İHA sistemine ait kompozit yapıdaki kanat yapısında farklı kafes yapılarının mekanik etkilerinin incelenmesi
5th International Congress of Engineering and Natural Sciences (ICENSS 2025), Ankara, Türkiye, 24 - 25 Mayıs 2025, ss.414-430, (Tam Metin Bildiri)
- Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
- Basıldığı Şehir: Ankara
- Basıldığı Ülke: Türkiye
- Sayfa Sayıları: ss.414-430
- Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
- İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Adresli: Evet
Özet
İnsansız Hava Araçları (İHA), çeşitli görevleri bağımsız olarak veya bir insan operatörünün uzaktan kumandası altında gerçekleştirme kabiliyetine sahip hava sistemleridir. Savaş sistemlerinin gelişen teknoloji ile birlikte daha karmaşıklaşması ve stratejik önem arz etmesi sebebiyle İHA’lar modern savaş alanlarının vazgeçilmez unsurları haline gelmiştir. Bu araçların performansı ve verimliliği, hafif, dayanıklı ve aerodinamik özelliklere sahip yapılarla doğru orantılıdır. Bu bağlamda, kompozit malzeme kullanımı, İHA kanatlarının yapı tasarımında önemli bir rol oynamaktadır. Kompozit yapılar, yüksek mukavemet-ağırlık oranı sunmaları, iyi darbe emme özellikleri ve gerektiğinde özelleştirilebilir yapıları sayesinde geleneksel malzemelere kıyasla belirgin avantajlar sağlamaktadır. Ancak, bu avantajların maksimize edilebilmesi ve kanat yapılarının mekanik özelliklerinin optimize edilebilmesi için, farklı kafes yapılarının tasarımının incelenmesi gereklidir. Kafes yapılar, belirli bir geometrik düzen ve düzenli hücre dizilimleri ile oluşturulmuş struktürel sistemlerdir; malzemenin, yüklerin kontrollü bir şekilde dağıtılmasına olanak tanıyan bir yapısal bütünlüğe sahip olması sağlanır. Bu çalışmada, içi boş bir kanat yapısı ile "dikme tabanlı hücreler" içeren kafes yapılarının statik ve dinamik mekanik etkileri arasında bir kıyaslama yapılacaktır. Ansys yazılımı kullanılarak gerçekleştirilecek sonlu elemanlar analizi, farklı malzeme türlerinin (çelik, karbon fiber ve polyester reçine) kanat yapılarındaki deformasyon ve dayanım üzerindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde inceleyecektir. Kafes yapılar ile sağlanacak tasarım iyileştirmeleri, %20’ye varan deformasyon düşüşü ve artırılmış dayanıklılık gibi sonuçlar sunmaktadır. Kafes yapılar, uygulanan yüklerin etkilerini optimize ederek, yapısal dayanıklılığı artırmanın yanı sıra sehim ve gerilim yoğunluklarını etkin bir şekilde dağıtma yeteneği sunar. Bu çalışmalar, hem CAD modellemeleri hem de malzeme testleri ile desteklenerek, literatürdeki tekil malzeme odaklı analizlerin ötesine geçmekte ve çoklu malzeme kombinasyonları ile çok yönlü bir yaklaşım sergilemektedir. Sonuç olarak, bu çalışma, İHA kanatlarının tasarımında kafes yapıların potansiyelinin araştırılmasını sağlayarak, daha hafif, daha güçlü ve maliyet etkin hava sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunmayı amaçlamaktadır. Elde edilecek bulgular, hem yapısal entegrasyonu hem de aerodinamik verimliliği artırma fırsatları sunarak, gelecekteki İHA tasarım süreçlerinde önemli bir referans kaynağı olacağı öngörülmektedir.
This study examines the mechanical properties of composite wing structures belonging to unmanned aerial vehicle (UAV) systems and investigates the effects of various lattice structures. The analyses were conducted using Ansys software on two fundamental models: a hollow wing structure and a lattice structure featuring upright-based cells. Support elements were utilized in the lattice design to enhance structural integration at the intersection points. Static analyses were performed for both designs to evaluate the effects of different materials (steel, carbon fiber, and carbon polyester resin) on wing deformation and strength. The hollow structure demonstrated high strength when using steel, while carbon fiber stood out for its light weight and good flexibility. However, the strength of structures made from polyester resin significantly decreased compared to the other materials. In the analyses conducted with the lattice structure, deformation improved by approximately 20% compared to the hollow structure, reducing to 0.35 mm under a load of 100 N. The lattice wing structure analyzed using carbon polyester resin yielded a deformation of 0.44 mm, while the structure made of polyester resin alone exhibited a deformation of 28.33 mm. This indicates that the lattice structure provides a significant strength increase over the hollow wing design and that wings produced from polyester resin without carbon fiber reinforcement are insufficient. In conclusion, carbon fiber emerges as the most suitable material due to its lightness and durability. The use of lattice structures offers significant benefits in terms of strength improvement and structural support. When these two features are combined in UAV wing design, it is anticipated that a more effective and efficient flight performance can be achieved.