Rotary Wing UAV Design and Analysis to be Used in Extinguishing Fires

Year 2025, Volume: 3 Issue: 1, 1 - 19

Mehmet Furkan Özkan , Lutfiye Dahil

Abstract

This study aims to develop a model of aerosol fire suppression unit assembled to a quadcopter to protect the life of inhabitants and rescue workers and stop forest fires more quicky. In the field, unmanned aerial vehicles are mainly used for rescue missions, military and research purposes. Amongst unmanned aerial vehicles, quadcopters have distinct features such as carrying more load, covering more areas and flying more distance compared to previous types of aerial vehicles. Taking these distinct features into consideration, a prototype quadcopter with an aerosol fire suppression unit is designed and developed. It is experienced that the mass and weight of the attached unit, the total range and duration of the quadcopter are the main limitations in design and developmental stages. Upon designing the prototype, a plain quadcopter and a fire suppression unit equipped one are compared, contrasted and tested in terms of applicability and endurance. The system performance is also tested against air pressure, gravity, friction, total kinetic energy and wave function in an event of a possible forest fire.

Keywords

- 3D CAD Software, Quadcopter, - Aerosol fire extinguishing

Yangınların Söndürülmesinde Kullanılacak Döner Kanat İHA Tasarımı ve Analizi

Abstract

Hava araçları insanlı ve insansız olarak iki kategoride sınıflandırılır. İnsansız hava araçları arama, kurtarma, araştırma, gözlemleme gibi görevler için tercih edilmektedir. Taşıyabileceği faydalı yük, uçuş süresi gibi durumlar hava aracının tasarımında limitler oluşmasına sebep olmaktadır. Geleneksel hava araçlarının seyir edemediği alanlara nüfuz edebilecek ve aynı faydalı yük kapasitesinde hava araçlarına ihtiyaç olmuştur. Bu ihtiyaç, doğadaki kuşların incelemeleri sonucunda şekil değiştirebilen sistemlerin uygulanabilirliği araştırmalara konu olmuştur. Bu çalışmada dört rotorlu insansız hava aracı ile aynı faydalı yük kapasitesi ve aynı uçuş süresine sahip şekil değiştirebilen dört rotorlunun sistem tasarımı ve kontrolü CAD ortamında gerçekleştirildi. Faydalı yüklerin yangın söndürme ekipmanları olarak tasarlandığı uçuş esnasında herhangi bir olası yangında sistemin aktif çalışması amaçlandı. Sistemin uçuş halinde yangın söndürme esnasında maruz kaldığı kuvvetler hız ve ivmelenmesi incendi. Elde edilen sonuçlar, bu kapsamda sunuldu.

Keywords

- Döner Kanat İHA, - Aerosol yangın söndürme, - 3D CAD Software

References

• Açıkgöz, E., Topçu E. E. (2019). seramik sırlama makinesi pnömatik eyleyici sisteminin tasarımı ve sistemin imalatı. DÜMF Mühendislik Dergisi, 10(3), 989-998.
• Akgümüş Gök D., Gudar B. (2023). Computational analysis wearable glove produced with FDM technology. Proceedings of the International Conference on Science, Engineering Management and Information Technology. Ankara.
• Bakirci M., Demiray A. (2023). Pre-production design of a robotic arm mounted on an unmanned aerial vehicle (UAV). Computational Intelligence, Data Analytics and Applications, 1-8. DOI: 10.1007/978-3-031-27099-4_6.
• Balcı, A., Yurdakul, M., İç, T. M. (2018). Basınçlı kaplarda malzeme seçimine yönelik bir karar destek sisteminin geliştirilmesi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33(1), 115-125.
• Civelek, Z. (2020). Quadrotorün dikey hareketi için tasarlanan oransal-integral-türevsel kontrolörünün katsayılarının genetik algoritma ile optimizasyonu. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 12(3), 119-124.
• Farah S., Anderson DG., Langer R. (2016). Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications - A comprehensive review. Advanced Drug Delivery Reviews, 107, 367-392.
• Göv, İ. (2020). Rotor spacing and blade number effect on the thrust, torque, and power of a coaxial rotor. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 7(2), 487-502.
• Günay M.B., Korkut İ. (2024). Dron için hareketli kol tasarımında sistematik inovasyon geliştirme. Journal of Polytechnic, 27(4), 1223-1231.
• Kahveci, M., Can, N. (2017). İnsansız hava araçları: tarihçesi, tanımı, dünyada ve türkiye'deki yasal durumu. Selçuk Üniversitesi Mühendislik Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(4), 511-535.
• Karaca F., Akmeşe F., Ünal E. (2021). Kinetic and kinematic analysis of the lower extremity stand to sit. International Journal of Innovative Engineering Applications, 5(1), 32-35.
• Mammacıoğlu, O., Coşkun, G., Soyhan, S. H. (2017). Su ile karışmayan yağ (b, f, k sinifi) yangınlarda yangın söndürme cihazlarının doğru kullanımı. Fuels, Fire and Combustion in Engineering Journal, 5, 19-23.
• Oktay, T., Özen, E. (2021). System design and control of rotary wing unmanned aerial vehicle. European Journal of Science and Technology, 27, 318-324.
• Oruç, E. M., Ulvi, A. (2023). Maden sahalarındaki deformasyonların iha’lar ile izlenmesi. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 5(2), 43-57.
• Özdemir, A. (2022). Bilgisayar destekli tasarım ve tasarımcı. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi SBE Dergisi, 12(4), 2562-2571.
• Pehlivan, K., Aküner, C. M. (2020). Quadrotor test düzeneği için pıd kontrolör tasarımı ve uygulaması. International Periodical of Recent Technologies in Applied Engineering, 2(1), 15-24
• Serway, A. R., Jewett, W. J. (2014). Physics for scientistand engineer’s 9th Edition, Chapter 5 laws of motion. Brooks/Cole.
• Tahir, A., Böling, J., Haghbayan, M. H., Toivonen, H. T., & Plosila, J. (2019). Swarms of unmanned aerial vehicles a survey. Journal of Industrial Information Integration, 16, 100-106.
• Taşdemir, A., Baksan, B., Çelikyürek, İ. (2021). Investigation of the effect of some factors on resistance spot welding of dkp steel using response surface method. The Eurasia Proceedings of Science, Technology, Engineering & Mathematics, 16, 145-152.