Modüler yaklaşım ile insansız hava aracı (İHA) tasarımı test ve analizleri
Unmanned aerial vehicle (UAV) design with modular approach, tests and analyses
Yazar: HAKAN ATEŞ
Danışman: DOÇ. DR. ERHAN AKMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Havacılık Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Drone = Drone ; Sabit kanatlı hava araçları = Fixed-wing aircraft ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
İnsansız hava araçlarının (İHA), günümüzde sivil, askeri, bilimsel vb. pek çok farklı kullanım alanı bulunmaktadır. Maliyet ve geliştirilebilirlik açısından İHA'lar tıpkı otomotiv sektöründe olduğu gibi modüler platformlar şeklinde geliştirilebilir. Modüler İHA platformu yaklaşımı ile, farklı durum ihtiyaçlarına göre farklı modüllerin kullanılabilmesi, ortak gövde modülü sayesinde hem doğrusal hem dikey uçuş profili çeşitliliği sağlayabilmesi ve buna bağlı olarak dikey veya doğrusal uçuş durumunda farklı verimlilikte uçuş süreleri elde edilebilmesi avantajlarını sağlayabilmektedir. 
Bu çalışmada, modüler İHA yaklaşımı ile özellikle afet bölgelerinde, arama, kurtarma görevleri, ilk yardım malzemesi taşıyabilme gibi fonksiyonları sağlayabilen, coğrafi yüzeylerin farklılıklarına, deprem, sel gibi farklı afetlere göre farklı modüllerle konfigüre edilebilen, dikey kalkış, doğrusal uçuş yapabilen bir İHA tasarımı gerçekleştirildi.
Modüler tasarım için temel gövde yapısı üzerinde dikey kalkış ve doğrusal uçuş yapabilmesi için bileşenlerin etki altındaki kuvvetler göz önünde bulundurularak tasarımları ve analizleri (Ansys ile) gerçekleştirildi. Analiz için toplam ağırlığı 1 kilograma kadar olan standart bir multikopter model göz önüne alındı ve multikopterin yapısına uygun şekilde modüler ve bağlantı yerleri tasarlandı. Doğrusal hareket için analiz programı sonuçlarına göre NACA 2410 kanat profilinin kullanımı tercih edildi. Yapılan çalışma sonucu, ilk multikopter tasarımına ek modüller ile 1,6 kilogram ağırlık ile 0,4 kilograma kadar faydalı yük taşıyabileceği tespit edildi. Ayrıca uçuş süresi dikey profilde 15 dakika iken doğrusal profilde 30 dakika olacağı hesaplandı ve sonrasında saha, uçuş testleri yapıldı. Modüler yapı ile ihtiyaçlara göre hem dikey kalkış ve doğrusal hareket sağlayacabilecek bir İHA yapısı, hem sadece multikopter veya sabit kanatlı İHA olarak konfigüre edilebilen bir İHA yapısı sağlandı.

Abstract:
Nowadays, unmanned aerial vehicles (UAV) are used in different areas such as military, scientific, etc. About feasibility and easy development, UAVs can be developed as modular platforms, similar to the automotive industry. With a modular UAV platform approach, it is possible to use different modules according to different requirements. In addition, different flight times efficiencies, can be achieved with the modular UAV.
In this study, a modular UAV that can provide functions such as search and rescue missions in disaster areas, and carrying first aid supplies is developed. Also, a UAV that can be configured with different modules according to the different geographical surfaces and natural disasters.
In order to achieve vertical take-off and linear flight on the modular UAV frame, the design and analysis (with Ansys) are carried out by considering the forces under the effect of the components. The study focused on a standard multicopter model with a weight of 1 kilogram. The modules and connection points are designed to align with the structure of the multicopter model. The NACA 2410 profile is selected for linear flight based on the analysis results. The study revealed that the initial modular UAV design can carry a payload of up to 0,4 kilograms, and its weight increased to 1,6 kilograms with additional modules. The estimated flight time is 15 minutes for vertical flight and 30 minutes for horizontal flight. The modular structure allows for versatile UAV configurations, enabling converting multicopter or a fixed-wing UAV depending on the requirements.