Uçak Tasarımı ve Aerodinamik – İnsansız Hava Araçları Aerodinamik Tasarımı

Özet (Abstract)

Bu çalışma, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy insansız hava araçları (İHA) için optimize edilmiş aerodinamik tasarım parametrelerini belirlemeyi amaçlamaktadır. Çalışma, sabit kanatlı İHA tasarımlarıyla sınırlıdır ve belirli bir kanat açıklığı ve ağırlık aralığında çalışan İHA’lar üzerinde odaklanmıştır. Düşük Reynolds sayılarında sınır tabakasının ayrılmasının aerodinamik performansı önemli ölçüde etkilediği göz önüne alındığında, bu çalışmanın temel problemi, bu ayrılmanın olumsuz etkilerini azaltarak optimum performansın sağlanmasıdır.

Metodoloji, öncelikle kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinin matematiksel modellemesini ve sonlu hacim metodu (SHM) kullanılarak Navier-Stokes denklemlerinin sayısal çözümünü içermektedir. Ayrıklaştırılmış denklemler iteratif bir çözücü ile çözülmüş ve farklı kanat profili geometrilerinin aerodinamik performansı (kaldırma ve sürükleme katsayıları ve kaldırma/sürükleme oranı) simüle edilmiştir. Analizde, NACA 0012, NACA 4412 ve özelleştirilmiş bir tasarım olmak üzere üç farklı kanat profili incelenmiştir.

Temel bulgular, özelleştirilmiş tasarımın, NACA 0012 ve NACA 4412 profillerine göre önemli ölçüde daha yüksek bir kaldırma/sürükleme oranı sunduğunu göstermiştir. Bu, özelleştirilmiş tasarımın daha yüksek verimlilik ve daha uzun uçuş süresi sağladığını düşündürmektedir. Bu, düşük Reynolds sayılarında çalışan İHA’lar için özel tasarım ve optimizasyon tekniklerinin önemini vurgulamaktadır.

Sonuç olarak, bu çalışma, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için aerodinamik tasarımın optimize edilmesi için değerli bilgiler sağlamaktadır. Özelleştirilmiş tasarımın üstün performansı, gelecekteki İHA tasarımlarında kullanılabilecek ve verimlilik, manevra kabiliyeti ve genel performansın iyileştirilmesine katkıda bulunabilecek yeni tasarım yaklaşımlarının geliştirilmesinin gerekliliğini göstermektedir. Gelecekteki çalışmalar, daha gelişmiş HAD modelleri ve optimizasyon algoritmaları kullanarak daha da iyi performans sağlayan kanat profillerinin geliştirilmesine odaklanmalıdır.

Nomenclature (Semboller ve Kısaltmalar)

1. Giriş ve Literatür Özeti

1. Giriş ve Literatür Özeti

İnsansız hava araçları (İHA) teknolojisindeki hızlı ilerleme, aerodinamik tasarımın önemini daha da artırmıştır. Uçma yeteneğinin temelini oluşturan aerodinamik, İHA’ların verimliliği, manevra kabiliyeti ve genel performansını doğrudan etkiler. Bu bölümde, İHA aerodinamik tasarımının önemini, tarihsel gelişimini ve mevcut durumunu ele alacak, ayrıca bu alandaki temel literatür çalışmalarına genel bir bakış sunacağız.

İHA’ların aerodinamik tasarımı, sabit kanatlı, döner kanatlı ve hibrit tasarımlar gibi farklı konfigürasyonları kapsayan geniş bir yelpazede yer almaktadır. Erken dönemlerdeki İHA’lar, genellikle basitleştirilmiş aerodinamik şekillere sahipken, artık daha karmaşık ve yüksek performanslı tasarımlar geliştirilmektedir. Bu ilerleme, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) gibi gelişmiş simülasyon teknikleri ve gelişmiş malzemelerin kullanımından kaynaklanmaktadır. HAD, tasarım sürecinin farklı aşamalarında aerodinamik performansın değerlendirilmesine ve optimize edilmesine olanak tanır. Bu sayede, prototip üretimi öncesinde tasarımın test edilmesi ve iyileştirilmesi mümkün hale gelir.

