İNSANSIZ HAVA ARACI KANAT TASARIMI BİTİRME ÇALIŞMASI. Tarık TURGUT. Uzay Mühendisliği

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ UÇAK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ İNSANSIZ HAVA ARACI KANAT TASARIMI BİTİRME ÇALIŞMASI Tarık TURGUT Uzay Mühendisliği Anabilim Dalı : Herhangi Mühendislik, Bilim Tez Danışmanı: Programı Dr. : Hüsnü Herhangi Barbaros Program SOYER MAYIS 2018

2 ÖNEMLİ NOT: Rapor un son hali değildir. Kırmızı ile belirlenen yerler sonradan düzenlenecektir. Tasarım ve analiz kısımlarında basit güncellemeler yapıldıktan sonra en yakın zamanda Sn. Jüri üyelerine mail yolu ile iletilecektir. İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ UÇAK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ İNSANSIZ HAVA ARACI KANAT TASARIMI BİTİRME ÇALIŞMASI Tarık TURGUT ( ) Uzay Mühendisliği Tez Danışmanı: Dr. Hüsnü Barbaros SOYER Anabilim Dalı : Herhangi Mühendislik, Bilim Programı : Herhangi Program MAYIS 2018

3 İTÜ, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesinin numaralı öğrencisi Adı SOYADI Tarık TURGUT, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten sonra hazırladığı BİTİRME ÇALIŞMASI BAŞLIĞI İNSANSIZ HAVA ARACI KANAT TASARIMI başlıklı tezini aşağıda imzaları olan jüri önünde başarı ile sunmuştur. Tez Danışmanı : Öğr.Gör.Dr. Hüsnü Barbaros Soyer... İstanbul Teknik Üniversitesi Jüri Üyeleri : Prof.Dr.Halit Süleyman TÜRKMEN... İstanbul Teknik Üniversitesi Dr.Öğr.Üye.Demet BALKAN... İstanbul Teknik Üniversitesi Teslim Tarihi : 28 Mayıs 2018 Savunma Tarihi : 11 Haziran 2018

4

5 Sevgili anneme ve sevgili babama, İnsan sevdiklerine en iyi yapabildiği şeyleri verirmiş derler. Şu ana kadar verebildiklerim arasında belki de üniversite hayatım en iyisi olmadı hiçbir zaman farkındayım. Ancak biliyorum ki çok zor şartlar altında beni yetiştirerek sağlam bir karakter, sağlam bir eğitim almamı ve buralara gelmemi sağlayan onlar olmasaydı belki de bugün bu yazıyı, bu tezi hiçbir zaman yazamıyor olacaktım. Kendilerine bu zorlu yolda her zaman yanımda oldukları için teşekkürü borç bilirim. Aileme, iii

6 iv

7 ÖNSÖZ Bu çalışma, bir insansız hava aracı kanadının başlangıç tasarım aşaması için statik analizlerle yapısal tasarımını içermektedir. Lisans çalışması olması bakımından sonuçlara hızlıca ulaşabilmek adına basit yöntemler kullanılmıştır. Böylelikle detay tasarım aşaması için bir girdi oluşturulmuştur. Kullanılan yöntemlerin basit olmasına rağmen, lisans öğrenimimin sonucu olarak ortaya çıkan bir eser olduğundan, edindiğim bilgi birikimimi çalışma konusunun dahilinde en kapsamlı şekilde kullanmayı ve çalışmayı iyi bir şekilde sunmayı amaçladım. Havacılık ve uzay alanında her ne kadar bütün terimleri tam olarak Türkçeleştirememiş olsak dahi, elimden geldiği kadar Türkçe terimler kullanmaya çaba sarfettim. Bu açılardan, benden sonraki öğrencilerin de, projelerinde yol haritası olması açısından kullanabilecekleri bir çalışmanın meydana geldiğini düşünüyorum. Bu bitirme çalışmasının ortaya çıkmasında emeği geçen ve bana lisans hayatıma başlarken yapısal tasarımı keyifli hale getirerek sevmemi ve sonrasında ilerlememi, kendimi geliştirmemi sağlayan değerli tez danışmanım Sayın Dr. Barbaros SOYER e, bu süreç içerisinde tasarım ve üretim anlamında üzerimde emeği olan diğer tüm Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi bünyesindeki hocalarıma ve her zaman yanımda olan sevgili aileme minnettarım. Haziran 2018 Tarık TURGUT v

8 vi

9 İÇİNDEKİLER Sayfa İTHAF... iii ÖNSÖZ... iv İÇİNDEKİLER... v KISALTMALAR... vi TABLO LİSTESİ... vii ŞEKİL LİSTESİ... viii ÖZET... ix SUMMARY... x 1. GİRİŞ Tezin Amacı İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.1 İnsansız Hava Araçlarının Kısa Tarihi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2.2 Günümüzde Kullanılan İnsansız Hava Araçları ve Özellikleri Hata! Yer işareti tanımlanmamış Anka General Atomics MQ-9 Reaper Bayraktar Taktik İnsansız Hava Aracı Hermes MALZEME... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 3.1 Kompozit Yapıl... Hata! Yer işareti tanımlanmamış Kompozit Yapıların Avantajları ve Dezavantajları... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 4. KANAT GEOMETRİSİNİN VE KANAT PROFİLİNİN BELİRLENMESİ... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 4.1 Kanat Geometrisinin Belirlenmesi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış Kanat Alanı Hesabı... Hata! Yer işareti tanımlanmamış Kirişlerin (Spar) Tasarımı Kanat Profilinin Belirlenmesi Hücum Kenarı ve Firar Kenarı Veter Uzunluğu, Kamburluk Hattı ve Kamburluk Oranı Kanat Profili Tercihi Kanat Yapısının Özellikleri Ok açısının belirlenmesi... Hata! Yer işareti tanımlanmamış Sivrilme oranı Dihedral açısı Kök ve uç kord hesaplaması YAPISAL TASARIM... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. KIRMIZI İLE BELİRLENEN YERLER DAHA SONRADAN EKLENECEK 6. TASARLANAN KANADIN ANALİZİ... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. KIRMIZI İLE BELİRLENEN YERLER DAHA SONRADAN EKLENECEK 7. SONUÇ VE YORUMLAR vii

