. (2016). Biyosüreç: Doğadan İlham Alan Tasarım Süreçleri için Sistematik Bir Yöntem Önerisi ve Uygulaması. Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
24. [24] Mayda, M. and Börklü, H.R. An Integration of Triz and the Systematic Approach of Pahl and Beitz for Innovative Conceptual Design Process. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 36(859-870), (2014).
25. [25] Keskinkılıç, F. (2019). Mühendislik Tasarım Sürecinde Buılanık Mantık ve Bulanık Yapay Sinir Ağı Kullanımı. Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
26. [26] Zhang, Z. and Chu, X. A New Approach for Conceptual Design of Product and Maintenance. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 23.7(603-618), (2010).
27. [27] Ulaş, E.C., Başak, H. ve Akkurt, A. Araç Koltuğu Sırt Desteğinin Biyomimetik Tabanlı Tasarımı ve Analizi. Politeknik Dergisi, 26.2(775-785), (2022).
28. [28] Swarnakari, S. and Raja, G. Design and Structural Analysis of Fighter Aircraft’s Bomb Release Mechanism Subjected to Aerodynamic and Inertial Loads using FEA. International Journal of Engineering & Technology, 9.92(10), (2020)
29. [29] Korkmaz, F.F., Subran, M., Hatipoğlu, A., Kaya, M.O., ve Fidanboylu, K. TRIZ Yaklaşımı Kullanılarak Hava Araçlarındaki Mühimmat Bırakma Sistemlerinde Yenilikçi Çözüm Üretilmesi. SETSCI-Conference Proceedings, 42-46, (2019).
30. [30] Billingsley, E., Ghommem, M., Vasconcellos, R., and Abdelkefi, A. On the Aerodynamic Analysis and Conceptual Design of Bioinspired Multi-Flapping-Wing Drones. Drones, 5.3(64). (2021).
31. [31] Başak, H. ve Demirhan, H. Kambur Balina’nın Yüzgeçlerinden Esinlenerek Oluşturulan Kanat Profil Veriminin CFD Analizi ile Incelemesi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3.2(15-20), (2017).
32. [32] Özbek, E. (2020). Elektromekanik Doğa Benzetimli Gözlem Mini İha Tasarımı: Yapısal ve Aerodinamik Analizleri. Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.