PİEZOELEKTRİK EYLEYİCİ İLE TETİKLENEN GÜVE BÖCEĞİ KANADIN AERODİNAMİK KUVVET DENEYSEL OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

Benzer belgeler
DÖRT ÇUBUK MEKANİZMALI ÇIRPAN KANATLI HAVA ARACI YAPIMI, ANALİZİ VE TESTLERİ M.Gülay Şenol *

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

ÇIRPAN KANAT AERODİNAMİĞİNDE GİRDAPLARIN DENEYSEL VE SAYISAL OLARAK BELİRLENMESİ

Çırpan Kanat Aerodinamik Kuvvetlerinin Yapay Sinir Ağları ile Modellenmesi

3 BOYUTLU ÇIRPAN KANAT İÇİN ZAMANA BAĞLI AERODİNAMİK MODEL GELİŞTİRİLMESİ

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

Hava Aracının Üzerinden Titreşim Kaynaklı Enerji Hasatı Çalışmaları

AMFİBİ İHA GÖVDE PARAMETRELERİNİN SÜRÜKLEME KATSAYISI ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

AKILLI BİR PLAKANIN SERBEST VE ZORLANMIŞ TİTREŞİMLERİNİN KONTROLÜ

MODEL HELİKOPTER DÖNER KANAT SİSTEMİ İÇİN YER ETKİSİ DURUMUNDA PERFORMANS VE AKIŞ ARAŞTIRMASI

Dikey İniş/Kalkış Yapabilen Hareketli Kanatlı İnsansız Hava Aracının Tasarımı

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN ÖN TASARIM SÜRECİNDE AERODİNAMİK VE YAPISAL ANALİZLERİNİN EŞLENMESİ

İKİ BOYUTLU PARÇACIK GÖRÜNTÜLEMELİ HIZÖLÇER VERİLERİNDEN BASINÇ ALANI TAHMİNİ

HELİKOPTER ALT YAPILARININ DİNAMİK ANALİZİ İÇİN DÜŞÜK DERECEDE MODELLEME

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Musa DEMİRCİ. KTO Karatay Üniversitesi. Konya

AERODİNAMİK İTKİ OPTİMİZASYONU: SAYISAL VE DENEYSEL YAKLAŞIM

SENTETİK JET PARAMETRELERİNİN ELİPTİK PROFİL VE KANAT KESİDİ ÜZERİNDEKİ AKIŞIN KONTROLÜ İÇİN YANIT YÜZEYİ YÖNTEMİ İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ

ÇIRPAN KANAT KESİTLERİ İLE İTKİ ÜRETİMİNİN HESAPLANMASI VE DENEYSEL SONUÇLARLA KARŞILAŞTIRILMASI

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM KONTROLÜNDE ALGILAYICI VE UYARICI OLARAK KULLANILMASI

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

Prof. Dr. Yavuz YAMAN, Prof. Dr. Serkan ÖZGEN, Doç. Dr. Melin ŞAHİN Y. Doç. Dr. Güçlü SEBER, Evren SAKARYA, Levent ÜNLÜSOY, E.

Hava Yapıları Üzerinden Farklı Tip Piezoelektrik Malzemeler Kullanılarak Enerji Hasatı Çalışmaları

ODTÜ'DE YAPILAN İNSANSIZ HAVA ARACI ÇALIŞMALARI

100 kv AC YÜKSEK GERİLİM BÖLÜCÜSÜ YAPIMI

HAVACILIK VE UZAY MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVAR CİHAZLARI ALIM İŞİ TEKNİK ŞARTNAME. Genel Çalışma Koşulları: 0-40 C. Sıcaklık

GÖREVE UYUMLU KANATLARA SAHİP BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ, UÇUŞ TESTLERİ VE YAPISAL GELİŞTİRİLMESİ

1. Giriş. 2. Dört Rotorlu Hava Aracı Dinamiği 3. Kontrolör Tasarımı 4. Deneyler ve Sonuçları. 5. Sonuç

Huseyin Nafiz ALEMDAROGLU as of December 2016

SARSMA TABLASINA YERLEŞTİRİLMİŞ 3 KATLI HASARLI VE HASARSIZ ÇELİK YAPI MODELİNİN DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

YALIN PERVANE VE KANAL İÇİ PERVANE SİSTEMİNİN SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

UÇAK MÜHENDİSLİĞİ MÜFREDATI

GEMİ EĞİLME MOMENTİ ve KESME KUVVETİ KESİT ZORLARININ BUREAU VERITAS KURALLARI ve NÜMERİK YÖNTEM ile ANALİZİ

Düşük Süpürme Açısına Sahip Delta Kanat Modeli Üzerinde Oluşan Aerodinamik Karakteristiklerin İncelenmesi

Çırpan kanadın aerodinamik parametrelerinin deneysel olarak incelenmesi

GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GELĐŞTĐRME ÇALIŞMALARI

BOŞTA HAREKET DOĞRUSALSIZLIĞI BULUNAN, GÖREVE UYUMLU KONTROL YÜZEYLERİNİN ÇIRPMA YÖNÜNDEN İNCELENMESİ

DÜZ FLAPLI POZİTİF KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT PROFİLİNİN AERODİNAMİK PERFORMANSININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

SES-ÜSTÜ KANARD KONTROLLÜ FÜZELER İÇİN SERBEST DÖNEN KUYRUĞUN ŞEKİL OPTİMİZASYONU

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACI KANATLARININ AĞIRLIKLARININ İNCELENMESİ

KOMPOZĐT VE SANDVĐÇ KĐRĐŞLERDEKĐ HASAR ŞĐDDETĐNĐN TĐTREŞĐM BAZLI ANALĐZLER VE YAPAY SĐNĐR AĞLARI ĐLE TESPĐTĐ

İTME ANALİZİ KULLANILARAK YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ SİSMİK KAPASİTESİNİN İNCELENMESİ

DÜŞÜK VE ORTA OK AÇILI DELTA KANATLAR ÜZERİNDEKİ AKIŞIN PASİF AKITMA YÖNTEMİ İLE KONTROLÜ

BİR ÇIRPAN KANAT ETRAFINDA MEYDANA GELEN GİRDAP MEKANİZMASININ İNCELENMESİ

LAZER SENSÖRLERLE BİR ROBOTUN DOĞAL FREKANSLARININ VE STATİK ÇÖKMELERİNİN ÖLÇÜMÜ

ÇELİK PLAKALI ELASTOMERİK KÖPRÜ YASTIKLARININ DÜŞÜK SICAKLIK KAYMA DENEYLERİ

SIĞ SUDA YAN YANA SIRALI İKİ SİLİNDİR ARKASINDA OLUŞAN AKIŞ YAPISININ PASİF YÖNTEMLE KONTROLÜ 1

HARAKETLİ YÜK PROBLEMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

YAPI ZEMİN ETKİLEŞİMİ. Yrd. Doç. Dr Mehmet Alpaslan KÖROĞLU

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

2004 Üniversitesi Y. Lisans İnşaat Mühendisliği İzmir Yüksek 2008 Teknoloji Enstitüsü Doktora İnşaat Mühendisliği Ege Üniversitesi 2015

İSTANBUL BOĞAZI SU SEVİYESİ DEĞİŞİMLERİNİN MODELLENMESİ. Berna AYAT. İstanbul, Türkiye

PERDE DUVARLI MODEL BİR BİNANIN DİNAMİK DAVRANIŞINA YÖNELİK PARAMETRİK ÇALIŞMA

ŞEKİL DEĞİŞTİREN UÇAKLAR VE GELECEK

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

Derece Alan Üniversite Yıl Lisans Hidrodinamik, Gemi Model İstanbul Teknik Üniversitesi

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ : ASÜ MÜH. FAK. MAK. MÜH. BÖL AKSARAY

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Genel Laboratuvar Dersi Eğilme Deneyi Çalışma Notu

PERİYOT HESAPLAMASINDA P- ETKİSİ: SARSMA TABLASI DENEYİ

ÇIRPAN KANATTA KANAT PROFİLİNİN ETKİSİ

Ankara Ankara. kull lerden bahsedilmektedir. tematik modelin. (lead- pal,, yalpa hesaplamalara dahil edilmemesi yunuslama ; eyleyici kol rmektedir.

HELİKOPTER KANADININ ÇIRPINMA ANALİZİ

TÜMLEŞİK KANAT ELEMANI - HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE DİKEY RÜZGAR TÜRBİNİ PERFORMANSININ HESAPLANMASI

6. DENEY Alternatif Akım Kaynağı ve Osiloskop Cihazlarının Kullanımı

ANALİTİK MODEL GÜNCELLEME YÖNTEMİ KULLANILARAK KÖPRÜLERİN HASAR TESPİTİ

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYLERİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACIN KANATLARININ AERODİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

DENİZ PETROL TLP-TİPLİ PLATFORMUN MODEL DİNAMİK İNCELENMESİ

Volkan Nalbantoğlu. E-posta:

TMMOB Makina Mühendisleri Odası VIII. Ulusal Uçak, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Kurultayı Mayıs 2015 / ESKİŞEHİR

AÇIK VE AÇIK JET ODALI RÜZGAR TÜNELLERİNİN TASARIMI, ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYON SONUÇLARI

YÜKSEK HIZLI İŞ MİLLERİNİN TERMAL MODELLEMESİ

DÖNER KİRİŞ BENZERİ HAVACILIK YAPILARININ YAPISAL TESTİ İÇİN EYLEYİCİ YÜKÜ HESAPLAMA ALGORİTMASI VE ÇOK EKSENLİ TEST İLE DOĞRULANMASI

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Yrd.Doç.Dr Muhammet Vefa AKPINAR, PhD, P.E.

ÇEVRESEL TİTREŞİM VERİLERİ KULLANILARAK KEMER BARAJLARIN HASAR DEĞERLENDİRMESİ

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

Derin Çekme İşlemi Üzerine Kalıp Geometrisinin Etkisinin Sonlu Elemanlar Analizi

BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ KONVANSİYONEL OLMAYAN ESNEK KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ANALİZİ VE İÇ YAPISININ TASARIMI

Yrd. Doç. Dr. Tolga DEMİRCAN. Akışkanlar dinamiğinde deneysel yöntemler

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler

LANDSAT 7 UYDUSU İÇİN YÖRÜNGE ANALİZİ

Küçük Ölçekli Sarsma Tablası Test Modelleri için Uygun Ölçeklendirme Katsayısının Araştırılması

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

BİR JET EĞİTİM UÇAĞI KOKPİTİNİN YAPISAL ANALİZLERİ

AKILLI BİR KİRİŞİN STATİK AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞI

Düzlem Kafes Sistemlerin ANSYS Paket Programı ile Optimum Geometri Tasarımı

Hibrit ve Çelik Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışlarının Karşılaştırılması

DENEY FÖYÜ 4: Alternatif Akım ve Osiloskop

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

DENEY 7 DALGALI GERİLİM ÖLÇÜMLERİ - OSİLOSKOP

«Jant Kolu Arkası Boşluğunun Parametrik Tasarımı ve Optimizasyonu» «Parametric Modelling and Optimization Of The Spoke Back Side Cavity»

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

KÖPRÜ SARSMA DENEYLERİYLE ARAÇLARIN KÖPRÜ DEPREM DAVRANIŞI ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN İNCELENMESİ

DEĞİ KEN KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT KESİTİNİN 2-BOYUTLU AERODİNAMİK ANALİZİ

Transkript:

VI. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 28-30 Eylül 2016, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli PİEZOELEKTRİK EYLEYİCİ İLE TETİKLENEN GÜVE BÖCEĞİ KANADIN AERODİNAMİK KUVVET DENEYSEL OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI Fadile Yudum ÇÖMEZ 1 ve Dilek Funda KURTULUŞ 2 Orta Doğu Teknik Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Ankara ÖZET Bu çalışmada piezoelektrik eyleyici ile tetiklenen güve böceği ön kanadının ve dikdörtgen kanatların deneysel analiz sonuçları incelenmiştir. Bu çalışma kapsamında dikdörtgen plakaya ek olarak üç boyutlu güve böceği kanat profili de kullanılmıştır. Asıl amaç piezoelektrik malzemenin kanat üzerindeki hareket ettirici etkisiyle, düşük frekanslardan başlanarak frekans değerleri arttırıldıkça, frekans ve taşıma kuvveti arasındaki ilişkiyi analiz etmek ve kuvvet sensörüne etkiyen kuvvet değerini farklı frekanslarda ölçmektir. Piezoelektrik hareketinin kanat profili üzerindeki etkisi çırpma hareketi olarak oluşmaktadır. İki adet aynı boyutta ve farklı şekildeki kanat profili test edilmiştir. İlki güve böceğinin ön kanadıyla aynı olarak tasarlanmıştır, CAD çizimlerinden kanat profili çıkarılmış ve alüminyum alaşım plakadan üretilmiştir. Diğer kanat ise dikdörtgen şeklindedir. Ayrıca daha büyük boyutta bir dikdörtgen levha ile de sonuçlar karşılaştırılmıştır. Kanat profilleri için kuvvet ve momentler, çırpma frekansındaki değişimler sonucunda ölçülerek incelenmiştir. GİRİŞ Wu vd. (2008) çırpan kanatlı mikro hava araçlarının tam alanlı deplasman ölçümlerinin dijital görüntüleme teknikleriyle ilişkisini incelemek adına bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışma hava ve vakum ortamlarında olmak üzere iki kez tekrarlanmıştır ve çalışmada stroboskopik DIC (digital image correlation) deney düzeneği kurulmuştur. Düzenekte dört adet Flea2 kamera, 12 36 mm F2.8 C- lensler kullanılmıştır. Kalibrasyon işlemleri ise donanımsal uygunluklar göz önüne alınarak yapılmıştır. Kalibrasyon işlemi 5 Hz çırpma frekansı ve 90 derece çırpma büyüklüğü için gerçekleştirilmiştir. Çalışmadan beklenen en önemli ve gerekli adım, katı kanat (rigid wing) veya vakum içine yerleştirilen esnek kanattan (flexible wing) yeteri ve gerekli kaldırma kuvveti (lift) ve itme kuvvetini üretmemiş olmasıdır. Wu vd. (2010) 2008 yılında yaptıkları çalışmaya ek olarak kanat yapısını daha katı (stiff) hale getirmek için çeşitli denemelerde bulunmuşlardır. Aynı Zimmerman model kanadı en-boy oranı daha önceki çalışmayla aynı olacak şekilde kullanmışlardır. Deneyde fırçasız düz akım motoru kullanarak kanat düzeneğine iki çeşit hareket verilmiştir: ileri geri hareketi (öteleme) ve çırpma hareketi. Böylece aerodinamik kuvvetlerin ölçümünü ve kanatların kinematik deformasyonlarını kuvvet/moment sensörü ve hızlı kamera sistemiyle ölçümleyebilmişlerdir. Yaptıkları çalışmanın sonucunda aerodinamik kuvvetleri elde edebilmişler, aerodinamik kuvvetlerin kanat yapısında meydana getirdiği deformansyonları karakterize edebilmişlerdir. Deneysel çalışmaların yanı sıra Kurtulus vd. (2004,2005,2006) ve Kurtulus (2005, 2015, 2016) tarafından düşük Reynolds sayılarında birçok deneysel ve sayısal analizleri içeren çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Nagakalyan vd. (2013) üç farklı tipte (PMNPT, PZT- 5A ve PZT-5H) piezoelektirik malzeme için sonlu elemanlar metodunu kullanarak blok kuvvet ve 1 Doktora öğrencisi, Havacılık ve Uzay Müh., E-posta: yudum.comez@metu.edu.tr 2 Doç. Dr. Havacılık ve Uzay Müh., E-posta: funda.kurtulus@ae.metu.edu.tr

piezo ucunun deplasman hareketlerini incelemişlerdir. Piezoelektirik malzemelerin boyutları, geometrik şekilleri ve piezolara uygulanan voltaj değerleri aynı olup COMSOL yazılımı kullanılarak sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuştur. Sonlu elemanlar metodu analizlerini analitik metotlarla karşılaştırmışlardır. Karşılaştırmalarının sonucunda Alimünyum plaka üzerine yapıştırılan PMNPT piezoelektrik malzemenin blok kuvvet ve piezonun ucunun deplasman değerinin en iyi sonuçları verdiğine karar vermişlerdir. Nguyen vd. (2007) unimorph piezoelektrik malzemeyi çırpan kanat mekanizmasında kullanarak yaptıkları çalışmada iki farklı piezoelektrik malzeme kullanmışlardır (LIPCA-C3 ve THUNDER). Yaptıkları deneysel çalışmaların sağlamasını sonlu elemanlar metodu ile doğrulamışlardır. Böylece unimoprh piezoelektrik malzemelerin yarattıkları deplasman değerlerini karşılaştırabilmişlerdir. Ha vd. (2015) 3 boyutlu görüntü alabilen ARAMIS hızlı kamera sistemiyle yapay kanat modelinin yapısal analizidir. Yaptıkları deneysel çalışmayı ANSYS sayısal analiz programında sonlu elemanlar metoduyla sağlamışlardır. Deneysel çalışmada sinüs dalgasını belirli bir frekans aralığında tetikleyici (shaker) kullanarak kanada vermişlerdir ve hem deneysel hem de sayısal analizlerin sonuçları karşılaştırmışlardır. Çalışmanın sonucunda deneysel sonuçlara yakın sayısal analiz sonuçları elde etmişlerdir. Comez vd. (2015) arıkuşu ve dikdörtgen kanat profillerini piezoelektrik malzeme (PZT-5H) aracılığıyla çırpma hareketi yaptırmışlardır. Farklı frekanslarda sinüs dalga boyu verdikleri kanatları ARAMIS hızlı kamera ve ATINano kuvvet/tork sensör sistemlerini bir arada kullanarak kuvvet ölçümleri yanı sıra deplasman ölçümleri gerçekleşitirmişlerdir. Böylece doğal frekans ve maksimum deplasman arasındaki bağlantıyı incelemişlerdir. YÖNTEM Piezoelektrik Malzemenin Kullanıldığı Deney Düzeneği Deneyde kullanılan model güve böceğinin ön kanadıdır. Seçtiğimiz kanadın gerçek boyut ölçeği Şekil 1 de verilmiş olup, deneyimiz için küçük olan bu ölçeğe göre gerçek ölçü oranlarına adık kalarak kanat profilinin boyutu büyütülmüştür. Bu işlemi yaparken, kanadın uzunluğu ve ortalama kanat veter uzunluğunu hesaplanmıştır. Dikdörtgen plaka için de bu değerler kullanılmıştır (Çizelge 1). Ayrıca aynı boyutlardaki bu iki farklı kanat modeline ek olarak bir adet büyük dikdörtgen plaka modeli kullanılmıştır. Bu modelin değerleri de Çizelge 1 de gösterilmiştir. Piezoelektrik malzeme kullanılarak kanat modelleri voltaj yükseltici (amplifier) aracılığıyla A= 200 V genliğinde ve farklı frekanslarda zamana bağlı voltaj verilerek tetiklenmişlerdir. Bu sayede kanatlarda hareket oluşturulmuştur. Buna bağlı olarak piezoelektrik malzemeye girdi olarak verilen hareket Denklem 1 deki şekilde ifade edilmiştir. T A* (2 * f * t) (1) a) b) Şekil 1: a) Gerçek yetişkin dişi güve böceği kanadı (Sims vd., 2010), b) Örnek çizim olarak alınan kanat modeli (Combes vd. 2003). 2

Çizelge 1: Model kanatların özellikleri Model Kanat Ortalama Veter Çırpma uzunluğu [mm] uzunluğu [mm] frekansı [Hz] Güve böceği (Wu, 2010) 35-150 9-46 8-30 Deneysel düzenek için kullanılan güve böceği ön kanat modeli 65 35 - Deneysel düzenek için kullanılan dikdörtgen plaka 65 35 - Deneysel düzenek için kullanılan büyük dikdörtgen plaka 150 mm 50 - Şekil 2 de deneyde kullanılan kanat modelleri görülmektedir. Kuvvet/moment sensörünün kartezyen koordinat sistemine göre yerleştirilen kanatlar için sol alt köşedeki yönlerde konumlama yapılmıştır. Deneyler sonucunda elde edilen sonuçlarda z- yönünde kaldırma kuvveti, -x yönünde itme kuvveti oluştuğu gözlemlenmiştir. Şekil 2: Dikdörtgen ve Güve böceği kanat modellerinin 3D CAD çizimleri. Alüminyum malzeme kullanılarak kesilen kanat modelleri için 3 boyutlu CAD çizimleri yapılmıştır. Şekil 2 de verilen çizimlerden kesilen kanat modelleri üzerine piezoelektrik eyleyici yerleştirilmiştir ve kanatların boş uçları pleksi malzemeden hazırlanan Şekil 4 deki deney düzeneğine sensör aracılığıyla (ATI Nano) veri toplamak üzere tutturulmuştur. Şekil 3: Piezoelektrik malzeme (PIC 255) ve büyük dikdörtgen plaka. Piezoelektrik malzemenin kanat üzerindeki hareket ettirici etkisiyle, farklı frekans değerlerinde kuvvet ve deplasman arasındaki ilişkiyi analiz etmek bu çalışmanın amacıdır. Şekil 4 te görüldüğü üzere ODTÜ Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü nün Aerodinamik Laboratuvarında kurulan sistem ile kuvvet/moment sensöründen ölçüm alınan mekanizma daha önceki çalışmada başarı göstermiştir. Böylece kuvvet/moment sensöründen ölçümler aynı yöntem kullanılarak daha küçük boyutlarda hazırlanan dikdörtgen ve güve böceği kanat modelleri için de alınabilmiştir. Deneyin en önemli parçalarından biri olan tetikleme mekanizmasıdır. Çırpan kanat çalışmasında tetikleyici olarak piezoelektirik eyleyici kullanılmıştır. Daha önceki çalışmadan piezoelektrik 3

Şekil 4: Kuvvet/moment sensörü sisteminin kullanıldığı mekanizma. malzemenin kanat modelleri üzerinde çırpma hareketi oluşturabildiği gözlemlenmiştir. Bu çalışma içinde kanat modelleri yeni bir piezoelektrik eyleyici kullanılarak tetiklenecektir. Çizelge 2 de yeni deneysel kanat modelleri için kullanılacak olan piezoelektrik eyleyicinin ve kanat yapımında kullanılmış olan alüminyum plaka malzemelerinin özellikleri verilmiştir.piezoelektrik malzeme eğme özelliğinde olan büyük deplasman değeri veren türden seçilmiştir. Bu sayede kanat modelleri üzerine yapıştırılan piezoelektrik eyleyici sayesinde çırpma hareketi elde edilebilmiştir. Çizelge 2: Piezoelektrik eyleyicinin ve alüminyum malzeme özellikleri. Piezoelektrik Alüminyum Plaka Parametre Değerler Değerler Elastisite Modulü - 6.804E11 N/m 2 Uzunluk 4.5 cm 13 cm Genişlik 1.1 cm 3.5 cm Kalınlık 0.06 cm 0.04 cm Yoğunluk 7.80 g/cm 3 2.70 g/cm 3 Güve böceğinin ön kanadı ve iki farklı büyüklükteki dikdörtgen plaka modelleri daha önce yapılan çalışmalar için hazırlanmış olan test standı üzerinde modellerin kök veterinden tutturularak birleştirilmiştir. Böylece modellerin piezoelektrik eyleyici ile tetiklenmesi sonucunda yaptığı çırpma hareketinin gözlemlenmesi ve aynı zamanda kuvvet/ moment değerlerinin toplanması sağlanmıştır. DENEYSEL SONUÇLAR Altı adet serbestlik derecesinde veriler (x, y ve z düzleminde kuvvet ve momentler) sensör aracılığıyla toplanmıştır. Kanat üzerine yerleştirilen piezoelektrik eyleyici vasıtasıyla modelin ürettiği kaldırma kuvveti- frekans ve itme kuvveti - frekans arasındaki ilişki incelenmiştir. Temel olarak taşıma kuvveti (z yönündeki kuvvet) değerleri parametrik açıdan incelenmiştir. Toplanan veriler MATLAB da yazılan kod aracılığıyla işlenmiştir. Deneysel verilere ait sonuçlar elde edilmiştir. Sensör verilerine filtre uygulanmamıştır ve oluşan F z genliklerinin frekans ve çırpma periyodu değerlerine karşılıkları grafiklerde verilmiştir. 4

KALDIRMA KUVVETİ Güve Böceği: MATLAB aracılığıyla deneysel veriler okunarak güve böceği kanat modelinin z- yönlü maksimum kaldırma kuvveti (F z) genliği elde edilmiştir. Ayrıca Şekil 5 de görüldüğü üzere güve böceği kanat modelinin en yüksek genlikte tepe yaptığı frekans değeri doğal frekansı olarak alınmıştır ve bu frekans değeri de7 Hz olarak bulunmuştur. Güve böceğinin çırpma hareketinin doğal frekansında okunan z- yönlü toplam kuvvet genliği 0.144 N dur. Şekil 5: Güve böceğinin farklı frekanslarda z- yönündeki kuvvet genlikleri. Güve böceğinin pozitif net kaldırma kuvveti oluşturduğu Şekil 5 de ortalama F z -kuvveti ile gösterilmiştir. Bu durum bize güve böceğinin ön kanadının kaldırma kuvvetini oluşturulabileceğini göstermiştir. 5

a) b) c) d) Şekil 6: a) Güve böceğinin ilk tepe (peak) noktası (7 Hz) civarındaki 3 periyotluk kuvvet değişim grafiği, b) Güve böceğinin ilk tepe (peak) noktası (7 Hz) civarındaki 1 periyotluk kuvvet değişim grafiği. c) Güve böceğinin ikinci tepe (peak) noktası (10 Hz) civarındaki 3 periyotluk kuvvet değişim grafiği, b) Güve böceğinin ikinci tepe (peak) noktası (10 Hz) civarındaki 1 periyotluk kuvvet değişim grafiği. Şekil 5 deki grafik ile doğal frekansı belirlenen güve böceğinin bu frekans değerinde ve bu değer çevresindeki frekans değerlerinde periyota bağlı kaldırma kuvveti grafikleri elde edilmiştir. Şekil 6 a) ile üç periyotluk kısmı verilen kaldırma kuvveti grafiğinin 7 Hz en fazla kaldırma kuvveti oluşturduğu gözlemlenmiştir. Bir çırpma periyotu içinde güve böceği kanat modeli üç adet tepe yapmıştır. Doğal frekans değeri dışında 6 Hz ve 8 Hz frekanslarında elde edilen kaldırma kuvvetlerinin genliklerinin yarı yarıya azaldığı grafiklerden açıkça görülebilmektedir. Ayrıca Şekil 6 b) ve d) de 1 periyotluk zamanlar için çizilen grafikler karşılaştırıldığında kanadın hareketi esnasında oluşturduğu ikinci belirgin frekans değeri olan 10 Hz civarıda sinüs hareketinin 2 tepe yaptığı sonucu elde edilmiştir. Bu durum bize doğal frekans aşıldıktan sonra hareketin sönümlendiğini göstermektedir. Dikdörtgen Plaka: Güve böceğinin ön kanadının boyutlarında kesilen dikdörtgen kanat modelinin z- yönlü maksimum kaldırma kuvveti (F z) genliği elde edilmiştir. Şekil 7 de görüldüğü üzere dikdörtgen kanat modelinin en yüksek genlikte tepe yaptığı frekans değeri doğal frekansı olarak değerlendirilmiştir. Plakanın doğal frekans değeri 5.5 Hz olarak bulunmuştur ve bu frekansa denk 6

gelen z- yönlü toplam kuvvet genliği 0.087 N dur. Güve kanadına göre düşük bir değer elde edilmiştir. Şekil 7: Dikdörtgen plakanın farklı frekanslarda z- yönündeki kuvvet genlikleri. a) b) 7

c) d) Şekil 8: a) Dikdörtgen kanat modelinin ilk tepe (peak) noktası (5.5 Hz) civarındaki 3 periyotluk kuvvet değişim grafiği, b) Dikdörtgen kanat modelinin ilk tepe (peak) noktası (5.5 Hz) civarındaki 1 periyotluk kuvvet değişim grafiği, c) Dikdörtgen kanat modelinin ikinci tepe (peak) noktası (8 Hz) civarındaki 3 periyotluk kuvvet değişim grafiği, d) Dikdörtgen kanat modelinin ikinci tepe (peak) noktası (8 Hz) civarındaki 1 periyotluk kuvvet değişim grafiği. Şekil 7'deki grafik ile doğal frekansı belirlenen dikdörtgen modelin bu frekans değerinde ve bu değere yakın iki frekans değerlerinde de periyota bağlı kaldırma kuvveti grafikleri elde edilmiştir. Şekil 8 a) ile üç periyotluk kısmı verilen kaldırma kuvveti grafiğinin 5.5 Hz de en fazla kaldırma kuvveti oluşturduğu her iki grafikten de açık bir şekilde görülmektedir. Dikdörtgen model de güve böceği kanat modeli gibi bir çırpma periyotu içinde üç adet tepe yapmıştır. Doğal frekans değerine en yakın iki frekans değeri 5 Hz ve 6 Hz için kaldırma kuvvetleri de sırası ile 0.06 N ve 0.05 N olarak elde edilmiştir. Şekil 8 b) ve d) de de güve böceğinde gözlemlenen karşılaştırma söz konusudur. Dikdörtgen plaka şeklindeki kanat modelinde de doğal frekans aşıldıktan sonra harekette sönümlenme gözlemlenmiştir. Büyük Dikdörtgen Plaka: Güve böceği ve dikdörtgen plaka modellerinin çırpma hareketi sonucunda ürettikleri aerodinamik kuvvetleri, kanatların boyutuna bağlı olarak inceleyebilmek için yine aynı malzeme alüminyumdan kesilmiş olan bir dikdörtgen plaka modeli de aynı piezoelektrik eyleyici kullanılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Büyük dikdörtgen plaka modelinin doğal frekansı Şekil 9 dan 5.2 Hz olarak okunmuştur. Bu doğal frekans değerinde kanat 0.263 N luk toplam genlik değeriyle z yönlü maksimum kuvvet oluşturmuştur. 8

Şekil 9: Büyük dikdörtgen plaka için farklı frekanslarda z- yönlü kaldırma kuvvetleri genliği. a) b) Şekil 10 : a) Büyük dikdörtgen kanat modelinin tepe frekans değerlerinde 5 periyotluk kuvvet değişim grafiği, b) Büyük dikdörtgen kanat modelinin tepe frekans değerlerinde 1 periyotluk kuvvet değişim grafiği. Şekil 9 dan okunan doğal frekansa karşılık gelen kuvvet genliği ve yine Şekil 9 da gözlemlenen ikinci tepe noktası oluşturan frekans değerinde çırpma periyotuna bağlı kaldırma kuvveti genlikleri grafikleri çizilmiştir. Şekil 8 a) ile üç periyotluk kısmı verilen kaldırma kuvveti grafiğinin 5.2Hz de en fazla kaldırma kuvveti oluşturduğu her iki grafikten de açık bir şekilde görülmektedir. Büyük dikdörtgen modelinde diğer iki kanat modelinden farklı olarak bir çırpma periyotu içinde 2 adet tepe yapan bir hareket gözlemlenmiştir. Diğer frekans değerleri 10.5 Hz ve 10.8 Hz için maksimum kaldırma kuvvetleri de sırası ile 0.138 N ve 0.128 N olarak elde edilmiştir. 9

İTME KUVVETİ Güve böceği ve aynı boyutlu dikdörtgen kanat modellerinin bazı frekanslardanegatif x -yönlü ortalama kuvvet oluşturdukları Şekil 11 ve Şekil 12 de sırasıyla gözlemlenmiştir. Bu durum, kanatların sürüklenme kuvvetini yenerek itme kuvveti de oluşturduklarını göstermektedir. Bu durumda kanat modellerinde çırpma hareketi yardımıyla da ileri doğru harekete katkı yapılabilmektedir. Şekil 11: Güve böceğinin farklı frekanslarda x- yönündeki kuvvet genlikleri. 10

Şekil 12: Dikdörtgen plakanın farklı frekanslarda x- yönündeki kuvvet genlikleri. Şekil 13: Büyük dikdörtgen plakanın x- yönündeki kuvvet genlikleri ve doğal frekansı 11

