Dikine kalkış ve iniş yapabilen yüksek seyir hızına sahip insansız hava aracı tasarımı ve üretimi
Design and manufacturing of a high cruise speed unmanned aerial vehicle that can take off and land vertically
Yazar: SEZGİN YOLCU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT AKDAĞ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
İnsansız hava araçları içerisinde bir pilota ihtiyaç duymadan uçabilirken çok daha düşük maliyetlere otonom uçuş görevlerini başarabilmektedir. Başta askeri kullanım alanları olmak üzere, fotoğrafçılık, tarımsal ilaçlama, kargo taşımacılığı, maden gözlem çalışmaları gibi pek çok sivil alanda da insansız hava araçları her geçen gün daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bir pist veya yeterince açık bir alan bulunmayan zorlu bölgelerde rahatça dikine kalkış ve iniş yapabilen drone'lar ise her bölgeye kalkışı ve inişi kolaylaştırmaktadır. Hem sabit kanatlı bir insansız hava aracı gibi uçabilen hemde dikine kalkış ve iniş yapabilen drone'ların birleşimi olan insansız hava araçları zorlu görevlerin üstesinden kolaylıkla gelebilmektedir.
Bu tez çalışmasında yarım kilogram ağırlığında bir faydalı yük ile uçuş görevlerini yerine getirecek olan, dikine kalkış ve iniş yapabilen sabit kanatlı yani yüksek seyir hızına sahip bir insansız hava aracının tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Çalışma sırasında literatür ve piyasadaki rakip benzer araçlar incelenerek bir ön çalışma yapılmıştır. Hava aracının tasarım ve performans parametreleri konsept tasarım ile elde edilmiştir. Detay tasarımda ise hava aracının itki, aviyonik ve elektronik sistemleri seçilmiştir. Daha sonra sonlu elemanlar metodu kullanılarak kanatların yapısal statik analizi ve doğal frekans analizi tamamlanmıştır. Sonlu elemanlar metodunu kullanan hesaplamalı akışkanlar dinamiği yardımıyla aerodinamik katsayıları bulunmuştur. Detay tasarım sırasında elde edilen sonuçlara göre hava aracının konsept tasarımında optimizasyona gidilerek tasarım son halini almıştır. Üretim aşaması tamamlandıktan sonra hava aracının kalibrasyon ve yer testleri tamamlanarak çalışma bitirilmiştir.

Abstract:
Unmanned aerial vehicles can achieve autonomous flight missions at much lower costs compared to the aircrafts fly by a pilot. Unmanned aerial vehicles are being used more and more in many civilian areas such as photography, agricultural spraying, cargo transportation, mine observation studies, and especially in military areas. Drones, which can take off and land vertically in areas where there is no runway or enough space, make to take-off and landing easier in any region. Unmanned aerial vehicles, which are a combination of drones that can fly like a fixed wing unmanned aerial vehicle and can take-off and land vertically, can easily overcome challenging tasks.
In this thesis, the design and production of an unmanned aerial vehicle with fixed wing, capable of vertical take-off and landing, which performs flight duties with half kilogram payload, has been carried out. A preliminary study was conducted by examining the literature and similar unmanned aerial vehicles in the market. The design and performance parameters of the aircraft were obtained with the conceptual design. In the detail design, propulsion, avionics and electronic systems of the aircraft were chosen. Then, structural static analysis of the wings and the natural frequency analysis of the aircraft were performed. Aerodynamic coefficients were calculated using the finite element method of computational fluid dynamics. According to the results obtained during the detailed design, the aircraft design was optimized and took its final form. After the production phase was completed, the calibration and ground tests of the aircraft were finalized.