Silahlı insansız hava araçlarında (SİHA) geometrik kanat profilinin enerji tüketimine etkisi
Energy consumption effect of geometrical wing profile on unmanned combat aerial vehicle
Yazar: BURAK BERK BAŞKAYA
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ŞAHİN
Milli Savunma Üniversitesi / Alparslan Savunma Bilimleri Enstitüsü / Harp Silah ve Araçları Anabilim Dalı / Silah Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Enerji = Energy ; Enerji tüketimi = Energy consumption ; Kanat = Wing ; Kanat profili = Airfoil ; Silahlı insansız hava araçları = Armed unmanned aerial vehicles ; Yakıt pili = Fuel cell ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Uçak üreticileri, yolcu uçakları için emisyonsuz uçuşu giderek daha fazla
araştırmaktadır. Son teknoloji olan pil teknolojisi düşük enerji yoğunluğu sebebiyle
küçük boyutta sabit kanatlı bir uçakta bir saatlik uçuş süresi olarak kısıtlamaktadır.
Bu durumu aşabilmek adına bataryanın güç yoğunluğunu ve yakıt pilinin enerji
yoğuluğundan yararlanmak için iki ünitenin kombinasyonu için çalışıldı. Mevcut
kullanımda bulunan Lityum-ion pil hücreleri, yakıt hücresi sistemlerinden çok daha
yüksek olan maksimum güç yoğunluğuna ulaşabilmektedir.Diğer yandan ise yakıt
pilinin enerji depolama kapasitesi pil hücrelerinden çok daha büyüktür.Literatürde
yer alan uygulamaların çoğu sabit kanatlı gözlem ve mini uçaklar için olduğundan,
performans gereksinimleri, ağırlık ve hacim analizi için kamikaze İHA dizaynı
gerçekleştirilmiştir. Bu İHA dizaynı daha çok güç grubunu ilgilendirecek konular
üzerinden ön tasarım dizaynı gerçekleştirilmiştir. Bu dizayn aşamasındakullanılmak
üzere seçimi yapılacak olan kanat kesitlerden daha yüksek kaldırma kuvveti ve daha
düşük sürüklenme kuvveti elde etmek için kesitlerin karşılaştırılıp yorumlanması bu
çalışma içerisinde gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda PEM yakıt pillerinde yer alan
hücreler içerisinde bulunan bipolar plakalarda detaylı olarak incelenmiştir.
Konfigürasyonlardaki bipolar plakaları basınç üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir ve
olası basıç düşüşü ile ilgili iyileştirmeler değerlendirilmiştir. Bu iki değerlendirme
CFD metoduyla gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışma yoğunlukla, güç grubu aktarım mekanizmasının ön boyutlandırılmasına
ve bu araç için yakıt hücresi ve görev profili değişkenlerinin optimizasyonuna
odaklanmaktadır.Bunlar, esas olarak, pillerin yüksek taşıma kapasiteli, düşük
menzilli uygulamalarda üstün olduğunu gösterirken, yakıt hücresi-pil
kombinasyonunun düşük yük, daha uzun menzilli uygulamalarda açık avantajlar
göstermekte olduğu görülmüştür. Ek olarak en optimum kanat profili ve bipolar plate
seçimi gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Sözcükler: Yakıt Pili, Kamikaze İHA, Akış Plakası, Kanat Profili.
Bilim Kodu : 91432
Sayfa Sayısı : 126
Tez Danışmanı : Doç. Dr. Murat ŞAHİN

Abstract:
Airplane producers much more investigate non-emission flight for passenger plane.
Battery technology which is cutting edge technology have limited flight time for an
hour in small size fixed wing aircraft due to its low energy density. To solve this
situation, combination for two units have been studied to benefit from power density
of battery and energy density of fuel cell. Available used Lithium-ion battery cells
are more power than fuel cell systems. In addition, energy storage capacity of fuel
cells is higher than battery cells.Performance requirements have been realized for
Loitering Munition design as to weight and volume because most applications in
literature is for fixed wing observation and little-sized aircraft. Pre-design has been
realized especially affecting power group in design of Loitering Munition. In the
course of this design, the values of section have been compared and interpreted for
selected wing section to obtain more lifting force and less drag force. At the same
time, bipolar plates in PEM cells have been investigated in detail. The effects of
bipolar plates for pressure in configurations have been observed and improvings
about possible pressure decreasing have been evaluated. These two evaluations have
been obtained with CFD method.
This study mostly have focused on pre-design of power group transfer mechanism
and optimisation of mission profile varible and fuel cell for this vehicle. These have
fundemantally showed not only superior for low range applciaitons with high storage
capacity but also adventageous more long range applications with combination of
fuel cell and and battery capacity. Additionally, most optimum wing profile and
biolar plate selection have been obtained.
Keywords: Fuel Cell,Loitering Munition, Bipolar Plate, Airfoil.
Science Code : 91432
Pages : 126
Supervisor : Doç. Dr. Murat ŞAHİN