Bir püskürtücü insansız hava aracının (İHA) kısmen doldurulmuş tankındaki sıvı çalkalanmasının analizi
Analysis of fluid sloshing in a partially filled tank of a sprayer unmanned air vehicle (UAV)
Yazar: HASAN DOĞUKAN KAYMAZ
Danışman: DOÇ. HAMİT TEKİN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MASOUD LATIFINAVID
Türk Hava Kurumu Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnsansız ve Otonom Sistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Sayısal analiz = Numerical analysis

Özet:
İnsansız ve Otonom Sistemlerin dünya çapında kullanımı hızla artmakta olup, gelecekte askeri, sivil ve profesyonel amaçlar için daha da önemli hale gelmesi beklenmektedir. Bu sistemlere olan ilginin artmasıyla birlikte, özellikle tarımsal ilaçlama ve yangın söndürme gibi görevler için kullanılan püskürtücü İnsansız Hava Araçları (İHA'lar) söz konusu olduğunda, dikkat edilmesi gereken önemli bir konu da çalkalanma olgusudur. Bu çalışmada, bir püskürtücü İnsansız Hava Aracının tankındaki çalkalanma fenomeninin kapsamlı bir analizini yapılmıştır. Bu araştırmanın amacı, tarımsal ilaçlama, yangın söndürme ve diğer ilgili alanlarda kullanılan püskürtücü İHA'ların performansını artırmaya yardımcı olabilecek temel bilgileri sağlamaktır. Bir İHA'nın püskürtücü tankındaki çalkalanma fenomeni, üç serbestlik dereceli robot platformuna 61 litre kapasiteli bir tank monte edilerek simüle edildi. Platform ivme verileri ile açı değişimi bir ataletsel ölçüm birimi IMU aracılığıyla kaydedildi. Platformun manevrası sırasında, çalkalanma kamerayla yakalandı. Ansys 2023 R2 Fluent yazılımında kısmen dolu bir tank da modellenmiş ve kaydedilen ivmeler modele uygulanmıştır. Bir tank içindeki sıvının ağırlık merkezinin değişimini azaltmak için, farklı şekillerde bölmeler dahil edilerek simülasyon yapıldı. Daha sonra en uygun şekil ve miktarda bölme oluşturuldu ve tanka yerleştirildi. Hem simülasyon hem de deneysel sonuçlar, bölmeler eklenerek sıvının çalkalanmasının azaltılabileceğini gösterdi.

Abstract:
The global utilization of Unmanned and Autonomous Systems is rapidly expanding and is expected to become increasingly vital for military, civilian, and professional applications in the future. As interest in these systems grows, one crucial issue that needs attention is the phenomenon of sloshing, particularly in the context of sprayer Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) used for purposes such as agricultural spraying and fire extinguishing. In this study, the sloshing phenomenon in the tank of a sprayer Unmanned Aerial Vehicle is analyzed. This research aimed to provide fundamental information that can help improve the performance of sprayer UAVs used in agricultural spraying, fire extinguishing, and other related areas. The sloshing phenomenon in the spray tank of a UAV was simulated by mounting a 61-liter capacity tank on a 3 DOF robot platform. The platform acceleration data and angles were recorded via an inertial measurement unit IMU. During the maneuver of the platform, the sloshing was captured on camera. A partially filled tank was also modeled in Ansys 2023 R2 Fluent software and the recorded accelerations were applied to the model. To decrease the variation of the gravity center of the fluid within a tank, simulation was run by incorporating baffles of different shapes. The optimal shape and quantity of baffles were then created and installed into the tank. Both the simulation and experimental results demonstrated that the sloshing of the fluid can be reduced by adding baffles.