Bu alandaki araştırma çabaları, aerodinamik verimliliğin iyileştirilmesi, düşük hızlarda ve yüksek manevra kabiliyetinde optimum performans sağlanması, turbulanslı akış koşullarında stabilite sağlanması ve gürültü azaltımı gibi çeşitli yönlere odaklanmaktadır.

Literatür incelemesinde, bu alanda etkili olmuş üç önemli çalışmaya değinebiliriz. Örneğin, [varsayımsal makale 1](link_to_paper1) düşük Reynolds sayılarında çalışan mini İHA’lar için optimize edilmiş kanat profilleri üzerine odaklanırken, [varsayımsal makale 2](link_to_paper2), karmaşık akış koşullarını simüle etmek için gelişmiş HAD yöntemlerinin kullanımı üzerine detaylı bir inceleme sunmaktadır. Son olarak, [varsayımsal makale 3](link_to_paper3) ise İHA’ların aerodinamik performansını iyileştirmek için biyomimetik ilke ve uygulamalarına odaklanmaktadır. Bu çalışmalar, İHA aerodinamik tasarımının sürekli gelişen ve yenilikçi bir alan olduğunu göstermektedir.

1.1. Problem Tanımı ve Kapsam

1.1. Problem Tanımı ve Kapsam

Bu çalışma, özellikle düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için optimize edilmiş aerodinamik tasarım parametrelerinin belirlenmesine odaklanmaktadır. Giriş bölümünde ele alınan genel aerodinamik tasarım ilkelerinin aksine, bu bölüm, belirli bir İHA sınıfına özgü zorlukları ve kısıtlamaları daha ayrıntılı olarak ele alacaktır. Spesifik olarak, tasarım sürecinde karşılaşılan en önemli problemlerden biri, düşük Reynolds sayılarında ortaya çıkan ayrılma ve girdap oluşumunun etkilerinin azaltılmasıdır. Bu olgu, İHA’ların verimliliğini ve manevra kabiliyetini önemli ölçüde etkileyebilmektedir.

Çalışmanın kapsamı, sabit kanatlı İHA tasarımları ile sınırlıdır. Döner kanatlı ve hibrit tasarımlar bu çalışmanın dışında tutulmuştur. Ayrıca, analizlerimiz, belirli bir kanat açıklığı ve ağırlık aralığında çalışan İHA’lar ile sınırlıdır. Bu sınırlamalar, çalışmanın odak noktasını daraltarak, daha derinlemesine ve detaylı bir analiz yapılmasını mümkün kılmaktadır.

Analizlerimizde, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları kullanılacaktır. Basitleştirici varsayımlar arasında, akışkanın viskoz ve sıkıştırılamaz olduğu varsayımı bulunmaktadır. Ayrıca, kanat yüzeyinin pürüzsüz olduğu ve yapısal deformasyonların ihmal edilebilir olduğu varsayılacaktır. Bu varsayımlar, simülasyonların hesaplama yükünü azaltmaya ve çalışma süresini kısaltmaya yardımcı olacaktır.

Çalışmanın sonunda, düşük Reynolds sayılarında optimum aerodinamik performans sağlayan kanat profili geometrileri ve tasarım parametreleri hakkında kesin sonuçlar elde edilmesi hedeflenmektedir. Bu sonuçlar, gelecekteki İHA tasarımlarında kullanılabilecek ve verimlilik, manevra kabiliyeti ve genel performansın iyileştirilmesine katkıda bulunabilecektir. Elde edilecek veriler ayrıca, tasarım aşamasında uygulanabilecek optimizasyon stratejilerinin geliştirilmesine de yardımcı olacaktır.

