İnsansız hava araçlarında rüzgâr enerjisi yolu ile enerji verimliliğinin artırılması
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Muammer Uğur
Danışman: Erhan Akdoğan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Günümüzde insansız hava araçlarına ilişkin çalışmalar son derece hızlı bir şekilde ilerlemektedir. Buna bağlı olarak bilimsel ve teknolojik gelişmeler de ivme kazanmıştır. İnsansız hava araçlarının geliştirilmesinde yüksek irtifaya ulaşma, daha fazla yük taşıma, otonominin geliştirilmesi, daha uzun süre havada kalma vb. konularda çalışmalar yapılmaktadır. Bu tez çalışmasının konusu ise insansız hava araçlarının havada kalma süresini rüzgâr enerjisini kullanarak artıracak kontrolcünün geliştirilmesidir. İnsansız hava aracı uçabilmek için belirli miktarda yakıta ihtiyaç duyar ve bu yakıt miktarı ile uçuş süresi doğru orantılıdır. Ancak uçuş süresini artırmak için yakıt kapasitesinin artırılması, hem araca fazladan yük oluşturmakta hem de aracın aerodinamiğini değiştirmektedir. Aracın bu enerji sorununu çözmek için güneş paneli kullanılmasına yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Fakat bu panellerin varlığı araca fazladan bir yük oluşturduğundan verimi düşürmektedir. Bu tez çalışmasında ortaya konan kısıtlar göz önünde bulundurularak insansız hava aracının enerji verimliliğini artırmak için bulanık mantık tabanlı bir kontrolcü geliştirilmiştir. Bu yöntemle araca herhangi bir yük oluşturmadan, ortamda bulunan rüzgâr enerjisi kullanılarak havada kalma süresinin artırılması hedeflenmiştir. Geliştirilen bulanık mantık tabanlı kontrolcü ile rüzgârın yön ve şiddetine göre insansız hava aracının uygun yönelime sahip olması sağlanmıştır. Tasarım sürecinde ise ilk olarak, bu aracın bir modeli bilgisayar ortamında çizilmiştir. Daha sonra, İHA'nın matematiksel modeli oluşturulmuştur. Bu model kullanılarak uçağın havada kalabilmesi için minimum hız değeri bulunmuştur. Bu bilgiler ile sistem modeli ve kontrol algoritması simülasyon ortamına aktarılmıştır. Bunun yanısıra, bir deney düzeneği hazırlanarak, araca uygulanan kaldırma kuvvetini oluşturacak motor PWM sinyal değeri elde edilmiştir. Ayrıca, yine PWM sinyalinin darbe genişlik süresine göre itme kuvveti değerleri elde edilmiştir. Bu itme kuvveti değerleri, rüzgârlı ortamda bulanık mantık kontrolcünün üyelik fonksiyonlarının sınır değerlerinin belirlenmesinde kullanılmıştır. Buna göre, farklı şiddetlerde esen rüzgâra karşı, motorun nasıl bir itme kuvveti uygulayacağı bir kural tablosuyla belirlenmiştir. Fiziksel deneyler yapılarak ilk önce rüzgârsız ortamda ve bulanık mantık kontrolcü devre dışı iken harcanan enerjinin miktarı ve bu enerji harcanırken geçen süre kaydedimiş, ardından da belirli bir hızda rüzgâr olduğu zaman ve bulanık mantık kontrolcü devreye alınıp harcanan enerji miktarı ve geçen süre kaydedilmiştir. Sonuçta bu iki süre karşılaştırılmış ve enerji verimliliğine ilişkin sonuçlar ortaya konmuştur.