Dikey İniş Kalkış Yapabilen Hibrit İtki Sistemli Bir İnsansız Hava Aracının Ön Tasarımı, Üretimi Ve Test Uçuşu Çalışmaları

Abstract

Son yıllarda, yüksek gelişim ivmesi gösteren mikro elektromekanik sensörler , motor ve pil teknolojileri, insansız hava araçlarının kullanım alanlarında ve geliştirilen araç sayısında artışa yol açmıştır. 2009 yılı itibariyle 1200’ü aşkın insansız hava aracı modeli kısmen ülkelerin envanterlerine girmiş; kısmen geliştirilme aşamasında halen yollarına devam etmektedirler. İnsansız hava araçları; geleneksel; kısa mesafede iniş-kalkış yapabilen ve dikey iniş kalkış yapabilen özelliğe sahip olarak olarak üç sınıfa ayrılabilir. Dikey iniş kalkış yapabilen (DİKY) sabit kanatlı insansız hava araçları (İHA), döner kanatlı ve fan gövdeli İHA’lara nazaran çeşitli üstünlükler göstermektedir. Sabit kanatlı DİKY uçak konsepti, 1950’lerde insanlı uçaklar üzerinde denenmiş, fakat pilotların üzerindeki iş yükü nedeniyle uçuş testleri birçok kazayla sonuçlanmıştır. Pilot kontrolündeki yetersizlikler sonucunda 1960’ların başında, dünya üzerindeki tüm insanlı sabit kanatlı DİKY projeleri durdurulmuştur. Fakat gelişen yazılım ve donanım teknolojileriyle, bu tip hava araçları, 1990’lı yıllardan itibaren insansız olarak, küçük ölçeklerde denenmeye başlanmıştır. Sabit kanatlı DİKY İHA’ların avantajları göz önünde tutularak, İTÜ bünyesinde elektrikli itki sistemi sayesinde sessiz olan ve otonom olarak şarj işlemini gerçekleştirerek 24 saat kesintisiz trafik – kanun kaçakçılığı gözlemi ve takibi yapabilecek kabiliyetlerde olan bir DİKY insansız hava aracı tasarımı başlatılmıştır. Dikey iniş ve kalkış operasyonu sırasında kullanılacak büyük çaplı pervane ve yatay uçuş sırasında kullanılacak fan sistemini içeren elektrikli hibrit itki sistemi sayesinde, İTÜ’de geliştirilen İHA’nın dünya üzerindeki diğer insansız uçaklara nazaran daha yüksek performanslı olduğu görülmüştür. Yaklaşık olarak 3 dakikalık dikey iniş kalkış aşamasından sonra 90 dakika kesintisiz uçuş yapabilen ve 1.2 kg faydalı yük taşıma kabiliyetine sahip, dünyada bir benzeri olmayan İTÜ-İHA’nın, üretim ve uçuş testlerinden sonra kendini kanıtlayacağı ve sivil/askeri birçok kullanım alanına sahip olacağı öngörülmektedir.

As a kind of Vertical take off and landing capable unmanned vehicles, tailsitter UAVs with their combined VTOL and fixed-wing aircraft with full flight-speed regime capability provides a distinct alternative to rotary-wing and ducted fan UAVs. ITU tailsitter concept is tailored towards city and urban operations with possible autonomous recharging capability to allow 24 hour on demand reconnaissance and surveillance for traffic and law-enforcement. The development of manned tailsitter aircraft had begun as early as 1950’s. Such manned tailsitter aircraft were hard to control especially during landing phase, as the early tailsitter aircraft did not have any stability augmentation system to help the pilots during the critical landing phase. However, as unmanned systems developed, the distinct tailsitter concept is realized again by using recent autopilot technology. In ITU tailsitter, a folding propeller system is used for hovering, vertical take-off, vertical landing and low speed transition mode, whereas an electric ducted fan (EDF) system is used for level and high speed flight mode where the propeller folds onto the fuselage in order to reduce drag. Initial system performance analysis with candidate propulsion units indicate that up to 35m/s cruise speed and maximum 90 minutes of flight endurance can be achieved while carrying 1.2 kg payload – a distinct performance in comparison to the same class rotary-wing and OAV alternatives. This flight time includes 3 minutes of vertical take-off and landing phase. After being proven the new tailsitter concept with hybrid electric propulsion system with the help of prototyping and several flight tests, a new concept with several usage areas, such as reconnaissance and surveillance for traffic and law-enforcement, scientific research, defense industry, is going to born.