Dört pervaneli bir mini-İHA'nın hibrit PEMFC/batarya tasarımıyla uçuş performansının arttırılması
Enhancing the flight performance of a quadcopter mini-UAV with ahybrid PEMFC/battery design
- Tez No: 926263
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENCER ÜNAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Fırat Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
İnsansız hava araçlarının kullanımındaki artış, enerji verimliliğini ve çevreci güç sistemlerine olan talebi de beraberinde getirmektedir. Kullanım çeşitliliğine bağlı olarak uçuş süresinin arttırılması en önemli noktalardan biridir. Bu amaçla tez kapsamında enerji verimliliği ve uçuş süresinin arttırılması hedeflenmektedir. Çalışmada, çevre dostu yapısı, yüksek enerji yoğunluğu ve güvenilirliği nedeniyle Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) tercih edilmiştir. Yüksek güç ihtiyacı durumlarında enerjinin devamlılığı açısından Lityum Polimer pil ile hibrit bir tasarım oluşturulmuştur. Oluşturulan tasarımın dinamik özellikleri, çevresel koşullardaki değişiklikler ve birincil bileşenlerin kontrol stratejilerine göre değerlendirilebilir. Hibrit tasarımda kullanılan yakıt hücresi ve diğer elamanların ağırlığı optimize edilmiş elemanlardan tercih edilmesi sayesinde toplam ağırlık 6,536 kg'dır. Sistem, Simulink Simscape programında modellenmiş ve Simscape'in geleneksel Simulink modellemesine göre sunduğu avantajlarla detaylı analizler gerçekleştirilmiştir. Hibrit sistemin enerji yönetimi, mühendislik deneyimine dayalı kural tabanlı bir strateji ile ele alınmıştır. Bu sayede uçuş süresinin arttırılması konusunda önemli bir fark sağlamaktadır. Hibrit sistem için verimli bir şekilde sonuçlar elde edebilmek adına mühendislik deneyimine göre güç tahsisini gerçekleştiren kural tabanlı enerji yönetim stratejisi benimsenmiştir. Sonuçların daha anlaşılır olması için sadece batarya ile çalışan quadkopter ve hibrit tasarım quadkopter karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Gerçekleştirilen analizler, sadece batarya ile çalışan quadkopterin yaklaşık 25 dakikalık uçuş süresine karşın, önerilen hibrit sistem tasarımıyla uçuş süresinin yaklaşık 165 dakikaya çıktığını ortaya koymuştur. Bu sonuçlar, hibrit tasarımın enerji verimliliği ve uzun uçuş süreleri sağlama konularında önemli bir avantaj sunduğunu göstermektedir. Çalışmada ayrıca, hibrit sistemin dinamik özellikleri, çevresel koşullardaki değişimlere uyumu ve bileşenlerin kontrol stratejileri de incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
The increasing use of unmanned aerial vehicles (UAVs) has brought about a growing demand for energy efficiency and environmentally friendly power systems. Extending flight duration is one of the most critical aspects due to the diverse usage scenarios. This thesis aims to enhance energy efficiency and flight duration. In the study, Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) was chosen for its environmentally friendly structure, high energy density, and reliability. A hybrid design incorporating a Lithium Polymer (Li-Po) battery was developed to ensure continuous energy supply during high power demands. The dynamic characteristics of the proposed design can be evaluated based on environmental changes and the control strategies of primary components. By selecting optimized components for the fuel cell and other elements used in the hybrid design, the total weight was reduced to 6,536 kg. The system was modeled using Simulink Simscape, which provided detailed analyses through the advantages it offers over traditional Simulink modeling. The energy management of the hybrid system was addressed using a rule-based strategy grounded in engineering expertise. This approach has significantly contributed to extending flight duration. To achieve efficient results for the hybrid system, a rule-based energy management strategy, designed to allocate power based on engineering experience, was implemented. For better comprehension of the results, a comparative analysis was conducted between a quadcopter powered solely by batteries and one with the proposed hybrid design. The analyses revealed that, while the battery-powered quadcopter has a flight duration of approximately 25 minutes, the proposed hybrid system design extends the flight time to approximately 165 minutes. These findings demonstrate the significant advantages of the hybrid design in terms of energy efficiency and extended flight durations. Additionally, the study examined the dynamic characteristics of the hybrid system, its adaptability to environmental changes, and the control strategies of its components.
Benzer Tezler
- Design and manufacturing of a quad tilt rotor unmanned air vehicle
Dört döner rotorlu bir insansız hava aracının tasarım ve üretimi
AHMET CANER KAHVECİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN NAFİZ ALEMDAROĞLU
- Model predictive control of quadrotor UAV linear model
Lineer model quadrotor İHA'nın model öngörülü kontrolü
ARDEN KUYUMCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL BAYEZİT
- Fuzzy logic based position control system design for nano quadcopter
Nano quadkopter için bulanık mantık tabanlı pozisyon kontrol sistemi tasarımı
FETHİ CANDAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR
- Mini insansız hava araçları için bir fırçasız motor test sistemi geliştirilmesi
Development of a brushless motor test system for mini unmanned air vehicles
EZGİ ÇAKICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN DINDIŞ
- Modeling, identification and simulation of a quadrotor using real-time flight data
Bir dört rotorlu hava aracının gerçek zamanlı uçuş verisi ile modellemesi, tanılaması ve simülasyonu
ATAKAN SARIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYHAN KURAL