Kanat Gövde Tipindeki Bir İnsansız Hava Aracının Yapısal Tasarımı ve Analizi

Öz

Havacılık alanında İnsansız Hava Araçlarına (İHA) yönelik talep ve çalışmalar tüm dünyada ve ülkemizde gün geçtikçe artmaktadır. Kullanım amacına uygun olarak, bu araçların verimliliği giderek artmaktadır. Gelişmelerin daha da ilerlemesi için birçok ülke hala insansız hava aracı üzerine birçok araştırma ve çalışma yapmayı sürdürmektedir. Bu çalışmada ilk önce gerekli literatür araştırmaları yapılmış ve bu doğrultuda modellenecek olan kanat gövde tipindeki İHA’nın boyutu ve özellikleri belirlenmiştir. Polistiren Köpük malzemeden yapılan kanat gövde tipindeki bir İHA statik analizleri yapılmak üzere sonlu elemanlar metodu ile çalışan ANSYS Workbench programına aktarılmıştır. İHA modelimiz Epoxy Carbon UD, Epoxy E Glass UD ve Epoxy S Glass UD olmak üzere 3 farklı kompozit malzeme ile kaplanmıştır. Kaplanan malzeme kalınlıkları 0,23 mm ile 0,30 mm’dir ve 50 G ile 100 G gibi yüksek G değerleri uygulanarak analizler gerçekleştirilmiştir. Analizlerde; model üzerindeki gerilmeler, güvenlik faktörü ve kaplanan kompozit malzemelerin üzerinde oluşan gerilmeler ile hasar kriteri incelenmiştir. Elde edilen verilerde kaplanan kompozit malzemerin yüksek G değerlerinde yapılan analizlerinde mukavemetinin tek katlı kaplamada bile yeterince yüksek olduğu gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• İha
• Kompozit Malzeme
• Statik Analiz

Structural Design and Analysis of A Wing-Body Type Unmanned Aircraft

Abstract

Demand and studies for Unmanned Aerial Vehicles (UAV) in the field of aviation are increasing day by day all over the world and in our country. In accordance with the intended use, the efficiency of these tools is gradually increasing. In order to further progress, many countries still continue to conduct many researches and studies on unmanned aerial vehicles. In this study, firstly, the necessary literature research was carried out and the size and characteristics of the wing body type UAV to be modeled in this direction were determined. A wing body type UAV made of Polysyrene Foam material was transferred to the ANSYS Workbench program, which works with the finite element method, for static analysis. Our UAV model is covered with 3 different composite materials: Epoxy Carbon UD, Epoxy E Glass UD and Epoxy S Glass UD. The thickness of the coated material is between 0,23 mm and 0,30 mm, and analyzes were carried out by applying high G values such as 50 G and 100 G. In analysis; The stresses on the model, the safety factor and the stresses on the coated composite materials and the damage criterion were examined. In the analysis of the coated composite material at high G values in the obtained data, it has been shown that the strength is high enough even in a single layer coating.

Keywords

• Uav
• Composite Material
• Statıc Analysis

References

1. Kong, C., Bang, J., Sugiyama, Y., Structural Investigation of Composite Wind Turbine Blade Considering Various Load Cases and Fatigue Life, Energy, Vol.30, Pages 2101-2114, 2005
2. Bechly, M.E., Clausen, P.D., Structural Design of a Composite Wind Turbine Blade Using Finite Element Analysis, Computers & Structures, Vol. 63, Pages 639-646, 1997.
3. Avcı, B., Yılmaz, T.B., Rüzgar Türbini Kanat Tasarımı ve Analizi, Bitirme Projesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü, İzmir, 2012. sf.5-37
4. Gülbahar, Ö.,“Karayel İnsansız Hava Aracının Statik Ve Dinamik Analizleri”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2-4 (2015).
5. Vardar, A. ve Eker, B., "Rüzgar Türbinlerinde Uygun kanat Tipinin Seçilmesi".2004
6. Scherer, R., Blade Design Aspects, Renewable Energy,Vol.16, Pages 1272-1277, 1999.
7. Habali, S.M., Saleh, I.A., Local Design, Testing and Manufacturing of Small Mixed Airfoil Wind Turbine Blades of Glass Fiber Reinforced Plastics Part I: Design of the Blade and Root, Energy Conversion & Management, Vol. 41, Pages 249-280, 2000.
8. Habali, S.M., Saleh, I.A., Local Design, Testing and Manufacturing of Small Mixed Airfoil Wind Turbine Blades of Glass Fiber Reinforced Plastics Part II: Manufacturing of Blade and Rotor, Energy Conversion & Management, Vol.41, Sf. 281-298, 2000.