10 KIRMIZI İLE BELİRLENEN YERLER DAHA SONRADAN EKLENECEK KAYNAKLAR viii

11 KISALTMALAR İHA TAI SEA FEM Kg Km h s W S b c Mpa CAD ANSYS CFD WB : İnsansız Hava Aracı : Turkish Aerospace Industries : Sonlu Eleman Analizi : Finite Element Method : Kilogram : Kilometre : Hour : Second : Weight : Wing Area : Wing Span : Chord : Megapascal : Computed Aided Design : Analysis System : Computational Fluid Dynamics : Workbench ix

12 TABLO LİSTESİ ( SONRADAN GİRİLECEK ) Sayfa Tablo1.1 : Tek satırlı ve kolonlar ortalanmış tablo... 2 Tablo 2.1 : Tablo ismi nokta ile bitirilmelidir Tablo3.1 :Yatay sayfada birden fazla satırlı tablo isimlendirme : önemli nokta satırların aynı hizadan başlamasıdır Tablo4.1:Tablo örneği Tablo5.1 : Beşinci bölümde örnek tablo Tablo6.1 : Altıncı bölümde tablo Tablo A.1: Ekler bölümünde tablo örneği x

13 ŞEKİL LİSTESİ ( SONRADAN GİRİLECEK ) Sayfa Şekil 1.1 : Model yapıları.... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Şekil 2.1 : Üst yapılar.... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Şekil 3.1 : Sinir hücresi, Zadeh (1965) ten uyarlanmıştır.... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Şekil 3.2 : Birden fazla satırlı şekil isimlendirmesinde önemli nokta satırların aynı hizadan başlamasıdır.... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Şekil 3.3 : Örnek şekil ismi nokta ile bitirilmelidir.... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Şekil 3.4 :Yatay tam sayfa şekil.... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Hata! Başvuru kaynağı bulunamadı.hata! Başvuru kaynağı bulunamadı.. Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Hata! Başvuru kaynağı bulunamadı.hata! Başvuru kaynağı bulunamadı.. Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Hata! Başvuru kaynağı bulunamadı.hata! Başvuru kaynağı bulunamadı.. Hata! Yer işareti tanımlanmamış. Şekil A.1 :Bölgesel haritalar: (a)yağış. (b)akım. (c)evapotranspirasyon... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. xi

14 İNSANSIZ HAVA ARACI KANAT TASARIMI ÖZET Bu bitirme çalışmasında asıl amaç, günümüz teknolojisinde belirli bir irtifa, yük ve göreve uygun şekilde üretilmesi planlanan bir insansız hava aracının literatür araştırması, devamında da kompozit yapılar ile güçlendirilmiş kanat profilinin, TAI tarafından üretilen ANKA aracının kanat profili ve özellikleri örnek alınarak geometrik tasarımı; tasarım sonrasında ise sonlu elemanlar modeli oluşturularak önceden belirlenmiş görev şartlarındaki yükleme koşullarında aerodinamik-yapısal analizinin yapılması ve ortaya çıkan verilerin doğrultusunda optimize edilmesi istenilmiştir. Tasarım programı olarak Autodesk Inventor 2018, analiz programı olarak ANSYS WB programlarından yararlanılarak kanat yapısal olarak güvenli hale getirilmiştir. Giriş kısmında, rapora genel bakış sunulmuştur. İnsansız hava araçları bölümünde insansız hava araçları ile ilgili genel veriler, tarihçesi ve ANKA tanıtıldı. Malzeme bölümünde bal petekleri de dahil olmak üzere kompozit malzemelerin tanımı, avantajları ve dezavantajları tartışılmaktadır. Bal peteğinin ve çift yönlü kompozit malzemelerin özellikleri listelenmiştir. Sonlu elemanlar yönteminde ise eleman tiplerinin özellikleri belirtilmektedir. Küresel örgü büyüklüğünün seçilmesi içinse yakınsama yapılmıştır. Analizin çözüm kısmında, sınır koşulu kiriş köklerine uygulanmıştır. Kirişler kök kenarlarından ankastre olarak mesnetlenmiştir. Ayrıca, farklı yükleme koşulları listelenmiştir. En kritik olanı analizler için seçilmiştir. Son olarak, sonuçlar kısmında hem statik, modal analizler hem de Tsai-Wu göçme kriterinin sonuçları hakkında yorumlar sunulmuştur. Bazı hata kriterleri hakkında kısa teorik bilgiler verilmiştir. Sonuçlar emniyet faktörü ve göçme açısından değerlendirilmiştir. Netice bölümünde ise yaptığımız değerlendirmenin sonuçları paylaşılmıştır. Son işleme kısmında, statik, modal analizler ve Tsai-Wu göçme kriteri konu alınmıştır. Bazı göçme kriterleri hakkında kısa teorik bilgiler içermektedir. Nihai değerlendirme, güvenlik faktörü ve başarısızlık kriteri ile ilgilidir. Raporda esinlenmiş olduğum ANKA insansız hava aracı, askeri çalışmalar için üretilmiş olup, detaylı kanat profili ve detaylı tasarım parametreleri gibi bilgilere yer verilmemektedir. Geometrinin modellemesi Autodesk Inventor da tamamlanmıştır. Analiz işlemleri ise ANSYS WB programında gerçekleştirilmiştir. xii

