İnsansız hava araçları için küçük ölçekli bir turboprop motor tasarımı ve analizi
Design and analysis of a small-scale turboprop engine for unmanned aerial vehicles
Yazar: ANIL ERİŞEN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA AY
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Gelişen teknolojiyle beraber insansız hava araçları ülkemizde ve dünyada yükselen bir trend haline gelmiştir. Son yıllarda; sivil tarafta model uçaklar, jetpack gibi uygulamalarla; askeri tarafta da çeşitli insansız hava araçlarıyla küçük ölçekli tepkili motorlara ihtiyaç artmaya başladı. Bu talebin sonucunda ise küçük ölçekli jet motorlarının tasarımı, geliştirilmesi, üretimi ve yerlileştirilmesi ön plana çıkacaktır.
Bu tezin yazılma amacı bu talebi karşılamak üzere bir bilimsel çalışma yapmaktır ve hedefi ise çalışma sonucunda küçük ölçekli bir turboprop motorun tasarımını ve analizini yapabilmektir. Tasarımı ve analizi yapılan motorun mevcut tasarımlardan farklı; özgün bir tasarımının olması, verimliliğinin yüksek ve maliyetinin düşük olması için çalışılmıştır. Piyasadaki yurtdışı menşeili motorların geliştirilerek yerlileştirilmesi sağlanacaktır.
Literatür taramasından sonra gaz türbini çevrimlerine göre, motor için belirlenen ve istenen sabitler referans alınarak termodinamik hesaplamalar yapıldı. Bu hesapların çıktılarına göre motorun tasarımı ve üç boyutlu modellemesi gerçekleştirildi.
Tasarımlardan sonra motor üzerinde akış analizleri, mukavemet analizleri sonlu elemanlar yöntemi kullanan yazılım aracılığıyla yapıldı.
İHA'lara güç sağlamak için mikro turbojet motorların kullanılması, yapımdaki basitliği, daha düşük üretim, işletme ve bakım maliyetleri nedeniyle pistonlu motorlara göre büyük ilgi görmeye başlamıştır. Mevcut türbin motorlarının verimliliğinin kabul edilebilir seviyelere çıkarılması gerekmektedir. Türbin motorlarının tüm bileşenlerinin tasarımı ve analizi üzerine ayrıntılı bir çalışma, insansız hava araçları için üretilecek motorların daha iyi geliştirilmesine ve yerlileştirme çalışmalarına katkı sağlayacaktır.
Bu çalışma sonucunda 240 kW gücünde çalışabilen ve bu güçte 2900 ml/min yakıt tüketimine sahip, geliştirilmeye açık, esnek tasarıma sahip küçük ölçekli bir turboprop motor geliştirilmiştir.

Abstract:
With the developing technology, unmanned aerial vehicles have become a rising trend in our country and in the world. In recent years; on the civilian side, with applications such as model airplanes and jetpacks; On the military side, the need for small-scale reactive engines began to increase with various unmanned aerial vehicles. As a result of this demand, the design, development, production and localization of small-scale jet engines will come to the fore.
The purpose of writing this thesis is to conduct a scientific study to meet this demand, and the aim is to design and analyze a small-scale turboprop engine as a result of the study. The engine designed and analyzed is different from the existing designs; It has been tried to have a unique design, high efficiency and low cost. It will be ensured that the engines of foreign origin in the market are developed and localized.
After the literature review, thermodynamic calculations were made with reference to the determined and desired constants for the engine according to the gas turbine cycles. According to the outputs of these calculations, the design and three-dimensional modeling of the engine were carried out.
After the designs, flow analyzes and strength analyzes on the engine were made by software using the finite element method.
The use of micro-turbojet engines to power UAVs has started to attract great attention compared to piston engines due to their simplicity in construction, lower production, operation and maintenance costs. The efficiency of existing turbine engines needs to be increased to acceptable levels. A detailed study on the design and analysis of all components of turbine engines will contribute to better development and localization of engines to be produced for unmanned aerial vehicles.
As a result of this study, a small-scale turboprop engine that can operate at 240 kW and has a fuel consumption of 2900 ml/min at this power, open to development, with a flexible design has been developed.