Yeni tip radyatörlü insansız hava araçlarında nanoakışkan kullanımının ısı transferi üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of heat transfer effect of nanofluid use in new type radiator unmanned aerial vehicles
Yazar: ABDULSAMED GÜNEŞ
Danışman: DOÇ. DR. GÜLŞAH ÇAKMAK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Türkiye'nin insansız hava platformlardaki etkinliği arttıkça, hava hakimiyetini güçlendirmek ve milli
güvenliği daha da sağlamlaştırmak önem arz etmektedir. Bu çerçevede, büyük çoğunluğu yerli olan insansız
hava platformlarının mevcut ve potansiyel arızalarını gidermek için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu
bağlamda, yaptığımız çalışmada insansız hava araçlarındaki (İHA) soğutma sorunlarına odaklanan deneysel
bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Çalışmamızda, geleneksel soğutma sıvıları yerine nano akışkanlar ve
bunlardan türetilen hibrit ve ternary hibrit nano akışkanlar kullanılarak insansız hava aracı radyatörlerinde
iyileştirmeler sağlanmıştır. Yeni tasarım radyatörler de standart radyatörlerle değiştirilerek sistemin ısı
transfer kapasitesi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, sistemin ısıl performansını
arttırmaktır. Bununla beraber dolaylı olarak hava araçlarında yakıt tasarrufu ve uçuş süresine olumlu katkılar
sağlanacaktır. Bu doğrultuda elde edilen sonuçlarla, bu alanda olumlu etkiler oluşturmak hedeflenmektedir.
Nano akışkanların kullanımıyla elde edilen soğutma performansındaki olumlu etkilerin yanı sıra, yeni
tasarlanan radyatörlerin kullanımıyla bu etkinin daha da arttığı çalışma sonuçlarıyla belirlenmiştir. Özellikle
Radyatör-4'ün kullanıldığı deneylerde en üst düzeyde performans elde edilmiştir. Radyatör-4 üzerinde
gerçekleştirilen deneylerde, ternary hibrit nano akışkanının kullanımıyla elde edilen sonuçlar, aynı radyatörde
saf su kullanılan deneylere göre %33.05 oranında bir artış göstermiştir. Bu sonuçlar, standart olarak
kullanılan Radyatör-1 üzerinde saf su kullanılan çalışmalara kıyasla %55.66 oranında bir artış sağlanmıştır.
Bu gelişmeler, özellikle stratejik öneme sahip insansız hava araçları için önemli bir iyileştirmeyi temsil
etmektedir. Bu tez çalışmasında insansız hava araçları soğutma sistemleri üzerine yapılan çalışmalar ile üç
temel çıkarım sunulmuştur.
Bu çalışmalardan birincisi günümüzde hali hazırda kullanılan radyatörün kanatçık yapılarında yapılan
değişiklikler sonucu sistemin genel anlamda soğutma performansının harici çalışmalar ile arttırılabildiği
belirtilmiştir. İkinci çalışma olarak içten yanmalı motor kullanılan tüm araçlar için kullanılan soğutucu
akışkanlarda nano partikül kullanılarak genel anlamda soğutma performansının arttırılabileceği tüm detayları
ile açıklanarak belirtilmiştir. Üçüncü çıkarım olarak soğutma sistemlerinde soğutma verimlerinin
arttırılmasının, soğutma ekipmanlarında ağırlığın azaltılmasına imkan sağlaması ile birlikte özelikle hava
araçları için çok önemli olan uçuş ağırlığı kriterine olumlu katkı sağlamaktadır. Bu katkı neticesinde azalan
ağırlığın yerine yakıt eklenerek uçuş süresinin arttırılması veya direkt olarak faydalı yükün arttırılması gibi
olumlu çıkarımları mevcuttur.
Anahtar Kelimeler: İnsansız hava aracı, Nano Akışkan, Radyatör, Soğutucu akışkan

Abstract:
As Turkey's effectiveness in unmanned aerial platforms increases, strengthening air dominance and
further enhancing national security become crucial. In this context, various studies are being conducted to
address existing and potential faults in unmanned aerial platforms, the majority of which are domestically
produced. Within the scope of our study, an experimental investigation focusing on cooling issues in
unmanned aerial vehicles (UAVs) has been conducted. In our research, improvements in UAV radiators have
been achieved by using nano fluids and hybrid and ternary hybrid nano fluids derived from them, instead of
traditional cooling fluids. Newly designed radiators have been experimentally examined for the heat transfer
capacity of the system by replacing them with standard radiators. The primary goal of the study is to enhance
the thermal performance of the system. Additionally, positive contributions to fuel efficiency and flight
duration in aircraft are indirectly anticipated. The obtained results aim to create positive impacts in this field.
The results indicate that the positive effects on cooling performance obtained through the use of nano
fluids are further enhanced by the utilization of newly designed radiators. Particularly, experiments conducted
with Radiator-4 demonstrated optimal performance. In experiments with Radiator-4, the results obtained
using ternary hybrid nano fluid showed a 33.05% increase compared to experiments using pure water in the
same radiator. These results represent a 55.66% increase compared to experiments using pure water in the
standard Radiator-1. These developments signify a significant improvement, especially for unmanned aerial
vehicles of strategic importance.
The first of these researches stated that the general cooling performance of the system could be increased
by external studies as a result of the changes made in the fin structures of the radiator currently used today.
As a second study, it is stated in full detail that the general cooling performance can be increased by using
nanoparticles in the refrigerants used for all vehicles using internal combustion engines. The third conclusion
is that increasing the cooling efficiency in cooling systems allows reducing the weight of cooling equipment
and contributes positively to the flight weight criterion, which is very important especially for aircraft. As a
result of this contribution, there are positive implications such as increasing the flight time by adding fuel
instead of the reduced weight or directly increasing the payload.
Keywords: Unmanned aerial vehicle Nanofluid, Radiator, Coolant