İnsansız hava araçlarında tasarım parametrelerinin uçuş güvenliğine etkileri
The effects of design parameters on flight safety in unmanned aerial vehicles
Yazar: LEYLA BÜYÜKESEN
Danışman: PROF. DR. MEHMET KARALI
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Hava taksi = Air taxi ; Tasarım parametreleri = Design parameters ; Uçuş güvenliği = Flight security ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
İnsansız hava araçları içinde insan bulundurmayan, uzaktan kontrol edilebilen veya otonom olarak hareket eden hava araçlarıdır. İnsanlı hava araçlarına göre arıza, kırım veya kaza esnasında insan hayatının riske girmemesi en büyük avantajlarıdır. Motor teknolojilerinin gelişmesiyle daha büyük taşıma kapasitesine ulaşan insansız hava araçları askeri ve lojistik sektörün yanı sıra ulaşım sektöründe de kullanılmaya başlamıştır. Dolayısıyla olası bir arıza veya olumsuz hava şartları nedeniyle oluşabilecek bir kaza sonucunun insan hayatını riske atacağı düşünülmektedir. Bu kazalar havadaki kuş sürüsü, ani yön değiştiren rüzgarlar veya motorlardan en az birinin arıza yapmasından kaynaklanabilir. Motorlar çalışır vaziyette olduğu müddetçe güçlü bir kontrol algoritması ve etkin bir aerodinamik tasarımla kaza riski minimize edilebilir. Ancak motorlardan en az birinin arıza yapması durumunda diğer motorların dengeleyici olarak ilave güç üretmesi gerekecektir. Bu durumda dengeleyici ilave gücün, aracın güvenle inişini sağlayabilmesi için motor sayısı, motorların ağırlık merkezine göre dizilimi ve kalkış ağırlığı gibi bir takım tasarım parametreleri önem arz etmektedir. Bu çalışmada hava taksi olarak tasarlanmış farklı hava araçlarının olası bir motor arızası durumunda tasarım parametrelerinin güvenli bir iniş üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla mevcut hava taksilerin tasarım parametreleri incelenmiş, kaldırma kuvvetleri ve dönme momentlerine ait teorik analizler yapılmıştır. Bu analizlerin hızlıca gerçekleştirilebilmesi için bir hava aracına ait temel tasarım ve uçuş denklemlerini içeren bir arayüz yazılımı gerçekleştirilmiştir. Elde edilen uçuş ve kaza senaryoları, aracın tasarım parametreleri, kalkış ağırlıkları ve ihtiyaç duyacağı dengeleme kuvvetleri arasındaki ilişki birtakım grafiklerle görselleştirilmiş ve yorumlanmaya çalışılmıştır.

Abstract:
Unmanned aerial vehicles are air vehicles that do not carry people, can be remotely controlled or move autonomously. Compared to manned aircraft, human life is not put at risk during faults, incidents or accidents. With the development of engine technologies, unmanned aerial vehicles, which have reached a greater carrying capacity, have started to be used in the transportation sector as well as the military and logistics sector. Therefore, it is thought that the result of an accident that may occur due to a possible faults or unfavorable weather conditions will put human life at risk. These accidents can be caused by a flock of birds in the air, sudden reversal winds, or at least one engine failure. As long as the engines are running, the risk of accident can be minimized with a powerful control algorithm and an efficient aerodynamic design. However, if at least one of the motors fails, the other motors will have to generate additional power as a stabilizer. In this case, a number of design parameters such as the number of engines, the arrangement of the engines according to the center of gravity and the take-off weight are important for the stabilizing additional power to ensure the safe landing of the vehicle. In this study, the effects of design parameters on a safe landing in the event of a possible engine failure of different aircraft designed as air taxis were investigated. For this purpose, the design parameters of the existing air taxis were examined, and theoretical analyzes of the lifting forces and rotation moments were made. An interface software containing the basic design and flight equations of an aircraft has been developed in order to perform these analyzes quickly. The relationship between the flight and accident scenarios, design parameters of the vehicle, take-off weights and the required balancing forces are visualized and interpreted with some graphics.