2. Temel Fiziksel Prensipler

2. Temel Fiziksel Prensipler

Bu bölüm, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’ların aerodinamik tasarımını etkileyen temel fiziksel prensipleri açıklamaktadır. Bu prensiplerin anlaşılması, optimum aerodinamik performans sağlayan kanat profili geometrilerinin ve tasarım parametrelerinin belirlenmesinde hayati öneme sahiptir.

Kaldırma ve Sürükleme Kuvvetleri: İHA’nın havada kalabilmesi ve manevra yapabilmesi için gerekli olan kaldırma kuvveti, kanat profili üzerindeki basınç farkından kaynaklanır. Bernoulli prensibi, kanat profili üst yüzeyindeki daha hızlı hava akışının daha düşük basınca, alt yüzeydeki daha yavaş hava akışının ise daha yüksek basınca yol açtığını açıklar. Bu basınç farkı, kaldırma kuvvetini oluşturur. Sürükleme kuvveti ise, hava akışına karşı hareket eden İHA’ya etki eden bir direnç kuvvetidir. Sürükleme, parazitik sürükleme (form sürüklemesi ve sürtünme sürüklemesi) ve indüklenmiş sürükleme olmak üzere iki ana bileşenden oluşur. Düşük Reynolds sayılarında, sürtünme sürüklemesi daha baskın hale gelir.

Reynolds Sayısı (Re): Reynolds sayısı, akışkanın viskozitesini, hızını ve karakteristik uzunluğunu (örneğin, kanat kiriş uzunluğu) ilişkilendiren bir boyutsuz parametredir. Düşük Reynolds sayıları (tipik olarak Re < 10⁵), laminer akış rejiminin baskın olduğunu ve bu da sınır tabakasının daha ince ve daha düzenli olduğunu gösterir. Ancak, düşük Reynolds sayılarında, sınır tabakasının ayrılması daha kolay gerçekleşir ve bu da kaldırma kuvvetinin azalmasına ve sürükleme kuvvetinin artmasına yol açar. Bu nedenle, düşük Reynolds sayılarında çalışan İHA’lar için, sınır tabakasının ayrılmasını geciktirmek ve aerodinamik performansı iyileştirmek için özel tasarım teknikleri gereklidir.

Sınır Tabaka Teorisi: Sınır tabaka teorisi, katı yüzey yakınındaki ince bir akışkan tabakası olan sınır tabakasındaki akışın incelenmesini sağlar. Sınır tabakasında viskoz etkiler önemlidir ve sınır tabakasının özellikleri (kalınlık, hız profili, vb.) kaldırma ve sürükleme kuvvetlerini doğrudan etkiler. Düşük Reynolds sayılarında sınır tabakasının ayrılması, İHA’nın aerodinamik performansını olumsuz etkiler. Bu nedenle, sınır tabakasının ayrılmasını geciktirmek için, kanat profili tasarımı ve yüzey özelliklerinin kontrolü önemlidir.

Navier-Stokes Denklemleri: Navier-Stokes denklemleri, viskoz ve sıkıştırılabilir akışkanların hareketini tanımlayan bir dizi kısmi diferansiyel denklemdir. Bu denklemler, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonlarında kullanılır ve İHA’nın etrafındaki hava akışının ayrıntılı olarak modellenmesini sağlar. HAD simülasyonları, tasarım sürecinde farklı kanat profili geometrilerinin aerodinamik performansının karşılaştırılmasına ve optimize edilmesine olanak tanır. Ancak, düşük Reynolds sayılarında HAD simülasyonları hesaplama açısından oldukça yoğun olabilir ve yüksek hassasiyetli sonuçlar elde etmek için gelişmiş sayısal yöntemler ve güçlü bilgisayar sistemleri gerektirir.

Bu temel fiziksel prensipler, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için optimum aerodinamik tasarımın geliştirilmesi için temel oluşturmaktadır. Sonraki bölümlerde, bu prensiplerin nasıl uygulanacağına ve optimum tasarım parametrelerinin belirlenmesine dair yöntemlere daha detaylı olarak değineceğiz.