15 UNMANNED AIR VEHICLE WING DESIGN SUMMARY xiii

16 xiv

17 1. GİRİŞ İnsansız hava araçları, gerek askeri, gerek sivil alanlar olmak üzere günümüzde gözlem, haritalama, hasar tespit, arama kurtarma, yer belirleme, afet koordinasyon gibi alanlarda varlığını sürdüren ve gelecekte de günümüz şartlarına göre kulağa ütopik gelse de insan taşıma gibi insanlığı çok yakından ilgilendiren, hayatı kolaylaştırma amacı güden etkili sistemlerdir. I. Dünya savaşı döneminde uçakların gözlem yapma amaçlı kullanımı ile askeri alanda görev yapmaya başlayan hava araçları, sivil alanda da atmosferik ölçümler ve taşıma amaçlı kullanıldığı dönemler de olmuştur. Bu dönemlerde ve sonraki dönemlerde her ne kadar yapı malzemeleri ve aviyonik sistemler geliştirilmiş olsa da, zaman zaman teknolojinin yeteri kadar ilerleyememiş olmasından kaynaklı sıkıntılar, zaman zaman da aksi şekilde teknolojinin gelişmesi ile geliştirilen savunma sistemleri yüzünden bir çok hava aracı düşmüş ve ne yazık ki başta bir çok pilotun can kaybı olmak üzere, ciddi maddi ve stratejik kayıplara da sebebiyet vermiştir. İlk uçakların ağır olması, yüksek irtifalara ulaşamaması, uçuş sürelerinin kısa olması, çevresel etmenlere karşı dayanımının düşük olması gibi nedenlerin giderilebilmesi açısından günümüz uçakları olabildiğince hafifletilebilmek adına kompozit olarak tasarlanmaktadır. Aynı zamanda uçakların insansız olması ile can kaybı engellendiği gibi, pilotların veya mürettebatın düşman eline geçmesinden doğabilecek diğer olumsuz etkilerin de önüne geçilmiş olundu. Kompozit yapıların sayesinde ise uçaklar istenilen doğrultuda güçlendirilebilmekte ve ağırlığı önemli oranlarda düşürülebilmektedir. Bu raporda, yalnızca mevcut IHA kompozit kanatlarının yeniden tasarlanması değil, aynı zamanda yeniden analizlerinin yapılıp optimize edilerek, TAI ANKA insansız hava aracı ile kıyaslanılması hedef alınmıştır. Rapor basitleştirilmiş kanat geometrisi, tabaka sayısı ve yönelimi belirlenmiş kompozit malzeme, sonlu eleman modeli ve önceden belirlenmiş yükleme koşullarını içermektedir. İnsansız hava araçları bölümünde insansız hava araçları ile ilgili genel veriler, tarihçesi ve ANKA tanıtılmaktadır. 15

18 Ön işlem; malzeme bölümü ile başlamaktadır. Bal petekleri de dahil olmak üzere kompozit malzemelerin tanımı, avantajları ve dezavantajları verilmiştir. Bal peteğinin ve çift yönlü kompozit malzemelerin özellikleri tablolanmıştır. Sonlu elemanlar yönteminde ise eleman tiplerinin özellikleri belirtilmektedir. Küresel örgü büyüklüğünün seçilmesi içinse yakınsama yapılmıştır. Analizin çözümlenmesi aşamasında, kiriş köklerine sınır koşulu uygulanmıştır. Kirişler kök kenarlarından ankastre olarak mesnetlenmiştir. Ayrıca, farklı yükleme koşulları listelenmiştir. En kritik olanı analizler için seçilmiştir. Son olarak, sonuçlar kısmında hem statik, modal analizler hem de Tsai-Wu göçme kriterinin sonuçları hakkında yorumlar sunulmuştur. Bazı hata kriterleri hakkında kısa teorik bilgiler verilmiştir. Sonuçlar emniyet faktörü ve göçme açısından değerlendirilmiştir. Netice bölümünde ise yaptığımız değerlendirmenin sonuçları paylaşılmıştır. 1.1 Tezin Amacı Çalışmanın amacı, geometrik girdileri bilinen bir insansız hava aracı kanadının başlangıç tasarımı için benzer hava araçları referans alınarak özgün modelinin oluşturularak yapısal tasarımını ve aerodinamik-yapısal analizini gerçekleştirmektir. Çalışma, fazla detaya girilmeden basitleştirilmiş kanat geometrisi üzerinde çalışılarak yapıldığından dolayı, hızlı sonuç veren basit yöntemler içermektedir. 2. İnsansız Hava Araçları İnsansız hava araçları (İHA), yaygın olarak drone olarak da bilinen ve aynı zamanda Türkçe karşılığı insan operatörüne ihtiyaç duymayan, uzaktan kontrol edilebilen hava araçları olarak da bilinmektedir. Uçuşu, ya yerleşik bilgisayarlar tarafından ya bir pilotun yerdeki ya da başka bir aracın uzaktan kumandasıyla ya da otonom olarak kontrol edilir. Son dönemlerde otonom kontrol giderek daha fazla kendine yer edinmektedir. Bu araçlar savaş alanlarında veri toplamaktan daha da öteye giderek zor, kirli ve tehlikeli olarak adlandırılabilecek görevleri yapma amacıyla da günlük hayatımızda yer edinmeye başlamış bulunmaktadır. 16

