Electrically Driven VTOL Flying Car Designing and Aerodynamic Analysis

Abstract

In this study, the design of the electric powered VTOL Flying car was made in the CAD program, and the longitudinal, vertical and lateral flight dynamics were examined and aerodynamic analysis was made. In the design, the power and propulsion systems of the flying car, avionic systems, security systems, magnetic sensors, navigation landing and take-off methods, requirement verification methods, flight performance values were determined. Our design work for flying cars, which will soon start real-time flights, will guide the people and institutions that will design and produce in this field. A practical flying car should be able to operate safely and environmentally both in public spaces and in the air. For widespread adoption, it must be able to fly without a qualified pilot as we know it as a controller, and must have appropriate purchase and operating costs. Being a qualified car driver and having a pilot license, which certification processes are extremely difficult, is an important obstacle to the adoption and widespread process of the flying car concept. The certification processes of many different countries have been examined for the flying car we will design. Examination of these processes has been guiding in the creation of detailed data on many issues, and in this context, care has been taken to meet the requested competencies on a common ground. In order to overcome these procedures, a VTOL platform with high autonomy has been designed thanks to its subsystems as well as a stable flight dynamics.

Keywords

• Flying Car
• Design
• Aerodynamic

Elektrikle Çalışan VTOL Uçan Araba Tasarımı ve Aerodinamik Analizi

Öz

Bu çalışmada, elektrikle çalışan VTOL Uçan arabanın tasarımı CAD programında yapılarak boylamsal, dikey ve yanal uçuş dinamikleri incelenerek aerodinamik analizleri yapılmıştır. Tasarımda uçan arabanın güç ve tahrik sistemleri, aviyonik sistemler, güvenlik sistemleri, manyetik sensörler, seyrüsefer iniş ve kalkış yöntemleri, gereksinim doğrulama yöntemleri, uçuş performans değerleri belirlendi. Yakında gerçek zamanlı uçuşlara başlayacak olan uçan arabalara yönelik tasarım çalışmalarımız, bu alanda tasarım ve üretim yapacak kişi ve kurumlara yol gösterecek. Pratik bir uçan araba, hem kamusal alanlarda hem de havada güvenli ve çevreci bir şekilde çalışabilmelidir. Yaygın olarak benimsenmesi için, kontrolör olarak bildiğimiz nitelikli bir pilot olmadan uçabilmesi ve uygun satın alma ve işletme maliyetlerine sahip olması gerekir. Sertifikasyon süreçleri son derece zor olan kalifiye araç sürücüsü ve pilot ehliyetine sahip olmak, uçan araba kavramının benimsenmesi ve yaygınlaşmasının önünde önemli bir engeldir. Tasarlayacağımız uçan araba için birçok farklı ülkenin sertifikasyon süreçleri incelendi. Bu süreçlerin incelenmesi birçok konuda detaylı verilerin oluşturulmasında yol gösterici olmuş ve bu kapsamda talep edilen yetkinliklerin ortak bir paydada karşılanmasına özen gösterilmiştir. Bu prosedürlerin üstesinden gelebilmek için alt sistemleri ve stabil uçuş dinamiği sayesinde yüksek otonomiye sahip bir VTOL platformu tasarlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Uçan Araba
• Tasarım
• Aerodinamik

Kaynakça

1. Kenaroğlu, Y. (2013). İnsansız Hava Aracı Ne Kadar Güvenilir? Engineer & the Machinery Magazine, (636).
2. Arıca, N., Cicibaş, H., & Demir, K. A. (2012). İnsansız Hava Araçları için Çok Kriterli Güzergâh Planlama Modeli. Savunma Bilimleri Dergisi, 11(1), 251-270.
3. Demir, K. A., Cicibaş, H., & Arıca, N. İnsansız Hava Araçları İçin Modüler Bir Simülasyon Tasarım Örneği.
4. Dursun, M., & Aksöz, A. İnsansız Bir Hava Aracı Modelinin Üç Boyutlu Tasarımı Analizi ve Simülasyonu.
5. Bayraktar, O., Özdemir, F., Çetin, Ö., & YILMAZ, G. (2012). İnsansız Hava Araçları İçin Otonom İniş Sistemi Simülatörü Tasarımı. Bilişim Teknolojileri Dergisi, 5(2), 1-8.
6. Hadi, G. S., Varianto, R., Trilaksono, B., & Budiyono, A. (2014). Autonomous UAV system development for payload dropping mission. The Journal of Instrumentation, Automation and Systems, 1(2), 72-22.
7. Çoban, S. (2019). Different Autopilot Systems Design For a Small Fixed Wing Unmanned Aerial Vehicle. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (17), 682-691.
8. Başak, H., & Gülen, M. (2010). İnsansız Hava Aracı Kazalarının Önlenmesi İçin Risk Ölçümü Ve Yönetimi Modeli. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 14(1), 55-65.

9. Sarıkurt, T., & Balıkçı, A. (2017). Tam Elektrikli Araçlar için Özgün Bir Enerji Yönetim Sistemi Uygulaması. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(2).
10. Kök, T. (2012). İnsansız Hava Araçlarının Güvenli Kullanımı için Spektrum İhtiyaçlarının Belirlenmesi ile İlgili Öneriler. Teknik Uzmanlık Tezi), İstanbul, Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu.
11. Yumruktay, M. K. (2015). GNSS destekli prototip otonom araç tasarımı.
12. Oktay, T., & Coban, S. (2017). Lateral autonomous performance maximization of tactical unmanned aerial vehicles by integrated passive and active morphing. International Journal of Advanced Research in Engineering, 3(1), 1-5.
13. Çoban, S. (2020). Autonomous performance maximization of research-based hybrid unmanned aerial vehicle. Aircraft Engineering and Aerospace Technology.
14. Önal, M., Çoban, S., Yapıcı, A., & Bilgiç, H. H. Dikey İniş Kalkış Yapabilen Bir İHA’nın Azami Menzili ve Asgari Güç Gereksinimi İçin En Uygun Uçuş Parametrelerinin Belirlenmesi. Journal of Aviation, 3(2), 106-112.
15. Uysal, A. (2008). Rüzgar türbini kanat malzemelerinin mekanik özelliklerinin incelenmesi.
16. www.cfdonline.com/Wiki/Y_plus_wall_distance_estimation (Date of access: Mart 2020)
17. John D. Anderson J., 2010. Fundamentals of Aerodynamics, McGraw-Hillseries in aeronautical and a erospace engineering. s:1104
18. Lee, B., Park, P., Kim, C., Yang, S., & Ahn, S. (2012). Power managements of a hybrid electric propulsion system for UAVs. Journal of mechanical science and technology, 26(8), 2291-2299.
19. Lieh, J., Spahr, E., Behbahani, A., & Hoying, J. (2011, August). Design of hybrid propulsion systems for unmanned aerial vehicles. In 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit (p. 6146).
20. Maza, I., Caballero, F., Capitán, J., Martínez-de-Dios, J. R., & Ollero, A. (2011). Experimental results in multi-UAV coordination for disaster management and civil security applications. Journal of intelligent & robotic systems, 61(1), 563-585.
21. Dursun, M., & Çuhadar, İ. (2018). Secure Video Streaming Implementation for Unmanned Air Vehicle (UAV) Data Link with Raspberry Pi 3 over https. Bilişim Teknolojileri Dergisi, 11(1), 23-28.
22. Sigurd, K., & How, J. (2003, August). UAV trajectory design using total field collision avoidance. In AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit (p. 5728).
23. Eck, C., & Imbach, B. (2011). Aerial magnetic sensing with an UAV helicopter. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 38(1/C22).