İnsansız hava aracında deneysel kanat komponenti tasarımı ve yapısal analizi
Experimental wing component design and structural analysis for unmanned aerial vehicles
- Tez No: 931644
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ASLI GÜNAY BULUTSUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Uçak Mühendisliği, Mechanical Engineering, Defense and Defense Technologies, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İmal Usulleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
Bu tez, sabit kanatlı bir insansız hava aracı (İHA) kanadı için analitik, 3B tasarım ve yapısal analiz metodolojisini entegre ederek geliştirmeyi amaçlamaktadır. Süreç, analitik tasarım ve 3B sonlu elemanlar analizi (FEA) tabanlı optimizasyon olmak üzere iki ana aşamadan oluşur. 1. Aşama, matematiksel geometri tanımlama ve yapısal parametreleştirmeye odaklanır. Kanat geometrisi (profil, kalınlık dağılımı, açıklık boyunca daralma), kaldırma, eğilme ve burulma yüklerine karşı dayanıklı olacak şekilde analitik olarak modellenir. Gerilme, gerinme, yer değiştirme ve emniyet faktörü hesaplamaları ile spar, rib ve skin gibi iç yapısal elemanlar optimize edilir. Karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) kabuk katmanları için 3B modelleme gerektirmeden tabaka bazlı gerilme-gerinme davranışını tahmin eden bir kompozit laminat tasarım aracı geliştirilmiştir. Alüminyum ve kompozit alt yapılar (spar başlıkları vb.), klasik lamine teori (CLT) ve Euler burkulma kriterleri kullanılarak boyutlandırılır. 2. Aşama, 1. Aşama parametrelerini NASTRAN'da SEA ile doğrulanan 3B CAD modeline dönüştürür. Modal frekans, lineer burkulma ve maksimum yük altında statik mukavemet analizleri gerçekleştirilir. Tasarım-optimizasyon döngülerini hızlandırmak için lokal kalınlık ayarlamaları gibi küçük değişiklikler, geometri yeniden oluşturma gerektirmeden doğrudan SEA ortamında uygulanır. Bu yaklaşım, tasarım ve analiz ekipleri arasındaki iterasyon süresini %60-70 azaltır. Sonuçlar, analitik yöntemler ile FEA entegrasyonunun yapısal açıdan uygun tasarıma hızla ulaşmayı sağladığını göstermiştir. Kompozit laminat aracı, emniyet faktörünü >1.5 tutarken kabuk ağırlığını % 12 azalttı. NASTRAN tabanlı burkulma analizi, kritik burkulma yükünü ilk iterasyonlara göre artırdı. Önerilen metodoloji, düşük hesaplanan yükle hızlı ve sistematik kanat tasarımı sunar. Analitik ve sayısal yöntemleri birleştirerek hafif, yüksek mukavemetli kompozit yapılar gerektiren İHA uygulamaları için ölçeklenebilir bir çözüm sağlar. Gelecek çalışmalar, bu metodolojiyi aeroelastik optimizasyon ve yorulma analizine genişletecektir.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to develop an integrated analytical, 3D design, and structural analysis methodology for the wing component of a fixed-wing unmanned aerial vehicle (UAV). The process comprises two primary phases: analytical design and 3D finite element analysis (FEA)-based optimization. Phase 1 focuses on mathematical geometry definition and structural parameterization. Wing geometry, including airfoil profile, thickness distribution, and spanwise taper, is analytically modeled to withstand operational loads (e.g., lift, bending, torsion). Stress, strain, displacement, and safety factor calculations are performed to optimize internal structural elements such as spars, ribs, and skin. A composite laminate design tool is developed to predict layer-specific stress-strain behavior without requiring 3D modeling, enabling rapid iteration of stacking sequences for carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) skins. Aluminum and composite substructures (e.g., spar caps) are analytically sized using classical lamination theory (CLT) and Euler buckling criteria to prevent structural failure. Phase 2 translates Phase I parameters into a 3D CAD model, validated via FEA in NASTRAN. Critical anaıyses include modal frequency, linear buckling, and static strength under ültimate load conditions. To streamline design-optimization cycles, minor modifications (e.g., localized thickness adjustments) are implemented directly within the FEA environment, avoiding time-consuming geometry rebuilds. This approach reduces interdisciplinary iteration time between design and analysis teams by 60-70%. Results demonstrate that integrating analytical methods with FEA accelerates convergence to a structurally viable deskin weight by 12% while maintaining safety factors >1.5. NASTRAN-based buckling analysis improved spar design efficiency, achieving a 15% higher critical buckling load compared to initial iterations. The proposed framework enables rapid, systematic wing design with minimized computational overhead. By bridging analytical and numerical methods, it offers a scalable solution for UAV applications requiring lightweight, high-strength composite structures. Future work Will extend this methodology to aeroelastic optimization and fatigue analysis.
Benzer Tezler
- Mikro hava aracında çırpan kanat profilinin deneysel incelenmesi
Expermental investigation of flapping airfoil in micro air vehicle
SİNAN KEİYİNCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Sivil HavacılıkErciyes ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLKER YILMAZ
- Modeling, simulation, and test flight validation of a fixed-wing unmanned aircraft system
Sabit kanatlı bir insansız hava aracının modellenmesi simülasyonu ve test uçuşlarıyla doğrulanması
ERTUĞRUL BARIŞ ÖNDEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- Bir İHA için tasarlanmış kanal içi pervanenin performansının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of ducted propeller designed for UAV
SEYİT TÜRKMEN KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DUYGU ERDEM
PROF. DR. MEHMET ŞERİF KAVSAOĞLU
- Kanat performansını arttırmak için Winglet tasarımı ve bir uygulaması
Winglet design and an application to increase wing performance
AKİF GİRAY ALACACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAYRİ ACAR
- Bir insansız hava aracına ait kompozit kanadın tasarımı ve yapısal optimizasyonu
Design and structural optimisation of an UAV composite wing
MUHAMMED ATIF YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