19 Çeşitli şekil, ebat ve konfigürasyonlarda üretilen İHA lar, kullanıcının istekleri doğrultusunda geliştirilmekte ve üretilmektedirler. Askeri ve sivil marketlerde silah takviyesi ile saldırı, coğrafi bir bölgeyi gözlem, belirli bir nesneyi tespit ve takip, bölge haritalama, sınır kontrol, kargo, afet yönetimi gibi bir çok ana ve küçük görevlerin gerekliliklerini yerine getirebilmek adına kullanılmaktadırlar. İnsansız hava araçlarının bu görevlerini yerine getirilebilmesi hususundaki en önemli faktörler uzun süreli havada kalabilmek ve yüksek irtifalarda uçabilmektir. Tüm bu faktörleri en uygun şekilde karşılayabilmek için en önemli parametrelerden bir tanesi de sistemin hafif olmasıdır. Bu çalışmada ise hafifliği sağlayabilmek açısından tasarımımızda kompozit malzemelerden yapılmış bir kanat tasarlayıp daha sonrasında analizlerini gerçekleştireceğiz. Kompozit malzeme seçilmesinin sebebi ise örneklendirecek olursak İHA kanatlarının uzun ve ince yapıda olduğunu göz önünde bulundurduğumuz takdirde sertliği artırmak adına metal kullanılması ağırlığı artırmamız anlamına gelecektir. Tam tersi şekilde hafifletmek amacı ile plastik türevi malzemeler kullandığımız takdirde ise kanadımızın dayanımı düşerek uçağımıza binen yüklere karşılık verememesi anlamına gelmektedir. Bu durumda yüksek mukavemet ile ağırlık parametrelerini optimize ederek en doğru malzemeye ulaşmamız gerektiğinde başvurduğumuz adres kompozit malzemeler olmaktadır. 17

20 Görev tanımını önceden belirlemiş olduğumuz hava aracımızıa uygun olarak bir kanat geometrisi ve kanat yapısının tasarımı belirlenmiştir. Bu tasarımların modelleme işlemleri Autodesk Inventor 2018 programı aracılığı ile yapılmıştır. Daha sonrasında modellemesi yapılmış olan kanadımızın analiz ve bu analizin sonuçlarını elde edebilmek için ANSYS programı kullanılmıştır. Modellemesi yapılan kanadımıza ANSYS aracılığı ile gerekli kalınlık ve hacim ölçüleri girilmiş daha sonra ise kompozit malzememiz tanımlanmıştır. İstenilen yük tipleri modele uygulanılarak analiz sonuçları elde edilmiş ve raporumuza aktarılmıştır. 2.1 İnsansız Hava Araçlarının Kısa Tarihi Pilotsuz hava aracı kavramı günümüzde her ne kadar yeni bir teknolojiymiş gibi görülse de aslında çok da yeni bir kavram değil. Drone kavramı 1800 lü yılların ortasına kadar uzanmaktadır. Avusturyalılar, bomba yüklü balonları Venedik e yolladıkları dönemlerde bir nevi insansız ilk hava araçlarının adımını atmış bulunmuşlardı. Aslında günümüzdeki drone ların inovasyonu 1900 lü yılların başlarında başlamış ve aslen askeri personel yetiştirme amaçlı kullanılmıştır yılında Amerikalı bir mucit olan Elmer Sperry uçuş halindeki araçların dengesini korumak amacıyla günümüz sistemlerinin de atasını teşkil eden cayroskopik aletler dizayn etmeye başlamıştı. Bu gelişmelerin doğurmuş olduğu olanaklarla beraber Amerika uçan torpido üzerine çalışmalarına başlamıştır. Western Electric Company tarafından geliştirilen radyo kontrolü, dönemin ilkel cayroları üzerine eklenince de uçuşlardaki doğruluk oranı artmakla beraber gelecek 80 yıl boyunca uzaktan kontrol edilebilir uçakların da geliştirilmesi için büyük bir adım niteliğindedir. [REFERANS] ( Zaloga, Steven, Unmanned Aerial vehicles, Osprey Publishing, Londra, 2008, s. 4-5 ) Güçlendirilmiş insansız hava aracı için en erken girişim, AM Low un 1916 yılında geliştirdiği Aerial Target idi. Birinci Dünya Savaşı esnasında ve devamında bir çok uzaktan kontrol edilebilen uçak geliştirildi. İlk ölçekli uzaktan pilotlu araç 1935 yılında model uçak sevdalısı ve aynı zamanda film yıldızı olan Reginald Denny tarafından geliştirilmiştir. Ayrıca, uçaksavar topçularını eğitmek ve hava saldırılarını yönetmek amacıyla 2.Dünya Savaşında teknolojinin geliştirilmesine hız verilmiştir. Dönemin Almanyası ayrıca savaş esnasında çeşitli İHA lar üretti ve kullandı. [2] (?) 18

21 İki savaş arasındaki dönemde pilotsuz uçakların geliştirilmesi ile birlikte, güdümlü silahların doğmasına sebep olunmuştur. Bu yeni geliştirilen sistemler yardımı ile pilotsuz radyo kontrollü drone lar artık hem güdümlü bir mermi gibi gönderilebilecek, hem de tekrar kullanılmak üzere hava üssüne geri dönebilecekti. [REFERANS] ( Zaloga, Steven, s.7) Soğuk savaşla beraber insansız hava araçlarının gelişimi II. Dünya Savaşı sonrasında da devam etti ve özellikle güdümlü silahlar üzerindeki çalışmalar hız kazanmıştı. Ancak 1950 lerin ortalarında dronelar yeni yararlı yüklerle donatılarak farklı alanlarda kullanıma başlamıştır. Günümüzdeki en yaygın kullanım amacı olan keşif, gözlem ve yer belirleme için kameraların entegre edilmesi bu dönemde başlamıştır. Tüm bu keşifler ve ilerlemeler sonrasında, daha uzun süre havada kalabilen, daha uzaktan kontrol edilebilen, her türlü hava şartlarında görevini yerine getirebilen araçlar geliştirilerek kullanıma sunuldu. İnsansız hava araçlarının yaklaşık 100 yıllık bu gelişimi modern havacılığın tarihiyle neredeyse özdeştir. Şu anki gelinen noktada teknoloji ve kullanım alanlarının gelişmesinde uçan torpidoların ve saldırı dronelarının etkisi kanıksanamaz niteliktedir. 19

