Güneş-melez enerjili insansız hava aracı
Solar-hybrid powered unmanned aerial vehicle
- Tez No: 927209
- Danışmanlar: PROF. DR. İLYAS KANDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Güneş Enerjili Mini İHA, Enerji Yönetim Stratejisi, Kural Tabanlı Strateji, Durum Makinesi Kontrolü, Kuantum Parçacık Sürü Optimizasyonu, Renewable Energy, Solar-Powered Mini UAV, Energy Management Strategy, Rule-Based Strategy, State Machine Control, Quantum Particle Swarm Optimization
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Günümüzde iklim değişikliği ve fosil yakıtların tükenmesi, yenilenebilir enerji kullanan melez elektrikli insansız hava araçlarının (İHA) geliştirilmesini teşvik etmektedir. Büyük kanat açıklığına ve yüksek kütleye sahip İHA'lar üzerine yoğun araştırmalar yapılırken, küçük ölçekli İHA'lar konusunda çalışmalar sınırlı kalmıştır. Bu çalışmada, güneş enerjisini maksimum düzeyde kullanarak havada kalma süresini artırmayı hedefleyen sabit kanatlı bir melez mini İHA geliştirilmiştir. 1,8 m kanat açıklığına ve 3,3 kg kütlesine sahip güneş enerjili mini VTOL (dikey kalkış ve iniş) İHA için, güneş hücreleri, batarya, süperkapasitör ve DC/DC dönüştürücüden oluşan bir sistem tasarlanmış ve MATLAB/Simulink yazılımında modellenmiştir. Sisteme, kural tabanlı (RB) bir enerji yönetim stratejisi (EMS) olan durum makinesi kontrolü (SMC) uygulanmıştır. Güneş enerjisinden elde edilen güç, diğer enerji bileşenleri arasında dağıtılırken, fazla enerji yükseklik enerjisi olarak depolanmıştır. Bu yaklaşımla, enerji tasarrufu %11,11 olarak hesaplanmış ve İHA'nın havada kalma süresi 1,79 saat artırılmıştır. Ayrıca, çalışmada enerji yönetim stratejilerinin karşılaştırılması amacıyla sisteme Bulanık Mantık (Fuzzy Logic), Eşdeğer Tüketim Minimizasyonu (ECMS) ve Kuantum Parçacık Sürü Optimizasyonu (QPSO) algoritmaları uygulanmıştır. Bu bağlamda, QPSO algoritması güneş enerjisi yönetim sistemine ilk kez entegre edilmiştir. Her bir algoritmanın İHA'nın havada kalma süresine sağladığı katkılar oransal olarak değerlendirilmiş ve sonuçlara göre QPSO algoritmasının, SMC algoritmasına kıyasla havada kalma süresini yaklaşık 1,22 saat daha arttırdığı belirlenmiştir. Optimizasyon çalışmaları, QPSO algoritmasının diğer stratejilere kıyasla güneş enerjisinden daha hızlı ve etkili bir şekilde faydalandığını ve bu hızın İHA'nın havada kalma süresi üzerinde önemli bir katkı sağladığını ortaya koymaktadır. Güneş enerjisinden yararlanma oranı ise yaklaşık %124,19 olarak bulunmuştur. Bu oran, sistemin yalnızca güneş enerjisinden değil, aynı zamanda batarya ve süperkapasitör gibi yardımcı enerji kaynaklarından da güç sağlayarak talep edilen gücü aşan bir enerji üretme kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Bu çalışma, enerji yönetim stratejilerinin küçük ölçekli güneş enerjili İHA'lara başarıyla entegre edilebileceğini göstererek, yenilikçi yaklaşımlar ile sistem performansını artırma yönünde önemli bir katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
A solar-powered mini VTOL (Vertical Take-Off and Landing) UAV with a wingspan of 1,8 m and a weight of 3,3 kg was designed, incorporating a system composed of solar cells, batteries, supercapacitors, and DC/DC converters. The system was modeled using MATLAB/Simulink software. A rule-based (RB) energy management strategy (EMS), specifically the State Machine Control (SMC), was implemented to manage energy distribution. Solar energy was distributed among the energy components, and any surplus energy was stored as potential (altitude) energy. This approach resulted in a calculated energy savings of 11,11%, increasing the UAV's flight time by 1,79 hours. Additionally, energy management strategies such as Fuzzy Logic, Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS), and Quantum Particle Swarm Optimization (QPSO) were applied to the system for comparative analysis. In this context, the QPSO algorithm was integrated into a solar energy management system for the first time. The contributions of each algorithm to the flight endurance of the UAV were evaluated proportionally, and the results indicated that the QPSO algorithm increased the flight endurance by approximately 1,22 hours compared to the SMC algorithm. Optimization studies demonstrated that the QPSO algorithm utilized solar energy more quickly and effectively than other strategies, significantly contributing to the UAV's flight endurance. The utilization rate of solar energy was found to be approximately 124,19%. This rate indicates that the system has the capacity to produce energy exceeding the required power by utilizing not only solar energy but also auxiliary energy sources such as batteries and supercapacitors. This study highlights the successful integration of energy management strategies into small-scale solar-powered UAVs, providing a significant contribution to improving system performance through innovative approaches.
Benzer Tezler
- Gökçeada'da yenilenebilir enerji kaynaklarıyla elektrik üretimi
Electric production with renewable energy sources in Gökçeada
UĞUR YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. AYŞEN DEMİRÖREN
- Yaşam döngüsü yaklaşımı ile bir güneş enerjili su ısıtma sisteminin analizi: Tasarım, modelleme ve çok-amaçlı optimizasyon
Life cycle assessment of a solar domestic hot water system: Design, modeling, and multi-objective optimization
KAAN YAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiMersin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN ARSLAN
- Evaluating the LCA of two buildings with close embodied energy which have different functions
Farklı işlevlere sahip olan iki binanın üç tür duvar kullanarak yaşam döngüsünün değerlendirilmesi
POOYA PAKMEHR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- Türkiye'nin farklı konumlarında farklı topolojilerde fotovoltaik-rüzgâr-yakıt pili hibrid güç sistemlerinin modellenmesi, karşılaştırmalı simülasyonu ve uygulamalı performans analizi
Modeling & comparative simulation & practical performance analysis of photovoltaic-wind-fuel cell hybrid power systems in different topologies/locations in Turkey
METE ÇUBUKÇU
- Kadıköy - Göztepe ilçeleri için yapay sinir ağları ile rüzgâr şiddeti ve güneş radyasyonu tahmini
Estimation and performance analysis of wind and solar energy potential
BURAK KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Aydın ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER ASLAN