Hexacopter Yapısındaki Drone için Karbon Fiber Malzeme Kullanılarak Tasarlanan Ana Gövde Parçalarının Statik Analizi

Yıl 2024, Cilt: 14 Sayı: 4, 1758 - 1781, 15.12.2024

Muhammet Aydın Metin , Kenan Şentürk

https://doi.org/10.31466/kfbd.1474166

Öz

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte hayatımıza giren drone'lar, günümüzde hayatımızı kolaylaştıran birçok alanda kullanılıyor. Fotoğrafçılık, kargo taşımacılığı, haritalama, savunma sanayi ve tarım sektörlerinde droneların etkisi görülmektedir. Bu alanlarda kullanılan drone'ların istenilen görevi yerine getirebilmesi için kullanılan yazılım ve elektronik kartlarla birlikte drone'un mekanik ve statik yapısı da büyük önem taşıyor. Mekanik olarak stabil ve optimize edilmiş bir hava aracında entegre faydalı yükler ile istenilen görevin gerçekleştirilmesi mümkündür. Özellikle drone'un elektronik ekipmanlarının ve faydalı yüklerinin büyük bir kısmı gövdeyi oluşturan parçaların üzerine entegre edilmektedir. Bu nedenle hem ekipmanların hem de faydalı yüklerin drone'un istenilen görevi yerine getirip getiremeyeceği üzerindeki etkisinin incelenmesi kaçınılmazdır. Bu çalışmada, özgün tasarımlı drone'un gövde konstrüksiyonunu oluşturan karbon fiber malzemeden yapılmış parçaların statik analizi yapılmıştır. Bu analizler toplam deformasyon, şekil değiştirme ve gerilme açısından çok bölgeli, tetrahedron ve altıgen baskın yöntem ağ yapısı gibi farklı ağ yapılarıyla gövde parçaları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, bu çalışmada sunulan özgün tasarımlı drone'un gövde parçalarının karbon fiber malzemeler kullanılarak üretilebileceğini ve farklı görevlere uygun olacağını gösterdi.

Anahtar Kelimeler

Drone gövdesi, Stabilite, Karbon fiber malzeme, Statik analiz, Ağ örgüsü

Etik Beyan

Makale içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, • Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, • Bu çalışmada yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, • Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, • Bu çalışmada sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.

Static Analysis of Main Body Parts Designed Using Carbon Fiber Material for Hexacopter Structure Drone

Öz

Drones, which entered our lives with the development of technology, are used in many areas that make our lives easier today. It is seen the effect of drones in photography, cargo transportation, mapping, defense industry, and agricultural sectors. In order for the drones used in these areas to fulfil the desired task, the mechanical and static structure of the drone is of great importance along with the software and electronic cards used. It is possible to perform the desired task in a mechanically stable and optimized air vehicle with integrated payloads. In particular, most of the electronic equipment and payloads of the drone are integrated on the parts that make up the body. For this reason, it is inevitable to examine the effect of both equipment and payloads on whether the drone can perform the desired task or not. In this study, the static analysis of the parts made of carbon fiber material forming the construction of the body of the uniquely designed drone is carried out. These analyses were performed in terms of the total deformation, the strain, and the stress with different mesh structures such as multizone, tetrahedrons, and hex dominant method mesh were performed on the body parts. The results obtained indicated that the body parts of the uniquely designed drone presented in this study can be produced by using carbon fiber materials and they will be suitable for different missions.