22 2.2 Günümüzde Kullanılan İnsansız Hava Araçları ve Özellikleri Anka ANKA, TAI tarafından Türk Silahlı Kuvvetleri için geliştirilmiş bir insansız hava aracıdır yılından günümüze aktif olarak kullanılmakta olan Anka, orta irtifa ve uzun süreli uçuşlar için üretilmiştir. Yaklaşık olarak 24 saat kadar iniş gerçekleştirmeden havada kalabilen Anka nın teknik özellikleri şu şekildedir: [REFERANS] [ 1- Kanat açıklığı: 17.3 m 2- Kanat alanı: 13.6 m^2 3- Uzunluk: 8 m 4- Nihai hız: km/s 5- Maksimum faydalı yük ağırlığı: 200 kg 6- İrtifa: 9500 m Şekil : Anka 20

23 2.2.2 General Atomics MQ-9 Reaper MQ-9 Reaper, General Atomics Aeronautical Systems tarafından geliştirilmiş Amerika Birleşik Devletleri Donanması için geliştirilmiş bir insansız hava aracıdır. Uzun uçuş süresi ve orta irtifa için üretilmiş ilk Avcı-İHA dır. Yaklaşık olarak 14 saat havada kalış süresine sahip MQ-9 Reaper ın teknik özellikleri şu şekildedir: [REFERANS] [ 1- Kanat açıklığı: 20.1 m 2- Uzunluk: 11 m 3- Nihai hız: 370 km/s 4- Maksimum kalkış ağırlığı: 4760 kg 5- İrtifa: m Şekil: MQ-9 Reaper 21

24 2.2.3 Bayraktar Taktik İnsansız Hava Aracı Bayraktar, Kale-Baykar ortaklığı tarafından Kara Kuvvetleri Komutanlığı için geliştirilmiş bir insansız hava aracıdır yılında TSK bünyesinde tüm testlerini ve kabul aşamalarını başarıyla tamamlayaran operasyonel kullanıma girmiştir. Orta irtifa ve uzun menzil sınıfı keşif, gözetleme ve hedef vurma gibi görevler için üretilen Bayraktar İHA nın teknik özellikleri şu şekildedir: [REFERANS] [ 1- Kanat açıklığı: 12 m 2- Uzunluk: 6.5 m 3- Seyir hızı: 130 km/s 4- Maksimum faydalı yük ağırlığı: 55 kg 5- İrtifa: 7620 m Şekil: Bayraktar 22

25 2.2.4 Hermes 900 Hermes, Elbit Systems tarafından İsrail Hava Kuvvetleri için geliştirilmiş bir insansız hava aracıdır. Hermes 450 üzerinden geliştirilen bu araç, birincil olarak keşif, gözetim ve haberleşme amaçları ile yaklaşık 30 saat üzerinde uçuş süresine sahiptir. Orta irtifa ve uzun menzil sınıfı olarak tanımlanabilen Hermes 900 ün özellikleri şu şekildedir: [REFERANS][ 1. Kanat Açıklığı: 15 m 2. Uzunluk: 8.3 m 3. Seyir Hızı: 220 km/h 4. Maksimum Faydalı Yük Ağırlığı: 350 kg 5. İrtifa: 9100 m Şekil: Hermes

26 3. MALZEME Giriş bölümünde de özetle bahsedildiği üzere, örnek olarak almış olduğumuz Anka kanadı kompozit malzemelerden üretilmiştir. Malzeme seçimi, tasarım esnasındaki önemli noktalardan birisidir. Malzeme bölümünde, kompozit malzemeler ve kompozit yapılarla ilgili genel özellikler ve bu özelliklerin İHA larda kullanımı üzerine durulmuştur. Kompozit malzeme seçimindeki avantajlar ve dezavantajlar örneklendirilmiştir. Tasarım malzemesi olarak seçtiğimiz karbon epoksi kompozitler hakkında da genel tanımlama yapılmıştır. Bal peteği sandviç yapılarının tanımı, avantajları ve dezavantajları konularına değinilmiştir. Son kısımda ise bazı sandviç yapıların başarısızlık modlarından bahsedilmiştir. 3.1 Kompozit Yapılar Mühendislik ve diğer benzer uygulamalar için kompozit malzemeler, iki veya daha fazla malzemeyi, bileşenler hala ayırt edilebilir ve tam olarak harmanlanmayacak şekilde birleştirilerek oluşturulur. Bu tip malzemelerde, farklı elemanların farklı güç ve yeteneklerinden yararlanılır. Örnek vermek gerekirse, çamur ve saman tuğlaları söz konusu olduğunda, çamur mükemmel bir bağlama malzemesi olmasının yanında sıkıştırmaya ve kuvveti zorlamaya dayanamaz. Bir diğer yandan saman, parçalanmadan veya kırılmadan sıkıştırmaya dayanabilir ve bu nedenle çamurun bağlanma hareketini güçlendirmeye yarar sağlar. Binlerce yılı aşkın süredir kompozit malzemeler insan oğlunun hayatında daha güçlü ve daha hafif nesneler oluşturmak adına bulunmaktadır. [REFERANS] [< >, alındığı tarih ] Uygulamalarda kullanılan kompozit malzemelerin bir çoğu iki bileşenden oluşmaktadır. Biri bağlayıcı veya matris, bir diğeri de takviye olarak adlandırılır. Takviye daha sert ve sağlam bir yapı oluştururken, matris takviyeyi belirli bir yerde bağlamaya yarar. Matris ayrıca, plastikler ile birlikte uzun cam lifleri ile bağlanarak fiberglas yapımında kullanılmaktadır. Özetle, kompozitler iyi bir gerilme mukavemeti ile kombine edilmiş mükemmel sıkıştırılabilirliğe sahiptir ve kullanıldığı bölgeyi geliştirmek ve güçlendirmek adına görev alır. 24

