Elektrik motorlu İHA pervanesi profilinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi ve deneysel analizi
Investigation of electric motor UAV propeller profile with computational fluid dynamics and experimental analysis
- Tez No: 935652
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ZAFER GEMİCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Deneysel analiz, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Pervaneler, İnsansız hava aracı, Experimental analysis, Computational fluid dynamics (HAD), Fans, Unmanned aerial vehicle
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İnsansız Hava Araçları (İHA), hem ticari hem de askeri alanlarda hızla gelişen ve yaygınlaşan bir teknoloji haline gelmiştir. Ticari uygulamalarda, lojistik, tarım, haritalama ve afet yönetimi gibi birçok alanda etkin çözümler sunarken, askeri alanda keşif, gözetleme ve operasyonel görevlerde stratejik avantajlar sağlamaktadır. Gelişen batarya teknolojisi ve fırçasız elektrik motorlarının yüksek verimliliği, mini İHA'ların daha uzun süreli ve yüksek performanslı uçuşlar gerçekleştirmesine olanak tanımaktadır. Bu sebeple kullanımları da giderek yaygınlaşmıştır. Birçok firma bu mini İHA'lar için elektrik motorlarıyla tahrik edilmek üzere mini pervaneler geliştirmektedirler. Sabit kanatlı bu araçlar için üretilmiş APC firmasının 5X5E pervanesi literatürde çokça incelenmeyen küçük boyutlarda ve yüksek devirlerde çalışan bir pervanedir. Bu tez çalışmasında, sabit kanatlı mini insansız hava araçlarında kullanılan küçük boyutlu ve yüksek devirde çalışan APC 5x5E pervanesinin performansı hem deneysel yöntemlerle hem de Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri ile incelenmiştir. Çalışma kapsamında, pervanenin farklı dönüş hızları ve serbest akış hızları altındaki itme (KT) ve moment katsayıları (KM) ve verim (η) deneysel olarak ölçülmüş, elde edilen sonuçlar HAD simülasyonları ile karşılaştırılmıştır. Deney düzeneği ve ölçüm sistemleri detaylandırılmış, belirsizlik analizi yapılarak sonuçların güvenilirliği değerlendirilmiştir. Yapılan çalışmada deneysel verilerde serbest akım hızının 0 ila 20m/s arasında %10'dan daha düşük toplam belirsizlikte deney sonuçları elde edilmiştir. Daha yüksek serbest akım hızlarında çıkan %24,75'lik belirsizliğin nedenleri tartışılmıştır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) verilerinde ise önceki literatürlere uygun olarak hesaplamalarda kabul edilebilen değerler içerisinde (%10'dan daha az) itme katsayısında (KT) en fazla %5,57, moment katsayısında (KM) en fazla %6,44 ve verimde (η) en fazla %9,03 farkla hesaplama değerleri elde edilmiştir. Tez toplam altı bölümden oluşmaktadır. Giriş bölümünde literatürde yer alan benzer çalışmalar incelenmiş ve bu çalışmanın özgün katkısı vurgulanmıştır. İkinci bölümde deney düzeneği ve kullanılan ekipmanlar, üçüncü bölümde ise deneylerin uygulama süreci açıklanmıştır. Dördüncü bölümde deneysel sonuçların belirsizlik analizi yapılmış, beşinci bölümde sayısal hesaplama yöntemleri detaylandırılmıştır, deney ve sayısal simülasyon sonuçları karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Altıncı bölümde ise elde edilen sonuçlar tartışılarak gelecekteki çalışmalara yönelik öneriler sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have rapidly become a developing and widely used technology in both commercial and military fields. In commercial applications, UAVs provide effective solutions in areas such as logistics, agriculture, mapping, and disaster management, while in the military field, they offer strategic advantages in reconnaissance, surveillance, and operational missions. Advances in battery technology and the high efficiency of brushless electric motors have enabled mini-UAVs to achieve longer flight durations and higher performance. For this reason, their usage has become increasingly widespread. Many companies have been developing mini propellers designed to be powered by electric motors for these mini-UAVs. The APC 5x5E propeller, manufactured for fixed-wing UAVs, is a small-sized and high-speed propeller that has not been extensively studied in literature. In this thesis, the performance of the APC 5x5E propeller, which is used in fixed-wing mini-UAVs and operates at small sizes and high rotational speeds, was analyzed using both experimental methods and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. Within the scope of the study, the thrust (KT), moment coefficients (KM), and efficiency (η) of the propeller were experimentally measured under various rotational speeds and freestream velocities, and the results were compared with CFD simulations. The experimental setup and measurement systems were detailed, and an uncertainty analysis was conducted to evaluate the reliability of the results. In this study, experimental results were obtained with a total uncertainty of less than 10% for free-stream velocities ranging from 0 to 20 m/s. The reasons for the 24.75% uncertainty observed at higher free-stream velocities have been discussed. In the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis, the computed values remained within the acceptable range (<10%) as established in previous literature, with a maximum deviation of 5.57% for the thrust coefficient (KT), 6.44% for the moment coefficient (KM), and 9.03% for efficiency (η). The thesis consists of six main chapters. In the Introduction chapter, similar studies from literature are reviewed and the original contribution of the present study is emphasized. The second chapter describes the experimental setup and the equipment used, while the third chapter explains the experimental procedure in detail. In the fourth chapter, the uncertainty analysis of the experimental results is presented. The fifth chapter focuses on numerical computation methods, and the results obtained from experiments and simulations are compared and evaluated. Finally, the sixth chapter discusses the conclusions drawn from the study and provides recommendations for future research.
Benzer Tezler
- Aerodynamic performance enhancement of a 27-inch APC propeller through geometric modifications
Geometrik değişiklikler yoluyla 27 inçlik bir APC pervanenin aerodinamik performansının artırılması
MEHMET EMİN ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Solar unmanned aerial vehicle design and production
Güneş enerjili insansız hava aracı tasarım ve üretimi
AHMET SEMİH PARLAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAYRİ ACAR
- Mini insansız hava aracı tasarımı ve üretimi
To design and built a mini unmanned aerial wehicle (UAV)
ÖNDER KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Havacılık ve Uzay MühendisliğiHava Harp Okulu KomutanlığıHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. O. ERGÜVEN VATANDAŞ
- Mini insansız hava araçları için bir fırçasız motor test sistemi geliştirilmesi
Development of a brushless motor test system for mini unmanned air vehicles
EZGİ ÇAKICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN DINDIŞ
- Adaptive control of a novel tilt-roll rotor quadrotor UAV
Adaptif dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi ve kontrolü
ABDULKERİM FATİH ŞENKUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