9. Yang, J., Peng, C., Xiao, J., Zeng, J., Xing, S., Jin, J., Deng, H., Structural İnvestigation Of Composite Wind Turbine Blade Considering Structural Collapse İn Full-Scale Static Tests, Composite Structures, Vol.97, 15-29, 2013.
10. Grogan, D.M., Leen, S.B., Kennedy, C.R., Bradaigh, C.M., Design of Composite Tidal Turbine Blades, Renewable Energy, Vol.57, 151-162, 2013.
11. Tseng, Y.C., Kuo, C.Y., Engineering and Construction Torsional Responses of Glass-Fiber/Epoxy Composite Blade Shaft for a Small Wind Turbine, Procedia Engineering,Vol. 14, Pages 1996-2002, 2011.
12. Uysal, A., Rüzgar Türbini Kanat Malzemelerinin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2008.
13. Shokrieh, M.M., Rafiee, R., Simulation of Fatigue Failure in a Full Composite Wind Turbine Blade, Composite Structures, vol. 74, 332-342, 2006.
14. Chen, X., Zhao, W., Zhao, X.L., Xu, J.Z., Preliminary Failure Investigation of a 52.3 m Glass/Epoxy Composite Wind Turbine Blade, Engineering Failure Analysis, 44, 345-350, 2014.
15. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/400203“Selçuklu.ÜniversitesiMüh. Bilim ve Tekn. Derg., c.5, s.4, ss. 511-535, 2017”
16. İnternet: Karaağaç, C., “İnsansız Hava Aracı Sistemleri: Gökyüzünün Yeni Yırtıcı Kuşları”, https://www.academia.edu/2004387/İnsansız_Hava_Aracı_Sistemleri_Gökyüzünün_Yeni_Yırtıcı_Kuşları (2004).sf 1/8
17. https://www.academia.edu/9199556/%C4%B0nsans%C4%B1z_Hava_Ara%C3%A7lar%C4%B1_Muharebe_Alan%C4%B1nda_ve_Ter%C3%B6rle_M%C3%BCcadelede_Devrimsel_D%C3%B6n%C3%BC%C5%9F%C3%BCm_?auto=download
18. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/1167969
19. Orkan Özcan Deniz Bilge Demir Semih Sami Akay İha araçları ve Yer Bilimleri Kitabı OCAK/2019 sf.10-20
20. 14. ULUSLARARASI MEB ROBOT YARIŞMASI İNSANSIZ HAVA ARACI (Mini Drone) KATEGORİSİ YARIŞMA KURALLARI, Şanlıurfa,2021
21. Sivil Havacılık Genel Müdürlüğü-İnsansız Hava Aracı Talimatı(SHT-İHA) 2016 22/02/2016 sf.4 http://web.shgm.gov.tr/documents/sivilhavacilik/files/mevzuat/sektorel/talimatlar/2019/IHA_talimati_revizyon3.pdf
22. ElKholy, H., 2014. Dynamic Modeling and Control of a Quadrotor Using Linear and Nonlinear Approaches, Master Thesis, The American University In Cairo, School of Sciences and Engineering, Cairo, pp. (6-12, 64).
23. Geleceğin Hava Kuvvetleri:2016-2050 Sektör Değerlendirme Raporui Şubat’16, Future Technology Institute
24. İnsansız Hava Araçlarının Kullanım Alanları ve Gelecekteki Beklentiler Ekim/2012 https://www.researchgate.net/publication/292669083_Insansiz_Hava_Araclarinin_Kullanim_Alanlari_ve_Gelecekteki_Beklentiler(Eisenbeiss, H. 2009). Sf.4
25. ISSN: 1307-9905 E-ISSN: 2602-2133 Sayı Issue 32, Cilt Volume 12, 2021-1, 242-267 DOI: 10.31198/idealkent. 817201 İnsansız Hava Araçları Ercan CANER-212 Kış Cilt: 1 Sayı: 1 Millî Güvenlik ve Askerî Bilimler Kış 2013-2014 • Cilt: 1 • Sayı: 222-225
26. SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU MAKİNA VE METAL TEKNOLOJİLERİ BÖLÜMÜ METALURJİ PROGRAMI, KOMPOZİT MALZEMLER DERS NOTU, ONAT A., Sakarya, 2015
27. https://www.muhendisbeyinler.net/kompozit-malzemeler-ve-kullanim-alanlari/
28. Yrd. Doç. Dr. Ali İhsan Kaya-Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Temmuz/2016
29. https://arkipedia.net/kompozit-malzemelerin-ozellikleri-ve-siniflandirilmasi/
30. https://www.serdarkorkut.com/2017/01/22/kompozit-malzemeler/
31. https://docplayer.biz.tr/68711544-Kompozit-malzemeler-ve-mekanigi-yrd-doc-dr-akin-atas.html
32. https://tolgakaranfil.webnode.com.tr/products/kompozit-malzemeler%2C-s%C4%B1n%C4%B1fland%C4%B1r%C4%B1lmas%C4%B1-ve-uretimi/
33. http://www.plastik-ambalaj.com/tr/plastik-ambalaj-makale/1019-termoplastik-ve-termoset-plastikler
34. http://accluster.com/kompozit-malzemelerin-yapisi/
35. https://www.bilgiustam.com/kompozit-malzemeler-hakkinda-hersey/
36. https://www.ceylankompozit.com/tr/%C3%BCretimde-kullan%C4%B1lan-malzemeler~33
37. http://teknikbil.blogspot.com/2013/11/polimer-malzemeler-ve-ozellikleri.html
38. Nano Kompozitler/http://www.polymer.hacettepe.edu.tr
39. https://www.solverkimya.com/site/makaleler/detaylar/kompozit-malzeme.html
40. https://www.metalurjik.com/kompozit-malzemelerin-avantaj-ve-dezavantajlari
41. HALİL İBRAHİM İŞLEK · PUBLİSHED AĞUSTOS 16, 2020 · UPDATED AĞUSTOS 18, 2020
42. https://kompozitkimya.com.tr/kompozit-nedir/
43. STATİK YÜKLER ALTINDA BİR A320 UÇAK KANADININ KOMPOZİT MALZEMELER İLE TASARIMI VE ANALİZİ, Günay Ö., Gaziantep Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 2019
44. https://www.ceyrekmuhendis.com/sonlu-elemanlar-analizi-nedir/
45. https://kalkinmaguncesi.izka.org.tr/index.php/2021/08/04/havacilik-sektorunde-kompozit-malzeme-kullanimi/
46. https://www.tusas.com/urunler/iha/operatif-stratejik-iha-sistemleri/anka
47. https://www.militaryfactory.com/İha çalışmaları
48. https://www.aircraftnerds.com/2016/06/aircraft-wing-configuration.html
49. https://tr.esc.wiki/wiki/NACA_airfoil, Naca kanat profili