27 Şekil: Fiberle Güçlendirilmiş Kompozit Yapı Çeşitleri Havacılık ve uzay çalışmaları için üretilen parçalar, sıcaklık, dış kuvvetler ve su veya kimyasal erozyon gibi benzersiz streslere maruz kalmaktadırlar. Bir uçak inşa ederken, mühendislerin yolcuları yalıtabilecek ve koruyabilecek hafif, güçlü malzemelere ihtiyaçları vardır. Uçağın deriside küçük bir çatlak görüldüğünde saf metalden yapılmış bir uçak felakete neden olabilir. Öte yandan fiberglas, grafit ve diğer hibritler gibi güçlendirilmiş malzemelerin bir araya getirilmesi, türbülansı içeren durumlarda stres noktalarında daha güçlü ve daha az kırılma eğilimine sahip olacaktır. [REFERANS] [< malzemesi/icerik/kompozit. htm#kompozit MALZEMELERİN ÖZELLİKLERİ >, alındığı tarih ] Pek çok kompozit, katmanlar veya tabakalar halinde yapılmaktadır. Sandviç yapılar olarak adlandırılan bu yapılar, plastik tabakalar veya benzer bir bağlayıcı arasına sıkıştırılmış fiber takviyeler ile oluşturulmaktadır. Kompozitler, daha yüksek kaliteli malzemelerin geliştirilmesi ile birlikte şirketlerin daha büyük ve daha iyi uçaklar inşa etmesine olanak tanıyarak başta havacılık endüstrisi olmak üzere bir çok alanda devrim yaratmıştır. 25

28 Şekil: Sandviç Panelin Yapıştırılarak Elde Edilmesi Kompozit Yapıların Avantajları ve Dezavantajları Kompozit yapı malzemelerin özellikleri metallerden çok daha farklıdır. Kompozitler, metallerin aksine izotropik olmak yerine anizotropiktirler. Düşük özgül ağırlığı, en büyük avantajıdır. Ek olarak, korozyon direnci, ısı, gürültü ve elektriksel izolasyon üzerinde de iyi bir performans sergilemektedirler. Bir kısım avantajları hakkında detay vermek gerekirse, aşağıda gösterilmiştir: Yüksek Güç Kolay Şekil Verilebilirlik Korozyon Direnci Titreşim Sönümleme Bir diğer yandan dezavantaj olarak görülebilecek hususlar ise: İşlenmiş Metallere Kıyasla Daha Hassas ve Kolayca Hasar Görebilir Tamir Edilmesi Çok Zor Üretim Hassasiyeti Kaynaklı Kompozitin Güç Değişimi Nem Emicilik Pahalılık 26

29 Metallere kıyasla avantajları da dezavantajları da olan kompozit malzemeler, artan mukavemet, dayanıklılık, korozyon direnci, yorgunluk direnci ve hasar töleransı gibi özelliklere bağlı olarak hava-uzay endüstrisinde birçok uçak bileşeni için günümüzde metallerin yerine cazip bir alternatif haline gelmiştir. [REFERANS] [< >, alındığı tarih ] 4. KANAT GEOMETRİSİNİN VE KANAT PROFİLİNİN BELİRLENMESİ Şekil: Uçak Genel Görünümü 4.1 Kanat Geometrisinin Belirlenmesi Kanat geometrisi belirlenirken, kanatların dışarıdan maruz kaldıkları yüklere karşı dayanım sağlayabilmeleri açısından içeriden yapısal elemanlar ile desteklenmesi gerektiği de göz önünde bulundurulmalıdır. Bu elemanların genel hat ve özellikleri benzerlik içerse de hava 27

30 aracının gereksinimlerine göre kanat alanı, boyutu, malzeme seçimi, kanat profili gibi faktörler tasarımdan tasarıma değişkenlik gösterebilmektedir. Şekil: Uçak Kanat Yapısalı Kanat Alanı Hesabı Uçak kanatları birçok farklı biçimde olabilmektedir. Dikdörtgen, üçgen, yamuk hatta uzay mekiği gibi karmaşık yapılarda dahil olmak üzere. Bir kanadın ne kadar yükseleceğini veya kanada binen yükün ne kadar olacağını hesaplamak için ise bu şekillerin herhangi birinin alanını hesaplamamız gerekmektedir. Alan hesabı ise basit geometri hesaplamaları ile yapılabilmektedir. Örneğin dikdörtgen şeklindeki bir kanat alanını, kanat açıklığı (span s ) ile veter uzunluğunun (chord c) çarpımına eşittir; A = s*c Üçgen şeklindeki bir kanat alanı hesaplaması ise veter uzunluğunun (c) köke ve uca olan uzaklıklarının toplamı ile kanat açıklığının (s) çarpımına eşittir; A = 0.5* [ct + cr]*s Karmaşık geometrili kanatlarda ise kanat parçalara bölünerek ve her bir parçanın alanı ayrı ayrı hesaplanılarak bulunabilir. 28

31 Şekil: Örnek Kanat Alanları 29

32 4.1.2 Kirişlerin (Spar) Tasarımı Kanat tasarımında en önemli yapısal üyelerden bir tanesidir denilebilir. Kanadın maruz kaldığı yükü boydan boya gövde üzerinde yaymayı sağlar. Genellikle önde ve arkada kullanılmak üzere çeşitli pozisyonlarda tasarlanarak kanat üzerinde oluşan eğilme momenti büyük ölçüde kontrol edilebilir. Çalışmamız kapsamında C-kesitli kiriş kullanılacaktır. Şekil: C Kiriş 4.2 Kanat Profilinin Belirlenmesi Bir akışkan içerisinde hareket eden kanat, pervane, dümen gibi nesnelerin iki boyutlu enine iç kesitine kanat profili (airfoil) adı verilmektedir. Kıvrımlı veya düz, genellikle de damla şeklinde dizayn edilmiş kesitler bulunmaktadır. Kanat şeklinin bir sonucu olarak, kanat yüzeylerinde bir hız farkı meydana gelmektedir. Meydana gelen bu farkın sonucunda ise üst ve alt yüzeyler arasında bir basınç farkı oluşmaktadır. Bu basınç farkının yardımı ile de kanat üzerinde kaldırma kuvveti meydana gelmektedir. Yani bu da demek oluyor ki seçmeyi düşündüğümüz kanat profili kaldırma kuvvetini doğrudan etkileyen bir faktördür. Amaca uygun kanat profilini seçmek hususunda dikkatli olunması gerekmektedir. Enine kesiti alınmış bir kanat profilini inceleyecek olursak; 30

