Bir mikro hava aracının tasarımı ve performansı

Abstract

Bu çalışma, küçük boyutlu bir insansız hava aracının tasanmı için gerekli hesap yöntemlerinin geliştirilmesini, aracın önmodelinin hazırlanmasını ve üzerinde yapılan çeşitli denemeleri kapsamaktadır. Tez kapsamında bir mikro hava aracı tasarlanmıştır. Bu aracın geniş bir görev yelpazesine sahip olması arzulanmıştır. Aracın özgörevi yarım saat havada kalabilmek ve sabit bir noktadan yer istasyonuna görüntü yayını aktarabilmek olarak belirlenmiştir. Tasarım kısıtı olarak aracın en büyük ölçüsü 30cm ile sınırlandırılmıştır. Bu koşullar, döneçli bir hava aracını şart koşmuştur. Döneç başarımı kestiriminde momentum ve pala elemanı yöntemlerinin düşük Reynolds sayılarında geçerliliği araştırılmıştır. Pala elemanı yöntemi düşük Reynolds sayılarını ve eşeksenli döneç sistemini hesaba katacak şekilde geliştirilmiş ve ortaya çıkan yöntemler kullanılarak çeşitli döneçlerin başaranları incelenmiştir. Genetik algoritmalar ve sıralı karesel programlama yöntemleriyle en iyi başarımı sağlayacak dönecin tasanmı mümkün olmuştur. Elde edilen tasanmm güç gereksinimi hesap edildikten sonra aracın maliyetini azaltmak amacıyla raftan-inme bileşenler kullanılmıştır. Ticari kataloglar ve hobi ürünleri satıcılanndan istenilen özelliklere sahip ürünler araştınlmıştır. Önmodel imalatı için güç sistemleri, kumanda/kontrol sistemleri ve paralı yük sistemleri belirlenmiştir. Elde edilen nihai tasanmm başanmı incelenmiştir. Özgörevi yerine getirmek amacıyla sisteme faydalı yük olarak bir kablosuz kamera sistemi yüklenmiş ve uçurulmuştur. B öylece önmodelin başanmı tespit edilmiştir.

This thesis covers developing calculation tools for the design of a miniature unmanned air vehicle, preparing a prototype of the vehicle and various experiments. In the scope of the thesis, a micro rotorcraft has been designed. This design is aimed to become an aerial platform that can have a wide range of missions. The mission of the vehicle has been determined as the capability to transmit live images to the ground station with an endurance of 30 minutes. As a design constraint, the maximum dimension of the vehicle is limited to 30cm. Thus, these conditions have led to the choice of a rotary air vehicle. Rotor performance estimation methods have been studied. The validity of momentum and blade element theories has been investigated. The combined blade element momentum theory has been improved to take into account low Reynolds numbers and coaxial rotor systems. With the developed methods, the performance of various rotor geometries has been analyzed and design parameters have been optimized using genetic algorithms and sequential quadratic programming. After calculating the power requirements of the design, to cut down the costs, off-the-shelf components have been used. Commercial catalogs and hobby suppliers have been researched for the components desired. Power systems, control systems and payload systems have been determined and the final design has been analyzed for performance. To accomplish the mission, a wireless camera system has been installed and flown aboard. The performance of the complete prototype is hence determined.