Basitçe adım adım bir model uçağı nasıl tasarlarız nelere dikkat etmemiz gerektiğini açıklayacağım

29 Pages·2017·0.69 MB·Turkish

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  UÇAK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ
MODEL UÇAK KAVRAMSAL TASARIMI
BİTİRME ÇALIŞMASI
Ersel Aksoy
Uçak Mühendisliği
Tez Danışmanı: Öğr.Gör.Dr. Cemil KURTCEBE
1. GİRİŞ
Günümüzde gelişen ve küçülen teknolojik aygıtlar ve bu aygıtların yüksek
uygulanabilirlikleri sonucu insansız hava araçları giderek daha çok alanda
kullanılmaya başlanmıştır. Sınır kontrol, hava çekimleri, vurucu güç, düşman tespit
ve gözetleme, istihbarat vb. birçok amaçla insansız hava araçları etkin şekilde
kullanılmaktadır. Böylece tehlikeli görevler yerine getirilirken insan hayatı riske
edilmemekte ve görevler layıkıyla yerine getirilebilmektedir. Ülkemizde de insansız
hava araçlarına olan ilgi gün geçtikçe artmakta ve bu konudaki özgün tasarım
ürünlere daha çok bütçe ayrılmaktadır. Yine ülkemizde sınır karakollarımız tehlike
altındadır. Özellikle kritik durum ve zamanlarda karakol etrafında keşif yapmak,
herhangi bir intikal durumunda ise yolu gözetlemek hayati öneme sahiptir. İstanbul
Teknik Üniversitesi’nde aldığım mühendislik eğitimini kullanarak, bu açığı
gidermeye yönelik bir araç tasarımı bitirme çalışmasına konu olarak seçilmiştir.
Böylece gelecek vaat eden ve pazarı bulunan bir ürün üzerine çalışma yapılıp tecrübe
kazanılmış olacaktır. Bu çalışmada eksiklikler olabilir ancak genel itibari ile bu tarz
çalışmalara yardımcı olabilecek bir kaynak niteliğindedir.
Öncelikle yukarıda bahsettiğimiz görevleri yerine getirecek bir insansız hava aracının
kavramsal tasarımı yapılmıştır. Böylece sahip olması gereken görev
gereksinimlerinin tanımlanması, görüntüleme sistemi seçimi, ağırlık tahmini, kanat
yüklemesinin belirlenmesi, hava aracının konsept tasarımı yapılmıştır.
.

2. TASARIM
İnsansız hava araçları tasarımında bilinmesi gerekli olan değerler, teorik olarak veya
programlar kullanılarak sayısal olarak hesaplanabilir. Bir diğer yöntem ise, etkin
şekilde kullanılan, önceden tasarlanıp üretilen benzer özelliklere sahip olan
tasarımların, verileri kullanılabilir. Yapılan tasarım netleştikçe, başlangıçta alınan
verileri optimize edilebilir. Bu optimizasyon sonucu aracın verimi artar, sonuç olarak
elde edilen verileri tasarım sürecine başlarken alınan verilerin yerine konarak tekrar
hesaplama yapıldıkça araç daha verimli hale gelir. Anlaşılabileceği gibi tasarım
süreci sürekli olarak düzeltme yapılan ve kendini yenileyen bir süreçtir. Bu süreci
sembolize etmemiz gerekirse Şekil 2.1 deki gibi bir tasarım döngüsü ortaya çıkar.
Şekil 2.1: Tasarım diyagramı
Tasarım diyagramında görüldüğü gibi tasarım süreci sürekli kendini yineleyen ve
birbiriyle bağıntılı başlıklardan oluşmaktadır. Tasarım başlangıcında tasarlanmak
istenen aracın gereksinimleri açıkça belirlenir. Böylece tasarım süresince bu
ihtiyaçları sağlayabilen bir araç tasarlanmaya çalışılır. İhtiyaçlar belirlendikten sonra
kavramsal tasarım sürecine geçilir. Bu sürecin ardından tasarım analizi yapılır, eğer
3
tasarım ihtiyaçları karşılayamayacaksa tekrar kavramsal tasarım sürecine dönülür.
Yapılan değişikliklerin ardından tasarım analizi tekrar yapılır ve ihtiyaçların
karşılandığı görülür. Ardından boyutlandırma ve iyileştirme kısmına geçilir ve
ihtiyaçlar karşılanmaya çalışılır. Bu süreç sonunda ihtiyaçlar karşılanmıyorsa
kavramsal tasarım kısmına tekrar geçilir. Ancak tüm bu süreç sonunda yine de
ihtiyaçlar karşılanamıyorsa, ihtiyaçlardan taviz verilmelidir. Örneğin aracın uçuş
süresi çok uzun belirlendiyse, buna paralel olarak da ağırlık limiti düşük seçilmiş
olabilir. Mevcut teknolojide uçuş süresini sağlayacak ağırlıkta ve verimde batarya
henüz geliştirilmemiş olabilir. Bu durumda ihtiyaç önceliğine göre ya uçuş süresi ya
da ağırlık kısıtlamasından taviz verilebilir.
Anlaşıldığı üzere tasarım süreci ihtiyaçlar karşılanana kadar sürekli optimizasyon
gerektiren bir süreçtir. Ancak tüm bu süreç sonunda yine de ihtiyaçlar
karşılanamazsa, taviz verilme yoluna gidilebilir. Çalışmanın devam eden bölümlerde
sırasıyla; kavramsal tasarım, başlangıç tasarımı ve detaylı tasarım konu başlıkları
altında insansız hava aracı adım adım tasarlanmıştır. Tasarım aşamaları esnasında
sürekli optimizasyon yapılmıştır.
4
3. KAVRAMSAL TASARIM
Kavramsal tasarım sürecinde öncelikle uçağın teknik gereksinimleri belirlenir. Bu
gereksinimleri belirlerken, bu ürünün muhtemel müşterisi Türk Silahlı
Kuvvetleri’nin fikri alınabileceği gibi önceden tasarlanıp pazara sürülmüş araçların
özellikleri incelenilerek, fikir sahibi olunabilir. Görev gereksinimleri belirlendikten
sonra kavramsal tasarıma geçilir ve ardından tasarım sürecine başlanılır.
i
r
e
l
k
i
l
l
e
z
ö