33 Şekil: Enine Kesit Alınmış Kanat Profili Hücum Kenarı ve Firar Kenarı Kanat profilinin uçuş doğrultusu ve yönünü ele aldığımızda en ön taraftaki ve arka taraftaki noktalarına sırasıyla, hücum kenarı (leading edge) ve firar kenarı (trailing edge) adı verilir. Hücum kenarı için konuşacak olursak eğer, yüksek hızlarda uçacak bir hava aracına keskin bir tasarım, nispeten daha düşük hızlarda hareket eden uçaklar içinse kaldırma kuvveti üretmek adına kalın ve dolgun şekilde olmalıdır. Firar kenarı ise araç alt ve üst yüzeyinden geçen hava akışının birleştiği kısımdır. Firar kenarı tasarımı da en az hücum kenarı kadar önem arz etmektedir. Alt ve üst yüzey boyunca akan havanın, kanadın konumundan bağımsız olarak mümkün olduğunca az türbülans ile birleşmesi uçuş verimini artıracaktır. Kanat profillerinin firar kenarının sivri olması hususu ise, aerodinamik taşımanın oluşması ve kalitesi açısından önemlidir Veter Uzunluğu, Kamburluk Hattı ve Kamburluk Oranı Hücum ve firar kenarlarından geçen hatta ise veter hattı denilmektedir. Bu iki kenar arasındaki uzaklığa ise veter uzunluğu ismi verilmektedir. Veter boyunca kanat profilinin alt ve üst yüzeyleri arasında kalan bütün orta noktaların birleştiği eğriye kamburluk hattı denilmektedir. Bu hattın veter çizgisine olan dikey uzaklığına ise kamburluk denilmektedir. Kamburluk oranı ise maksimum kamburluğun veter boyuna oranı ile hesaplanmaktadır Kanat Profili Tercihi 31

34 Tüm bu bilgiler doğrultusunda düşük hıza sahip ve ağırlığı fazla olan hava aracımızda yapacağımız çalışma için seçmemiz gereken kanat profilimiz; yüksek kaldırma kuvveti olan, stall hızının düşük ve stall açısının ise yüksek olduğu bir kanat profili olmalıdır. Bu sebepten dolayı kalın kanat profili (18% > t/c > 15%) kullanılmalıdır. Tablo: Taşıma Kalınlık Oranı Tablo: Kanat Profilleri [REFERANS][ h=2&cl_low=0.5&contains=&items_per_page=50&lod_high=100&lod_low=50&sort=lod_re verse&thick_high=17&thick_low=12] 32

35 Tablodan da göreceğimiz üzere, ses altı uçuşa elverişlilik açısından kalınlığın, L/D oranının ve stall açısının en yüksek olduğu kanat profili olan NASA/LANGLEY NLF(1)-0416 tasarlayacağımız olan kanadımızın profili olarak belirlenmiştir. Şekil: NASA/LANGLEY NLF(1)-0416 Kanat Profili [REFERANS][ Kanat Yapısının Özellikleri Bu kısımda uçuş özelliklerini Anka İHA ile benzer özelliklerde olan hava aracımızın kanat yapısı ile ilgili özelliklerini tartışıp belirleyeceğiz Ok Açısının Belirlenmesi Kanadın yanal ekseni ile çeyrek veter hattının arasında kalan açı ok açısıdır (sweep angle). Ok açısının kullanım amacı genel olarak uçağın kritik mach sayısını artırmaktır. Transonik/süpersonik hızlarda kanat üzerindeki akışın düzenlenmesi, türbülansın azaltılması ve verimin yükseltilmesi amaçlanır. Ancak bizim tasarlamayı planladığımız uçağın seyir özellikleri olarak 200 m/s civarında hız ve 9500 m (30000 ft) yükseklik alındığında ve bu koşullardaki Mach sayısı, M ~ 0.2 olduğu için bu seyir hızlarındaki görevler için ok açısı 33

36 vermenin bize katkılarından çok zararı olacaktır. Bu yüzden bu çalışmada veter ok açısı 0 olarak ele alınmıştır Sivrilme Oranı Kanat ucu veter uzunluğunun kanat kökü veter uzunluğuna oranı sivrilme oranıdır. Dikdörtgen yapılı kanat tasarımlarında ağırlık merkezi genel olarak ortalarda gözlemlenirken, sivri uçlu kanatlar için gövdeye doğru kaymış bulunmaktadır. Gövdeye kayan ağırlık merkezi ise eğilme momentini azaltarak sparlara daha az yük binmesini sağlayacaktır. Bu durum küçük spar kullanılmasına, dolayısıyla da ağırlığın bir nebze daha azaltıldığı anlamına gelmektedir. Bu yüzden İHA lar gibi uzun süreli uçuş yapacak araçlarda sivrilme oranı ciddi bir öneme sahiptir. Şekil: Ok Açısı / Sivrilme oranı Grafiği Yukarıda vermiş olduğumuz grafiğe göre 0 derece ok açısına denk gelen açıklık oranımız 0.45 tir. 34

