Kompozit bir insansız hava aracı (İHA) kanadının yapısal tasarımı ve sonlu elemanlar metodu ile analizi
Structural design of a composite unmanned aerial vehicle (UAV) wing and analysis with finite element method
- Tez No: 981180
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN ÖZKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Enerji sektörü, İnsansız hava aracı, Energy sector, Unmanned aerial vehicle
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması, insansız hava aracı (İHA) kanatlarının yapısal verimliliğinin artırılmasına yönelik olarak farklı kompozit malzeme konfigürasyonlarının karşılaştırmalı analizini konu edinmektedir. Çalışmada, S809 hava profiline sahip, 1 metre açıklığında ve 200 mm chord uzunluğundaki bir İHA kanadı modeli ele alınmıştır. Hedef, belirli bir aerodinamik yükleme altında (400 Pa) yapısal dayanım, kütle ve maliyet parametreleri açısından en uygun tasarım çözümünün belirlenmesidir. İki farklı yapı modeli değerlendirilmiştir. İlk modelde, tüm kanat yapısı epoksi matriksli tek yönlü (UD) cam elyaf ile modellenmiştir. İkinci modelde ise yalnızca iç taşıyıcı yapı (spar elemanı) karbon fiber ile modellenmiş; geri kalan bölgelerde cam fiber kullanılarak hibrit bir konfigürasyon oluşturulmuştur. Her iki model, ANSYS Workbench ortamında sonlu elemanlar yöntemiyle analiz edilmiş; uygulanan basınç yüklemesi altında elde edilen toplam deformasyon, gerilme ve şekil değiştirme değerleri karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçları, her iki yapının benzer düzeyde yapısal dayanım gösterdiğini ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, hibrit modelde toplam ağırlıkta yaklaşık %11,43 oranında bir azalma sağlanırken, maliyetin yaklaşık yüzde 82,3 oranında arttığı hesaplanmıştır. Bu bulgular, karbon fiberin yerel olarak stratejik bölgelerde kullanılmasıyla yapısal verimlilikte belirgin bir iyileşme elde edilebileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, bu tez çalışması, sınırlı maliyet artışıyla ağırlık azaltımının mümkün olduğunu gösteren ve yapısal yeterliliği koruyan hibrit bir kompozit tasarım yaklaşımı önermektedir. Ayrıca, bu tez çalışması ile hem literatüre hem de güvenlik, tarım, inceleme, ticaret, sınır güvenliği, askeri amaçlar, acil durum yönetimi, suç önleme vb. sektörlere katma değeri yüksek ürüne dönüştürülebilir yerli bir çıktı sunulacaktır. Bu tez çalışmasında önerilen tasarım modeli ve bu projede adapte edilen çeşitli tasarım uygulamaları çok çeşitli sektörlerdeki farklı kulvarların yanı sıra kompozit malzemelerin kullanıldığı diğer önemli sektörler için de değerli uygulamaların kapısını açacaktır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comparative analysis of different composite material configurations aimed at enhancing the structural efficiency of unmanned aerial vehicle (UAV) wings. The study focuses on a UAV wing model featuring an S809 airfoil, with a span of 1 meter and a chord length of 200 mm. The objective is to identify the most optimal design solution in terms of structural strength, weight, and cost under a defined aerodynamic loading condition (400 Pa). Two different structural models were evaluated. In the first model, the entire wing structure was modeled using unidirectional (UD) glass fiber reinforced with an epoxy matrix. In the second model, only the internal load-carrying component (spar) was modeled with carbon fiber, while the remaining regions were reinforced with glass fiber to create a hybrid configuration. Both models were analyzed using the finite element method (FEM) in ANSYS Workbench, and the resulting total deformation, stress, and strain values under the applied pressure load were comparatively assessed. The analysis results indicate that both configurations demonstrate similar levels of structural strength. However, the hybrid model achieved approximately a 11,43% reduction in total weight, while the material cost increased by %82,3. These findings reveal that the strategic and localized use of carbon fiber can significantly enhance structural efficiency. In conclusion, this thesis proposes a hybrid composite design approach that enables weight reduction while preserving structural integrity, with only a moderate increase in cost. Furthermore, this study provides a valuable domestic contribution that has the potential to be transformed into a high-value product for sectors such as security, agriculture, surveillance, commerce, border protection, military applications, emergency management, and crime prevention. The design model proposed in this research and the design strategies implemented throughout the project also open new avenues for application in various industrial domains where composite materials are widely utilized.
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
- Structural design, analysis and composite manufacturing applications for a tactical unmanned air vehicle
Kompozit bir taktik insansız hava aracının yapısal tasarım, analiz ve kompozit üretim uygulamaları
SERCAN SOYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALTAN KAYRAN
PROF. DR. NAFİZ ALEMDAROĞLU
- Structural optimization of the UAV composite wing-box by adaptive genetic algorithm methods
İHA kompozit kanat kutusunun uyarlanabilir genetik algoritma yöntemleri ile yapısal optimizasyonu
BERK GÜNDÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAFAK YILMAZ
- 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
- Bir taktik insansız hava aracı kanadının sonlu elemanlar ve deneysel analizi
Experimental and finite element analysis of a tactical unmanned air veichle composite wing
BAHTİYAR TAYLAN AKSONGUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU