Değişken kanat tespit açısına sahip hafif sınıf bir İHA tasarımı ve boylamsal kontrolü
Design and longitudinal control of a light-class UAV with variable wing incidence angle
- Tez No: 1016017
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HASAN HÜSEYİN BİLGİÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez kapsamında, değişken kanat tespit açısına sahip hafif sınıf sabit kanat bir İHA'nın kavramsal ve detay mekanik tasarımı gerçekleştirilmiştir. Kanat, kuyruk, gövde ve iniş takımı boyutları belirlenmiş; motor, pervane, batarya ve elektronik hız kontrolcüsü seçimleri yapılmıştır. Detay tasarım aşamasında her parçanın üç boyutlu modeli SolidWorks ortamında oluşturulmuş ve İHA'nın genel montajı tamamlanmıştır. Parçalara malzeme atanmasıyla gerçekçi bir kütle dağılımı elde edilmiş; model üzerinden kütle (𝑚), ağırlık merkezi konumu ve atalet momentleri (𝐼𝑥𝑥, 𝐼𝑦𝑦, 𝐼𝑧𝑧, 𝐼𝑥𝑧) çıkarılmıştır. Aerodinamik katsayı ve türevlerin elde edilebilmesi için −2∘ ile +6∘ arasında birer derecelik artışlarla dokuz farklı kanat tespit açısına sahip İHA modelleri OpenVSP ortamında hazırlanmıştır. Her bir tespit açısı için hücum açısı −5∘ ile +15∘ arasında değiştirilerek aerodinamik analizler yapılmış ve 9 × 21 boyutunda taşıma katsayısı (𝐶𝐿), sürükleme katsayısı (𝐶𝐷) ve yunuslama moment katsayısı (𝐶𝑚) tabloları oluşturulmuştur. Benzer şekilde, yan kayma açısı −10∘ ile +10∘ arasında değiştirilerek yanal kuvvet katsayısı (𝐶𝑌), roll moment katsayısı (𝐶𝑙) ve yaw moment katsayısı (𝐶𝑛) tabloları elde edilmiştir. SolidWorks ve OpenVSP/VSPAERO programlarından elde edilen veriler MATLAB/Simulink ortamına aktarılarak altı serbestlik dereceli (6-DOF) doğrusal olmayan uçuş modeli oluşturulmuştur. Aerodinamik katsayı tabloları, kanat tespit açısı–hücum açısı ve kanat tespit açısı–yan kayma açısına bağlı iki boyutlu lookup tabloları olarak modele entegre edilmiştir. Böylece kanat tespit açısındaki değişimlerin aerodinamik kuvvet ve moment katsayıları ile 6-DOF model cevabı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kontrolcü tasarımı kapsamında PID kontrolcü oluşturulmuş ve farklı kanat tespit açılarında boylamsal tepkiler değerlendirilmiştir. Ayrıca seçilen trim noktası etrafında boylamsal kanal için durum uzayı modeli elde edilmiş ve bozuntulu ölçüm sinyalleri altında yunuslama açısı tahminini iyileştirmek amacıyla gözlemci tasarımı yapılmıştır. Çalışmada kanat tespit açısının kalkış performansı üzerindeki etkisi de analitik olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, pozitif tespit açısındaki artışın yerden kesilme hızını ve kalkış koşusu mesafesini azalttığını göstermiştir. Bu durum, değişken kanat tespit açısı mekanizmasının kısa pist kalkış performansını iyileştirme açısından önemli bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak bu tezde, değişken kanat tespit açısına sahip bir İHA'nın mekanik tasarımı, aerodinamik modellemesi, doğrusal olmayan uçuş dinamiği modeli ve boylamsal kontrol sistemi bütünleşik olarak ele alınmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the conceptual and detailed mechanical design of a light-class fixed-wing UAV with variable wing incidence was carried out. The dimensions of the wing, tail surfaces, fuselage, and landing gear were determined; and the motor, propeller, battery, and electronic speed controller were selected. In the detailed design phase, the three-dimensional model of each component was created in SolidWorks, and the overall UAV assembly was completed. By assigning materials to the components, a realistic mass distribution was obtained, and the mass (𝑚), center of gravity location, and moments of inertia (𝐼𝑥𝑥, 𝐼𝑦𝑦, 𝐼𝑧𝑧, 𝐼𝑥𝑧) were extracted from the model. To obtain the aerodynamic coefficients and derivatives, UAV models with nine different wing incidence values were prepared in OpenVSP by varying the incidence from −2∘ to +6∘ in one-degree increments. For each incidence value, aerodynamic analyses were performed by varying the angle of attack from −5∘ to +15∘, and 9 × 21 tables were generated for the lift coefficient (𝐶𝐿), drag coefficient (𝐶𝐷), and pitching moment coefficient (𝐶𝑚). Similarly, by varying the sideslip angle from −10∘ to +10∘, tables for the side force coefficient (𝐶𝑌), roll moment coefficient (𝐶𝑙), and yaw moment coefficient (𝐶𝑛) were obtained. The data obtained from SolidWorks and OpenVSP/VSPAERO were transferred to MATLAB/Simulink, and a six-degree-of-freedom (6-DOF) nonlinear flight model was developed. The aerodynamic coefficient tables were integrated into the model as two-dimensional lookup tables depending on wing incidence–angle of attack and wing incidence–sideslip angle. Thus, the effects of wing incidence variation on the aerodynamic force and moment coefficients and on the 6-DOF model response were investigated. Within the scope of controller design, a PID controller was developed, and the longitudinal responses at different wing incidence values were evaluated. In addition, a state-space model was obtained for the longitudinal channel around the selected trim point, and an observer was designed to improve pitch angle estimation under noisy measurement signals. The effect of wing incidence on take-off performance was also investigated analytically. The results showed that an increase in positive incidence reduces both the lift-off speed and the take-off ground roll distance. This indicates that the variable wing incidence mechanism has significant potential for improving short-runway take-off performance. Consequently, in this thesis, the mechanical design, aerodynamic modeling, nonlinear flight dynamics model, and longitudinal control system of a UAV with variable wing incidence were addressed in an integrated manner.
Benzer Tezler
- An effective adaptive and fault tolerant controller for helicopters
Helikopterler için etkin adaptif ve arıza toleranslı kontrolör
MUHAMMED ALİ NUR ÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN
- Biointerfacial mechanical modulation of model lipid membranes by gramicidin D: A quartz crystal microbalance with dissipation analysis
Gramisidin D'nin model lipid membranlarda biyoarayüzeysel mekanik modülasyonunun disipasyonlu kuvars kristal mikroterazi analizi
ŞEBNEM SEHERLER
Doktora
İngilizce
2026
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULHALİM KILIÇ
- Faz değişim malzemesi ile çift borulu enerji depolamada kanat yerleşim düzeninin erime ve katılaşma performansına etkisi
Effect of fin placement on melting and solidification performance in double-tube energy storage with phase changing material
ORÇUN ALTINOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiAmasya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK KURŞUN
- Yüksek lift katsayısına sahip S1223 kanat profilinde laminer ayrılma kabarcığı kaynaklı tutunma kaybının pasif akış kontrolü ile sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of laminar separation bubble induced stall loss in high lift coefficient S1223 airfoil with passive flow control
ABODULRAZZAQ MANSOUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Uçak MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR SOLMAZ
- NACA0015 kanat profili üzerinde çift yarıklı koordineli jet aktüatör ile aktif akış kontrolünün deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of active flow control by coordinately jet actuator with dual slot on NACA0015 airfoil
FATİH SONKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
DR. ÖĞR. ÜYESİ DUYGU ERDEM