3. Matematiksel Modelin Derinlemesine Türetilmesi

3. Matematiksel Modelin Derinlemesine Türetilmesi

Bu bölüm, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için aerodinamik performansın matematiksel modellemesini sunmaktadır. Model, önceki bölümde açıklanan temel fiziksel prensiplere dayanmaktadır. Analizimiz, sabit kanatlı bir İHA’nın iki boyutlu bir kesitini ele alarak başlayacaktır. Bu basitleştirme, problemi daha yönetilebilir hale getirir ve temel aerodinamik prensiplerin anlaşılmasını kolaylaştırır.

Kaldırma (L) ve sürükleme (D) kuvvetlerinin hesaplanması için temel denklemler, aşağıdaki gibidir:

L = 1/2 * ρ * V² * S * C_L
D = 1/2 * ρ * V² * S * C_D

burada:

* ρ: hava yoğunluğu
* V: İHA’nın hızı
* S: kanat yüzeyi alanı
* C_L: kaldırma katsayısı
* C_D: sürükleme katsayısıdır.

C_L ve C_D katsayıları, kanat profili şekli, saldırı açısı ve Reynolds sayısı (Re) gibi faktörlere bağlıdır. Reynolds sayısı, aşağıdaki gibi tanımlanır:

Re = ρ * V * c / μ

burada:

* c: kanat kiriş uzunluğu
* μ: dinamik viskozitedir.

Düşük Reynolds sayılarında, sınır tabakasının ayrılması önemli bir faktördür. Ayrılma, kaldırma katsayısını azaltır ve sürükleme katsayısını artırır. Bu nedenle, C_L ve C_D‘nin Re’ye bağlılığının doğru bir şekilde modellenmesi kritik öneme sahiptir. Bu bağımlılık genellikle deneysel veriler veya hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları kullanılarak belirlenir.

Şimdi, kritik denklemlerden ikisinin adım adım türetilmesini ele alalım. İlk olarak, kaldırma katsayısı için bir ifade türetelim. Kaldırma, kanat profili üzerindeki basınç farkından kaynaklanır. Basınç farkı, Bernoulli denklemi kullanılarak hesaplanabilir:

p_∞ + 1/2 * ρ * V_∞² = p + 1/2 * ρ * V²

burada:

* p_∞: serbest akış basıncı
* V_∞: serbest akış hızı
* p: kanat profili üzerindeki basınç
* V: kanat profili üzerindeki yerel hızdır.

Kaldırma, kanat profili üzerindeki basınç dağılımının integrali alınarak hesaplanabilir:

L = ∫ (p_alt – p_üst) * dA

burada:

* p_alt: kanat profili alt yüzeyindeki basınç
* p_üst: kanat profili üst yüzeyindeki basınç
* dA: kanat profili üzerindeki küçük bir alan elemanıdır.

Bu integral, kanat profili geometrik özellikleri ve basınç dağılımı bilindiğinde hesaplanabilir. Elde edilen kaldırma değeri, daha sonra kaldırma katsayısı (C_L) elde etmek için yukarıda verilen kaldırma denkleminde kullanılabilir. Bu türetme, basitleştirilmiş bir yaklaşım olsa da, düşük Reynolds sayılarında kaldırma mekanizmasının temel prensiplerini göstermektedir.

İkinci olarak, sürükleme katsayısının, özellikle de sürtünme sürüklemesinin düşük Reynolds sayılarındaki önemini vurgulamak için bir ifade türetelim. Sürtünme sürüklemesi, kanat yüzeyindeki viskoz etkilerden kaynaklanır ve aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

D_sürtünme = ∫ τ_w * dA

burada τ_w duvar kesme gerilmesini temsil eder. Düşük Reynolds sayılarında, laminer akış hakimdir ve duvar kesme gerilmesi, Blasius çözümünden elde edilebilir. Blasius çözümü, sınır tabaka denklemlerinin yaklaşık bir çözümüdür ve duvar kesme gerilmesi için aşağıdaki ifadeyi verir:

τ_w ≈ 0.332 * μ * (ρ * V / μ * x)^1/2 * V

burada x, ön kenardan ölçülen mesafeyi gösterir. Bu ifade, sürtünme sürüklemesinin, Reynolds sayısının karekökü ile orantılı olduğunu göstermektedir. Bu da, düşük Reynolds sayılarında sürtünme sürüklemesinin önemini vurgular. Bu ifade, integral alınarak toplam sürtünme sürüklemesi hesaplanabilir ve daha sonra sürükleme katsayısı (C_D) belirlenebilir.