SONUÇ Güve böceğinin ön kanadı ve iki adet dikdörtgen kanat modeli kullanılarak gerçekleştirilen deneysel çalışmanın sonucunda her üç kanat modeli de birbirine yakın frekans değerlerinde rezonansa girmiştir. Bu değerler sırasıyla 7 Hz, 5.5 Hz ve 5.2 Hz olarak okunmuştur. Bu durumda açıkça görülmüştür ki güve böceğinin ön kanadı, boyutları farklı iki dikdörtgen plaka modelinden daha yüksek frekansta titreşmektedir. Ayrıca boyutsal olarak büyük dikdörtgen ve küçük dikdörtgen kanat modellerinden çıkarılan önemli sonuçlardan bir tanesi de, kanat modellerinde en- boy oranının artışı ile oluşturulan kuvvetler artışı doğru orantılıdır. Çizelge 3 de deneysel olarak elde edilen çırpma frekansları özetlenmiştir. Bu noktada görülmektedir ki güve böceği için elde edilmiş frekans değeri gerçek böceklerin çırpma frekans değerlerine çok yakın olup, literatüre yakın sonuç vermiştir. Çizelge 3: Deneysel modeller ve literatürde verilen çırpma frekansları karşılaştırması. Model Kanat Ortalama Veter Çırpma uzunluğu [mm] uzunluğu [mm] frekansı [Hz] Güve böceği (Wu, 2010) 35-150 9-46 8-30 Deneysel düzenek için kullanılan güve böceği kanat modeli 65 35 7 Deneysel düzenek için kullanılan dikdörtgen plaka 65 35 5.5 Deneysel düzenek için kullanılan büyük dikdörtgen plaka 150 50 5.2 TEŞEKKÜR Bu çalışma 213M327 nolu TÜBİTAK 1001 projesi kapsamında gerçekleştirilmiştirdr. Kurtuluş ayrıca desteklerinden dolayı TÜBA GEBİP (Proje no: D.F.K/2012-18) e teşekkür eder. Kaynaklar Akay B, Kurtulus DF, Alemdaroglu N (2007) Unsteady Aerodynamics of Different Wing Profiles at Low Reynolds Number. RTOMPAVT146, NATO AVT146 Symposium on Platform Innovations and System Integration for Unmanned Air, Land and Sea Vehicles, 14-17 May 2007, Florence, Italy. Combes, S.A, and Daniel T.L, (2003),Flexural stiffness in insect wings I. Scaling and the influence of wing venation, The Journal of Experimental Biology 206, 2979-2987 2979. Comez, F.Y., Senol M.G., Arıkan K.B. ve Kurtulus D.F., (2015) Unsteady Aerodynamic Analysis of a Flapping Wing Actuated with PZT Material, Workshop on Non-Intrusive Measurements for unsteady flows and aerodynamics, Universite De Poitiers, Poitiers, FRANCE. Gunaydinoglu E, Kurtulus DF (2009) Numerical investigation of pure plunge and pitch/plunge motions at low Re number. Proceeding of International Symposium on Light Weight Unmanned Aerial VehicleSystems and Subsystems, UAS LW 2009, Oostend Belgium. Hanrahan, S., Photo of a ManducaSexta, Texas A&M University, Department of Entomology,2006. Ha N.S., Vang H.M. and Goo N.S., 2015,Modal Analysis Using Digital Image Correlation Technique: An Application to Artificial Wing Mimicking Beetle s Hind Wing, Experimental Mechanics. 55:989 998. Kurtulus DF, Farcy A, Alemdaroglu N (2004) Numerical Calculation and Analytical Modelization of Flapping Motion. Proceeding of 1st European Micro Air Vehicle Conference and Flight Competition. Braunschweig, Germany. Kurtulus DF, Farcy A, Alemdaroglu N (2005) Unsteady Aerodynamics of Flapping Airfoil inhovering Flight at Low Reynolds Numbers. AIAA20051356, 43 rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, USA. Kurtulus D.F., 2005, Numerical and Experimental Analysis of Flapping motion in Hover. Application to Micro Air Vehicles, Ph.D Thesis, UNIVERSITE DE POITIERS, METU, Potiers, France. 12

Kurtulus DF, David L, Farcy A, Alemdaroglu N (2006) A Parametrical Study with Laser SheetVisualization for an Unsteady Flapping Motion. AIAA20063917, 36th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, San Francisco, California USA, 5 8 June 2006. Kurtulus DF, David L, Farcy A, Alemdaroglu N (2006) Laser Sheet Visualization for FlappingMotion in Hover. AIAA20060254, 44rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno,Nevada, USA, 9-12 Jan 2006. Kurtulus DF (2015). On the unsteady behavior of the flow around NACA 0012 airfoil with steadyexternal conditions at Re=1000, International Journal of Micro Air Vehicles, Vol 7, No 3, pp 301-326. Kurtulus DF (2016). On the wake pattern of symmetric airfoils for different incidence angles atre=1000, International Journal of Micro Air Vehicles, Vol 8, and No:2, pp. 109-139. Nagakalyan S, Raghukumar D., and Abhilash K.V., 2013, Comparative Study of Piezoelectric Materials for Vibration energy Harvesting, Int. Journal of Research in Aeronautical and Mechanical Engineering. 1, 7:160-166. Nguyen N.T., Yoon K.J. and Park H.C., 2007, Actuation Displacement of Unimorph Piezoelectric Actuators with External Loading, Journal of the Korean Physical Society. 51:11-15. Sims T.W., PalazottoA.N., Norris A., 2010, A Structural Dynamic Analysis of a ManducaSexta Forewing, International Journal of Micro Air Vehicles, Volume 2, Number 3, pp:119-140. Wu, P., Ifju, P., 2009,Digital Image Correlation Techniques for Full-Field Displacement Measurements of Micro Air Vehicle Flapping Wings, Experimental Techniques, 53-58. Wu, P., Ifju, P., 2010, Experimental Methodology for Flapping Wing Structure Optimization in Hovering Flight of Micro Air Vehicles, AIAA SDM Student Symposium. 13