37 λ = ck/cu = Dihedral Açısı Ses altı seyir hızı olan, üstten kanat ve ok açısı olmayan kanadımız için 0-2 arasında değişim gösteren dihadral açımızı, bu çalışmada tasarladığımız kanat için 0 olarak belirledik Kök ve Uç Kord Hesaplaması Örnek almış olduğumuz TAI Anka IHA için belirlemiş olduğumuz 17.3 m kanat açıklığı, 13.6 m 2 kanat alanı ve 0.45 lik sivrilme oranımızı kök ve uç kord hesaplamasında kullandığımız takdirde; Ck = Kök Kord Cu = Uç Kord Cu = 0.45 Ck S = b Ck + Cu 2 = 17.3 Ck = 1.1 m 1.45 Ck 2 = 13.6 Cu = 0.5 m 35

38 5. YAPISAL TASARIM Autodesk Inventorda tasarlanmış olan kanat profilinin ekran görüntüsü 36

39 6. TASARLANAN KANADIN STATİK ANALİZİ Analizi yapılmak üzere Ansys üzerinde çalıştırılmış kanat tasarımı. 7. SONUÇ VE YORUMLAR 37

40 KAYNAKLAR (DEĞİŞTİRİLECEK) Abrahart, R. J.ve See, L.(1998).Neural Network vs. ARMA Modelling: Constructing Benchmark Case Studies of River Flow Prediction.In GeoComputation 98.Proceedings of the Third International Conference on GeoComputation, University of Bristol, United Kingdom, Eylül (CD-ROM). Abrahart, R. J. ve See, L.(2000).Comparing neural network and autoregressive moving average techniques for the provision of continuous river flow forecasts in two contrasting catchments, Hydrolog.Process.,14, Acar, M. H. ve Yılmaz, P.(1997).Effect of tetramethylthiuramdisulfide on the cationic poymerization of cylohexeneoxide, The 2 nd International Conferences on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering, Orlando, Florida, USA, Nisan. Box, G. E. P. ve Jenkins, J. M. (1976).Time Series Analysis: Forecasting and Control. Holden-Day, San Francisco, CA. Burger, J., Gochfeld, M., Jeitner, C., Burke, S., Stamm, T., Snigaroff, R.,ve Weston, J. (2007). Mercury levels and potential risk from subsistence foods from the Aleutians. Science of The Total Environment, 384, doi: /j.scitotenv Burke, W.F. ve Uğurtaş, G.(1974). Seismic interpretation of Thrace basin, TPAO internal report, Ankara, Turkey. Burlando, P., Rosso, R., Cadavid, L. G., ve Salas, J. D.(1993).Forecasting of Short-term Rainfall Using ARMA Models.J Hydrol.Cilt144, sayı. 1-4, Sf Deci, E. L. ve Ryan, R. M. (1991). An motivational approach to self: Integration in personality. In R. Dienstbier (Ed.), Nebraska Symposium on Motivation: Vol.38. Perspectives on motivation (Sf ). Lincoln: University of Nebraska Press. LePichon, X. (1997).Kişisel görüşme. McCaffrey, R. and Abers, G. (1988). SYN3: A program for inversion of teleseismic body wave forms on microcomputers, Air Force Geophysics Laboratory Technical Report, AFGL-TR , Hanscomb Air Force Base, MA. Moore, C. (1991). Mass Spectrometry. In Encyclopedia of chemical technology (4. sürüm) (Cilt 15, Sf ). New York, NY: Wiley. Nelson, M.R.(1988). Constraints on the seismic velocity structure of the crust and upper mantle beneath the eastern Tien Shan, Central Asia, (doktora tezi),mit, Cambridge, MA. Roberts.S. ve Jackson, J.A.(1991). Active normal faulting in central Greece: An overview, in The Geometry of Normal Faults, Spec. Publ. Geol. Soc. Lond., 56, p , Eds. Roberts, A.M., Yielding, G. and Freeman, B., Blackwell Scientific Publications,Oxford. Sisaky, A., Golab, F. ve Myer, B.(1989).Rust resistant potatoes, United Kingdom Patent, No: tarih: Simpson, B. (Producer) (2004). The corporation [DVD]. Canada: Big Picture Media Corporation. 38

41 TS-40561(1985).Çelik yapıların plastik teoriye göre hesap kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. Wegener, D. T., Kerr, N. L., Fleming, M. A. ve Petty, R. E. (2000). Flexiblecorrections of juror judgments: Implications for jury instructions.psychology, Public Policy, & Law, 6, Wolchik, S. A., West, S. G., Sandler, I. N., Tein, J., Coatsworth, D., Lengua, L.ve diğ. (2000). An experimental evaluation of theory-based mother and mother-child programs for children of divorce. Journal of Consultingand Clinical Psychology, 68, Zuckerman, M. ve Kieffer, S. C. (baskıda). Race differences in face-ism: Does facialprominence imply dominance? Journal of Personality and SocialPsychology. Harper, E. B. (2007). The role of terrestrial habitat in the population dynamics and conservation of pond-breeding amphibians (doktora tezi). Adres: Star trek planet classifications. (t.y.). Wikipedia. Alındığı tarih: , adres: Url-1 < alındığı tarih: Url-2 < tarih: Vanden, G., Knapp, S.ve Doe, J. (2001).Role of referenceelements in the selection of resources by psychology undergraduates.journal of Bibliographic Research, 5, Alındığı tarih: , adres: 39

42 [1] Abrahart, R. J. ve See, L.(1998).Neural Network vs. ARMA Modelling: Constructing Benchmark Case Studies of River Flow Prediction.In GeoComputation 98.Proceedings of the Third International Conference on GeoComputation, University of Bristol, United Kingdom, Eylül (CD-ROM). [2]Abrahart, R. J. ve See, L.(2000).Comparing neural network and autoregressive moving average techniques for the provision of continuous river flow forecasts in two contrasting catchments, Hydrolog.Process.,14, KAYNAKLAR Numaralı gösterim, metin içindeki kullanıldığı sıra esas alınır. Bu bölüm 1satır aralıklı olarak yazılır. Bu bir nottur, çıktı almadan önce siliniz. 40

43 41