Seyir halindeki yakıt hücreli hibrit bir insansız hava aracının matematiksel modellemesi ve yer testleri
Mathematical modeling and ground tests of a fuel cell hybrid unmanned aerial vehicle in cruise phase
Yazar: MUSTAFA AZER
Danışman: PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ ; PROF. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation
Dizin: Hibrit sistemler = Hybrid systems ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Batarya ve elektrikli motor teknolojilerindeki son gelişmelerle birlikte İnsansız Hava Araçları'nın (İHA) kullanım alanları önemli ölçüde genişlemiş ve İHA'lar sivil hayatın bir parçası haline gelmiştir. İlk etapta askeri amaçlarla ve yanmalı motorlarla uzun menzillere sahip olarak kullanılan İHA'lar, fosil yakıtların çevreye verdiği zarar nedeniyle zamanla elektrikli motorlar üzerine yoğunlaşmıştır. Elektrikli motorlar, düşük emisyon avantajlarının yanı sıra basit kullanım özellikleri ve düşük işletme maliyetleri ile sivil İHA sektöründe yaygın olarak tercih edilmektedir. Ancak elektrikli motorların enerji ihtiyacını karşılayan bataryaların düşük enerji yoğunlukları, elektrikli İHA'ların uçuş sürelerini içten yanmalı motorlara kıyasla daha kısa tutmaktadır. Uçuş sürelerini ve menzilleri artırmak amacıyla bilim insanları çeşitli hibrit sistemler üzerinde çalışmalar sürdürmekte ve umut vadeden bazı sonuçlar elde edilmektedir. Bu tez çalışmasında, bu başarılı sonuçlardan esinlenerek elektrikli İHA'lar için uçuş süresini artırabilecek bir hibrit itki sistemi mimarisi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Literatürdeki çalışmalar detaylı bir şekilde incelenmiş ve karmaşık sistem mimarileri içerdiği gözlemlenmiştir. Bu bağlamda, basit ve ulaşılabilir bir mimari oluşturma hedefiyle tez çalışması yürütülmüştür. Oluşturulan mimariye uygun bileşenler seçilmiş ve hibrit sistemin statik güç testleri yapılarak sistemin çalışma performansı gözlemlenmiştir. Ayrıca yakıt hücreli bir İHA için oluşturulan seyir uçuşu profilinin güç profili ile statik güç testleri yapılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir.

Abstract:
With the recent developments in battery and electric motor technologies, the areas of use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have expanded significantly and UAVs have become a part of civilian life. Initially used for military purposes and with long ranges with combustion engines, UAVs have focused on electric motors over time due to the environmental damage caused by fossil fuels. Electric motors are widely preferred in the civilian UAV sector due to their low emission advantages, simple operation features and low operating costs. However, the low energy density of the batteries that meet the energy needs of electric motors keeps the range of electric UAVs shorter compared to internal combustion engines. In order to increase flight times and ranges, scientists have been working on various hybrid systems and some promising results have been obtained. Inspired by these successful results, this thesis aims to develop a hybrid propulsion system architecture that can increase the range of electric UAVs. The studies in the literature have been examined in detail and it has been observed that they contain complex system architectures. In this context, this thesis aims to create a simple and accessible architecture. Components suitable for the architecture were selected and the hybrid system's operating performance was observed by performing static power tests. In addition, static power tests were performed with the power profile of the flight profile created for a fuel cell UAV and the results were evaluated.