Bir mini İHA için yakıt pili-batarya hibritlemesinin bir boyutlu analizi
One-dimensional analysis of fuel cell-battery hybridization for a mini UAV
- Tez No: 883667
- Danışmanlar: PROF. DR. İLHAMİ HORUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
İnsansız Hava Araçları (İHA) kullanımı son yıllarda büyük artış göstermekte ve havacılık sektörü önemli ölçüde insansız platformlara yönelmektedir. Özellikle mini İHA'lar, kullanım alanlarındaki esneklikten ötürü ön plana çıkmaktadır. Mini İHA'larda genellikle güç kaynağı olarak batarya bulunmakta ve limitli uçuş süresi sağlamaktadır. Hidrojen enerjisi, mevcut yenilenebilir enerji kaynakları arasında uçuş süresi artırma konusunda önemli bir potansiyel oluşturmaktadır. Özellikle Polimer Elektrolit Membran (PEM) yakıt pili, üstün özellikleri açısından bu kapsamda literatürde mini İHA'larda kullanımı en çok incelenmiş yakıt pili olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, batarya ile enerjilendirilen döner kanatlı bir mini İHA platformuna, batarya ve PEM yakıt pilinin hibrit çalıştığı güç sistemi entegre edilmiş ve mevcut batarya sistemine göre katkısı incelenmiştir. İnceleme yapılırken; çevre koşulları, irtifa, ortamdaki gaz içeriği, farklı hidrojen depolama seçenekleri ve faydalı yük taşıma kapasiteleri irdelenerek, hibrit sistem ve mevcut batarya sisteminin üstün ve zayıf noktaları ortaya konmuştur. Analiz sonuçlarına göre; faydalı yük taşınmadığı durumda, hibrit sistemin uçuş süresini sıvı hidrojen depolaması ile 11 kata, gaz hidrojen depolaması ile 5 katına çıkardığı görülmüştür. Ancak faydalı yük taşıma kapasitesi batarya ile 5 kg olabilirken, hibrit sistem ile maksimum 4 kg olmaktadır. Hibrit sistem; 1, 2 ve 3 kg faydalı yük taşındığı durumda daha uzun uçuş süresi sağlarken, faydalı yük taşıma ağırlığı arttıkça, uçuş süresi artırma noktasındaki katkısı düşmüştür. 4 kg taşındığı durumda ise batarya üstün gelmiştir. Çevre sıcaklığının 0°Caltında olduğu ve 50°C ile havanın %5 bağıl neme sahip olduğu durumda, hibrit sistem performansı bataryanın gerisinde kalmıştır. Hibrit sistem ile maksimum erişilebilir irtifa 2892 m olmuşken, batarya ile bu değer aşılmıştır. Hava içerisindeki oksijen yüzdesinin düşmesi de hibrit sistem performansını etkilemiş, %5'in altına indiğinde, batarya daha uzun uçuş süresi sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has increased significantly in recent years and the aviation industry has been moving towards unmanned platforms. Especially mini-UAVs become popular due to their flexibility for many applications. Mini-UAVs generally have a battery as a power source which provides limited flight time. Hydrogen energy has a significant potential of increasing flight time among existing renewable energy sources. Especially Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell stands out as the most studied fuel cell in the literature for use in mini-UAVs thanks to its superior features. In this study, a hybrid power system of battery and PEM fuel cell is integrated into a battery-powered rotary wing mini-UAV platform and its contribution compared to the existing battery system is examined. While this comparison is being carried out; the advantages and weaknesses of the hybrid system and the existing battery system are revealed by examining environmental conditions, altitude, different hydrogen storage options and payload capacities. According to the analysis results, it is observed that the hybrid system increases the flight time about 11 times with liquid hydrogen storage and 5 times with gas hydrogen storage if no payload is carried. However, while payload capacity can be 5 kg with the battery, a maximum of 4 kg is possible with the hybrid system. As payload weight increased, although the hybrid system is superior, its contribution flight time is decreased. While hybrid system provides longer flight time when carrying 1, 2 and 3 kg payload, the battery is superior when 4 kg is carried. In the case where environmental temperature is below 0°C and air has 5% relative humidity with 50°C; hybrid system performance is affected negatively and battery becomes superior. While the maximum accessible altitude is 2892 m with the hybrid system, this value is exceeded with the battery. Hybrid system performance is affected by decreasing the percentage of oxygen in the air. When it is below 5%, the battery provides longer flight time.
Benzer Tezler
- İnsansız hava araçlarında menzil uzatılmasına yönelik yakıt pili tabanlı yenilikçi bir enerji sisteminin tasarımı ve uygulanması
Design and implementation of an innovative fuel cell based energy system for extending range in unmanned aerial vehicles
BETÜL ERDÖR TÜRK
Doktora
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA HADİ SARUL
- PEM yakıt pilleri için düşük ağırlıklı akış plakası geliştirilmesi
Development of light weight flow plate for PEM fuel cells
KIVANÇ KARACAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELAHATTİN ÇELİK
- Silahlı insansız hava araçlarında (SİHA) geometrik kanat profilinin enerji tüketimine etkisi
Energy consumption effect of geometrical wing profile on unmanned combat aerial vehicle
BURAK BERK BAŞKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiMilli Savunma ÜniversitesiHarp Silah ve Araçları Anabilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ŞAHİN
- Üç farklı güç grubu konfigürasyonuna göre bir insansız hava aracının yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assessment of an unmanned aerial vehicle according to three different power group configurations
DURAN ÇALIŞIR
Doktora
Türkçe
2022
Uçak MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ
- İnsansız hava aracı için yakıt hücresi sistemi
Pem fuel cell system for unmanned air vehicle
EMRE ATA
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
EnerjiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İLYAS KANDEMİR