Anahtar Kelimeler

Drone body, Stability, Carbon fiber material, Static analysis, Meshes

Kaynakça

• Akkurt, A. (2004). Waterjet Cutting Systems and Assessment of Their Industrial Applications. Journal of Polytechnic, 7(2), 129-132.
• Alarcin, S. (2020). Investigation of Ballistic Resistance of Ultra High-Density Polyethylene and Carbon Fiber Hybrid Composites. Technological Applied Sciences, 15(3), 29-40. https://doi.org/10.12739/NWSA.2020.15.3.2A0182
• Arslan, N., & Delice, E. K. (2020). Selection of Drones for Personal Users With The Kemıra-M Method: An Application. Journal of Industrial Engineering, 31(2), 159-179.
• Basmacı, G., & Yörük, A. S. (2020). Experimental Study on the Drilling of the Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites under Dry and Cryogenic Conditions. The Journal of Graduate School of Natural and Applied Sciences of Mehmet Akif Ersoy University, 11(2), 164-175. https://doi.org/10.29048/makufebed.745998
• Bayram, A. E. (2022). The Contribution of The Use Of (AUAV)/(UAV) In the Defense Industry to the National Economy. Master's thesis, Industrial Engineering, Altinbas University, Istanbul, Turkey.
• Deeraj, B. D. S., Mathew, M. S., Parameswaranpillai, J., & Joseph, K. (2020). EMI Shielding Materials Based on Thermosetting Polymers. In M. L. Kansal (Ed.), Materials for Potential EMI Shielding Applications (pp. 101-110). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817590-3.00006-3
• Demir, S., & Basayigit, L. (2020). Determination of Demonstrating Problematic Growth of Plants with Use Unmanned Air Vehicle (UAVs). Turkish Journal of Science and Engineering, 2(1), 12-22.
• F. Ates, R. Senol. (2023, 20 October). Innovative Studies in Engineering [Online]. Access: https://www.duvaryayinlari.com/Webkontrol/IcerikYonetimi/Dosyalar/muhendislikte-yenilikci-calismalar_icerik_g3706_GUl8Nwg4.pdf
• Huang, X. (2009). Fabrication and Properties of Carbon Fibers. Materials, 2(4), 2369-2403.
• Kavakli, N. (2018). The Use of Drones in Journalism: Possibilities, Possibilities and Possibilities of Drone Journalism. Erciyes Communication Magazine, 3(5), 160-172. https://doi.org/10.17680/erciyesakademia.34579
• Kuzu, F. (2018). Application of Different Control Methods to A Quadcopter Unmanned Aerial Vehicle. Master's thesis, Department of Mechatronics Engineering, Firat University, Elazig, Turkey.
• Oktay, T., & Şahin, H. (2017). Tricopter Features, Comparison with Other Unmanned Aerial Vehicles and Our Original Tricopter. In IV. National Aviation Technology and Applications Conference (pp. 1-6). Izmir, Turkey.
• Rajoo, P.G., Sultan, M.T.H., Łukaszewicz, A., Basri, A.A., Shah, A.U.M., Nayak, S.Y., Grzejda, R., & Holovatyy, A. (2023). The Development of UAV Airframes Made of Natural Fibers: A Review. Preprints, 2023070528. https://doi.org/10.20944/preprints202307.0528.v1
• Scott, J. E., & Scott, C. H. (2017). Drone Delivery Models for Healthcare. In Proceedings of the 50th Hawaii International Conference on System Sciences (pp. 3297-3304).
• Sımıon, I., Mıhailescu, R., Enache, I.C., & Ionita, E. (2023). Composite Material Testing for UAV Development. Materiale Plastice, 60(3), 1-10. https://doi.org/10.37358/Mat.Plast.1964
• Sundararaj, S., Dharsan, K., Ganeshraman, J., & Rajarajeswari, D. (2021). Structural and Modal Analysis of Hybrid Low Altitude Self-Sustainable Surveillance Drone Technology Frame. Materials Today: Proceedings, 37(2), 409-418. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.397
• Toptas, M., & Yilmaz, M. (2021). An Alternative Design for Fire Extinguishing: Smart Fire Extinguishing Bomb. Engineer and Machinery, 62(705), 806-829.
• Turğut, M., & Şeker, B. (2022). An Exploratory Study on The Use of Unmanned Aerial Vehicles (Uavs) In Transportation: Drone Transportation and Its Applications. Journal of Intelligent Transport Systems and Applications, 5(2), 169-187.
• Uz, U. (2019). The Production of Electronic Pharmaceutical / Irrigation System with an Unmanned Aerial Vehicle in Hexacopter Structure. Master's thesis, Department of Mechatronics Engineering, Istanbul Gelisim University, Istanbul, Turkey.
• Villi, O., & Yakar, M. (2022). Usage Areas and Sensor Types of Unmanned Aerial Vehicles. tiha, 4(2), 73–100. https://doi.org/10.51534/tiha.1189263
• Wu, X., & Wisnom, M. R. (2023). Compressive Failure Strain of Unidirectional Carbon Fibre Composites from Bending Tests. Composite Structures, 304, 116467.
• Yilmazer, M. (2023). Deep Learning Based Fault Detection in Rail Track Components from Images Taken by Autonomous Drone. Master's thesis, Department of Computer Engineering, Firat University, Elazig, Turkey.
• Yüksel, İ. (2020). Industry 4.0 And Agricultural Policies. Master's thesis, Istanbul Ticaret University, Department of Industrial Policy and Technology Management, Istanbul, Turkey.
• Zhang, J., Lin, G., Vaidya, U., & Wang, H. (2023). Past, Present and Future Prospective of Global Carbon Fibre Composite Developments and Applications. Composites Part B: Engineering, 250, 110463. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110463