Dört dinamik rotorlu insansız hava aracının tasarımı, prototip üretimi, matematiksel modellenmesi ve hareket simülasyonu
Design, prototype production, mathematical modeling and motion simulation of a quad tilt rotor unmanned aerial vehicle
Yazar: ÖMER BAYRAKTAR
Danışman: PROF. DR. ABDULMECİT GÜLDAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Doğrusal olmayan dinamik = Nonlinear dynamics ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Son yıllarda insansız hava araçlarına (İHA) olan ihtiyacın artmasıyla birlikte İHA teknolojisi giderek gelişmektedir. Özellikle savunma, keşif yapma gibi önemli görevleri üstlenen İHA'lar günümüzde sivil kullanıcılara da hitap etmektedir. Dikey iniş kalkış yapabilen (VTOL) İHA'lar arasında olan dört rotorlu insansız hava araçları son zamanlarda önemli teknolojik gelişimler göstermiştir. Bunun en önemli sebepleri uçuş dinamiği açısından önemli olan sensörlerin ve matematiksel algoritmaların geliştirilmesidir. Bu tez çalışmasında, dört rotorlu İHA üzerinde sabit olarak duran rotorlar yerine, rotorların açı alabilmesini sağlayacak mekanizma ile dört rotorlu İHA'nın daha yüksek manevra kabiliyetine sahip olduğu İHA modeli geliştirilmiştir. Bu İHA modelinin, aerodinamik kuvvet ve momentlerini içeren matematiksel modeli oluşturularak dinamik hesaplamalar yapılmıştır. Performans kriterlerinin belirlenmesi için Matlab/Simulink modeli oluşturularak simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Daha sonra dört rotorlu İHA'nın tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Yeni geliştirilmiş olan bu dinamik dört rotorlu İHA sabit dört rotorlu İHA'ya kıyasla, önemli uçuş karakteristiklerinden olan yunuslama (Pitch), sapma (Yaw), ve yuvarlanma (Roll) hareketlerinde daha üstün performans sergilemiştir. Ayrıca toplam 100m'lik mesafeye sahip kare yörüngede dinamik dört rotorlu İHA 10,6 s ile yörüngeyi en kısa sürede tamamlamış, sabit dört rotorlu İHA ise yörüngeyi 17,15 s'de tamamlamıştır.

Abstract:
In recent years, with the increasing need for unmanned aerial vehicles (UAVs), the UAVs technology is gradually developing. UAVs, which undertake noteworthy tasks such as military and reconnaissance, also appeal to civilian users today. Four-rotor unmanned aerial vehicles (Quadrotor), which are among the vertical landing and take-off (VTOL) UAVs, have recently shown significant technological developments. The most important reasons for this development are the improvement of sensors and mathematical algorithms that are significant for flight dynamics. In this study, the UAV model was developed in order to have higher maneuverability with a mechanism that allows angular displacement of the rotors, instead of the rotors fixed on the quadrotor. A mathematical model including aerodynamic
forces and moments was developed and dynamic calculations were performed for the UAV model. For the purpose of determine the performance criteria, Matlab / Simulink model was created and simulations were carried out. In addition, the dynamic four-rotor UAV was designed and manufactured. This quadrotor which has dynamic rotors has shown superior performance in pitch, yaw, and roll movements, which are important flight characteristics,
compared to the fixed rotor quadrotor. Additionally, the quadrotor which has dynamic rotors completed the square trajectory with a total distance of 100m, in 10.6 s and the standard quadrotor completed the trajectory in 17.15 s.