İnsansız hava araçları için kompozit bazlı yakıt tankı tasarımı
Composite based fuel tank design for unmanned aerial vehicles
Yazar: FURKAN SAMED ÜNAL
Danışman: DOÇ. DR. TUNÇ APATAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fen Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, insansız hava araçlarının daha uzun süreler boyunca havada kalıp görev icra edebilmeleri için uçaklara harici olarak entegre edilebilecek bir harici yakıt tankı tasarlanıp yapının testler ile doğrulanması sağlanmıştır. Öncelikle, yapısal tasarım aşamasının ilk basamağı olan malzeme seçimi yapılmıştır. Havacılık alanında kullanılan yapılarda mukavemet/ağırlık oranı yüksek olması isteri sebebiyle kompozit bazlı bir harici yakıt tankı tasarlanmıştır. Yapı tek yönlü ve düz doku karbon fiber kombinasyonu ile 3D modelleme programı kullanılarak modellenmiş ve sonlu elemanlar modeline başlangıç oluşturacak olan ilk tasarım oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar metodu yazılımı kullanılarak oluşturulan bu ilk tasarımın analiz modeli oluşturulmuş, havacılık standartları baz alınarak yapının havada maruz kalacağı yükleme koşullarına göre analizler yapılmıştır. Yapılan analiz sonuçlarının değerlendirilmesi yapılarak yapısal tasarımın nihai hali belirlenmiştir. Teorik tasarım sürecinin sonunda kompozit malzemelerin üretim metotları detayları ile incelenmiş, harici yakıt tankı üretimi el yatırma yöntemi kullanılarak üretimi yapılmıştır. Üretimi tamamlanan harici yakıt tankının üzerine gerinim ölçerler (sonlu elemanlar modelinde belirlenen lokasyonlara) ve yük hücreleri yerleştirilerek yapısal testler yapılmıştır. Yapısal test sonuçları ve sonlu elemanlar analiz sonuçları karşılaştırılarak harici yakıt tankının doğrulanması yapılmıştır.

Abstract:
In this study, a design for an external fuel tank that can be integrated into aircraft to enable unmanned aerial vehicles to stay airborne and perform missions for extended periods has been developed and validated through structural tests. Initially, the first step of the structural design phase involved the selection of materials. Given the requirement for a high strength-to-weight ratio in structures used in aviation, a composite-based external fuel tank was designed. The structure was modelled using one-way and flat weave carbon fiber combinations through a 3D modelling program, and the initial design, serving as the starting point for the finite element model, was created. The finite element method software was employed to establish the analysis model of this initial design, and analyses were conducted based on aviation standards, considering the loading conditions the structure would encounter in-flight. The evaluation of the analysis results led to the determination of the final version of the structural design. At the conclusion of the theoretical design process, the production methods of composite materials were examined in detail, and the external fuel tank was manufactured using the hand lay-up method. Upon completion of the manufacturing process, structural tests were conducted by placing strain gauges (at locations determined in the finite element model) and load cells on the external fuel tank. The structural test results were then compared with the finite element analysis results to validate the external fuel tank.