İnsansız hava araçları için hibrid yapılı iniş takımı tasarımı, yapısal optimizasyonu ve mekanik analizi
Design, structural optimization and mechanical analysis of a hybrid structure landing gear for unmanned aerial vehicles
Yazar: HAYDAR KADİR ÖZDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERMAN ZURNACI
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İnsansız hava araçları (İHA) günümüz savunma sanayiinin kritik araçları arasında yer 
almaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte savunma sanayii araçları da modernize olmuş ve daha 
etkin ve verimli araçların üretimi mümkün hale gelmiştir. İHA'ların en önemli özelliklerinin 
başında operasyonel faaliyetlerde personele gerek kalmadan savunma operasyonlarının 
gerçekleştirilmesi gelmektedir. İHA'ların hem yapısal güvenliğinin sağlanması hem de 
operasyon süresinin arttırılması için gövde üretimlerinde çeşitli gelişmiş bileşenler 
kullanılmaktadır. Bu bileşenlerin seçiminde etkili faktörlerin başında hafiflik ve mekanik 
dayanım kriterleri gelmektedir. Üreticiler, ağırlığın önemli derecede arttırılmadan mekanik 
mukavemetin arttırılması amacıyla çeşitli üretim teknikleri ve malzemeler kullanarak 
savunma, havacılık, ulaşım ve denizcilik gibi sektörler için farklı özelliklere sahip bileşenler 
geliştirmişlerdir. Ağırlık, mekanik dayanım, darbe direnci, korozyon direnci gibi kriterlerin 
aynı anda sağlanabilmesi için bileşenlerin tasarımında ve üretiminde çeşitli optimizasyon 
yöntemlerinden yararlanılmaktadır. Üç boyutlu yazdırma tekniklerinin ve araçlarının 
gelişmesi ile birlikte birçok alanda düşük maliyetli, hafif ve karmaşık geometrili parçalar da 
üretilmiş ve kullanılmıştır. Bu tekniğin en önemli avantajlarından birisi farklı optimizasyon 
yöntemleri ile geliştirilen karmaşık geometrili ürünlerin hızlı bir şekilde üretilebilmesidir.
Bu tez çalışmasında; insansız hava araçlarında kullanılabilecek hafif fakat gelişmiş mekanik 
özelliklere sahip bir iniş takımının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla ana iniş takımı ve 
burun iniş takımı bileşenleri geliştirilmiştir. İniş takımı bileşenlerinin hafifletilmesi amacıyla 
topoloji optimizasyonu tekniklerinden yararlanılmıştır. Geliştirilen burun iniş takımının 
mekanik özellikleri sonlu elemanlar analizi yöntemi ile incelenmiştir. Ana iniş takımı dikmesi 
için hibrid yapılı bir tasarım geliştirilmiştir. Geliştirilen hibrid yapılı tasarımın yapısal 
optimizasyonu sonlu elemanlar analizi ile gerçekleştirilmiş ardından gerçekleştirilen mekanik 
analizler ile tasarımın mekanik performansı deneysel olarak test edilmiştir. Deneysel test 
numunelerinin üretiminde üç boyutlu yazdırma tekniklerinden yararlanılmıştır. Ayrıca 
gerçekleştirilen sayısal analizler ile geliştirilen tasarımın gerilme ve deformasyon oluşumları 
incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, topoloji optimizasyonunun yapının mekanik direncini azaltmadan 
ağırlığını düşürmede etkili olduğunu göstermiştir. Hibrid yapılı iniş takımı 
tasarımı ise mekanik dayanımın arttırılmasına önemli derecede katkı sunmuştur.

Abstract:
Unmanned aerial vehicles (UAV) are among the critical tools of today's defense industry. With 
developing technology, defense industry vehicles have also been modernized, and the 
production of more effective and efficient vehicles has become possible. One of the most 
critical features of UAVs is the ability to carry out defense operations without the need for 
personnel in operational activities. Various advanced components are used in the body 
production of UAVs to ensure their structural safety and increase their operation time. The 
most influential factors in the selection of these components are lightness and mechanical 
strength criteria. Manufacturers have developed components with different features for sectors 
such as defense, aviation, transportation, and maritime, using various production techniques 
and materials to increase mechanical strength without significantly increasing weight. Various 
optimization methods are used to design and produce components to simultaneously meet 
criteria such as weight, mechanical strength, impact resistance, and corrosion resistance. With 
the development of three-dimensional printing techniques and tools, low-cost, lightweight, and 
complex geometry parts have been produced and used in many areas. One of the most essential 
advantages of this technique is the rapid production of products with complex geometries 
developed with different optimization methods.
This thesis study; aims to develop a landing gear that is lightweight but has advanced 
mechanical properties that can be used in unmanned aerial vehicles. For this purpose, main 
landing gear and nose landing gear components were developed. Topology optimization 
techniques were used to lighten the landing gear components. The mechanical properties of 
the developed nose landing gear were examined using the finite element analysis method. A 
hybrid structure design has been developed for the main landing gear strut. Structural 
optimization of the developed hybrid structure design was carried out with finite element 
analysis, and then the mechanical performance of the design was tested experimentally with 
mechanical analysis. Three-dimensional printing techniques were used in the production of 
experimental test samples. Additionally, the stress and deformation formations of the 
developed design were examined through numerical analysis. The results obtained showed 
that topology optimization is effective in reducing the weight of the structure without reducing 
its mechanical resistance. The hybrid landing gear design has made a significant contribution 
to increasing mechanical strength.