k
i
n
k
e
t

n
ı
n
ı
r
a
l
ç
a
r
a
a
v
a
h

z
ı
s
n
a
s
n
i

r
e
z
n
e
B
:
1
3.
o
l
b
a
T
Tablo 3.2: DBF uçaklarının verileri
There Will Be
Aircraft GolfiTech The RFB ATA-12
Buzz
Reference Number(s) 3 4 2 7
ITU,Turke
Country IIT,Israel GIT, USA USC, USA
y
Conventio C-Wing
Configuration Conventional Flying Wing
nal Body
Payload Weight, Wp (kg) 1,42 0,55 0,2 2,02
Empty Weight, We (kg) 1,83 0,27 0,2 1,04
Battery Weight, Wf (kg) 0,33 0,1 0,31
16 cells of
8 cells
14 cells of the the
Battery Type 6-cell 700 KAN 400
Elite 1500 ARTTEC
2/3 AAA
H 1000
Maximum Take Off
3,26 0,82 0,4 3,06
Weight, W0 (kg)
T-Motor AXI 282
Powerplant (Motor) Neu 1107/6D Hacker A10-9L
T1805 6/12
Power (W) 220 45 60 384
8x6
Propeller CAM 14x9 APC 6x5.5 APC 15x7
9x4.7
Wing Span (m) 1,99 0,71 0,56 0,99
Wing Area (m^2) 0,46 0,16 0,03 0,15
Wing Aspect Ratio 8,7 3,2 4 7,3
Wing Taper Ratio 1 1 1 0,5
Sweep Angle (c/4) 0 30 0 15
Airfoil (root) S1223 Fauvel BA-527-LS PATO 100
Airfoil (tip) S1223 Fauvel BA-527-LS PATO 100
Flaps Flaperon Elevon Aileron Aileron
CL,max 2,2 0,52 1,5 1,66
NACA
Horizontal Tail Airfoil NACA 0012 None OTAP 408
0010
NACA
Vertical Tail Airfoil NACA 0012 None OTAP 408
0010
Max. Wing Loading, W0/S,
8,15 5,13 5,37 10,05
(kg/m2)
Power to Weight Ratio
93,25 54,88 150 125,49
(W/kg)
Cruising Speed (m/s) 17,06 29,26 27,43
Stalling Speed (m/s) 4,57 9,05 8,5 10,97
Endurance (minutes) 5 5 5,5 5,1
Şekil 3.1: Kanat açıklığı-W grafiği
0
Şekil 3.2: W -uçuş süresi grafiği
0
3.1 Görev Gereksinimleri
Görev gereksinimlerini belirlemek amacıyla, benzer görevler için önceden tasarlanıp
üretilen 21 adet insansız hava aracının bilgileri Tablo 3.1 ‘de listelenmiştir.
Görüldüğü üzere araçlar yaklaşık olarak ortalama değerleri 3 kg, kanat açıklığı 2 m,
uçuş süresi 77 dakika, faydalı yükü ise 600 gr olarak hesaplanmıştır. Uçakların
hemen hepsi elden atılarak kalkış yapan ve elektrik motoru ile çalışan insansız hava
araçlarıdır. Çalışmada ise amaçladığımız uçağın özellikleri bu doğrultuda olacaktır.
Uçağın teknik özellikleri;
Araç elden kalkış yapacaktır.
Aracın toplam kütlesi maksimum 3 kg olabilir.
Kanat açıklığı maksimum 2 m olabilir.
Özet yazısında belirtildiği üzere uçuş süresinde amaçlanan 2.5 saattir.
Bu teknik özelliklerde tasarımı en çok zorlayacak kısım hedeflenen 2.5 saatlik uçuş
süresidir. Yapılan pazar araştırmasında benzer uçakların ortalama uçuş süreleri 77
dk., maksimum 2 saat çıkmıştır. Bu durumda tasarım 2.5 saatlik uçuş süresi
ihtiyacının tasarımı en çok zorlayacak özellik olarak ön plana çıkmaktadır. Durumun
zorluğu ne kadar ön plana çıksa da mevcut ürünlerden bir adım daha iyi özelliklere
sahip araç tasarlamak, tasarlanan araca rekabet yeteneği verebilmek için bu zorlu şart
hedeflenmiş ve aracın bu teknik özelliği sağlayabilmesi için gerekli adımlar atılmış,
optimizasyonlar yapılmıştır.
3.2 Görüntüleme Sistemi
Aracımızın görev maksadı keşif ve gözetleme olmakla beraber araç gideceği
uzaklıkla doğru orantılı olarak görülmesi zorlaşacağı için üzerindeki kamera aynı
zamanda kumanda edilmesine de yardım etmektedir. Araç kabul edilebilir
çözünürlükte, donma veya duraklama yapmadan canlı akış ile yere video aktarımı
yapacak bir kamera sistemi ile donatılmalıdır. Ayrıca kullanılacak olan sistem
mümkün olduğunca az enerjiye ihtiyaç duymalıdır. Bu sayede uçak üzerine