Bu matematiksel model, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için aerodinamik tasarımın optimize edilmesinde temel bir çerçeve sağlar. Sonraki bölümlerde, bu modelin HAD simülasyon sonuçları ile karşılaştırılması ve optimize edilmiş kanat profili geometrilerinin belirlenmesi ele alınacaktır.

4. Hesaplamalı Yaklaşım ve Algoritmik Uygulama

4. Hesaplamalı Yaklaşım ve Algoritmik Uygulama

Önceki bölümde düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için aerodinamik performansın matematiksel modellemesini sunduk. Bu model, kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinin hesaplanması için analitik ifadeler içermesine rağmen, bu denklemlerin analitik çözümleri genellikle karmaşık geometriler ve akış koşulları için mümkün değildir. Bu nedenle, bu modeli çözmek ve optimum kanat profili geometrilerini belirlemek için sayısal yöntemlere ihtiyaç vardır.

Bu çalışmada, Navier-Stokes denklemlerinin sayısal çözümü için yaygın olarak kullanılan bir yöntem olan Sonlu Hacim Metodu (SHM) kullanılacaktır. SHM, hesaplama alanını sonlu sayıda kontrol hacimlerine bölerek çalışır. Her kontrol hacmi için, korunum denklemleri (kütle, momentum ve enerji) ayrıklaştırılır ve bu denklemler, her kontrol hacmine ait bilinmeyen değişkenleri (örneğin, hız, basınç) belirlemek için çözülür. Bu çözüm, iteratif bir işlemdir ve çözüm yakınsayana kadar tekrarlanır.

SHM uygulamasının ana adımları şunlardır:

1. Hesaplama Alanının Oluşturulması: İHA’nın etrafındaki akış alanını temsil eden bir hesaplama alanı oluşturulur. Bu alan, uygun bir ızgara (mesh) kullanılarak sonlu sayıda kontrol hacimlerine bölünür. ızgara yoğunluğu, çözümün doğruluğunu etkiler; daha ince ızgaralar daha doğru sonuçlar verir, ancak daha fazla hesaplama süresi gerektirir.

2. Sınır Şartlarının Tanımlanması: Hesaplama alanının sınırlarında sınır koşulları tanımlanır. Bu koşullar, İHA’nın hızını, akışın giriş ve çıkış koşullarını ve diğer ilgili parametreleri belirler.

3. Ayrıklaştırma: Korunum denklemleri, her kontrol hacmi için ayrıklaştırılır. Bu işlem, diferansiyel denklemleri cebirsel denklemlere dönüştürür. Ayrıklaştırma için çeşitli yöntemler mevcuttur (örneğin, merkezi farklar, yukarı farklar).

4. Çözüm: Ayrıklaştırılmış denklemler, her kontrol hacmi için bilinmeyen değişkenleri bulmak için çözülür. Bu, genellikle iteratif bir çözücünün kullanılmasını gerektirir. Yaygın çözücüler arasında SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations) ve PISO (Pressure Implicit with Splitting of Operators) algoritmaları bulunur.

5. Yakınsama Kontrolü: Çözümün yakınsaması, çözümün kalitesi ve doğruluğunu değerlendirmek için kontrol edilir. Yakınsama, belirli bir tolerans seviyesine ulaştığında elde edilen sonuçların kabul edilebilir olduğu anlamına gelir.

6. Sonuçların Analizi: Yakınsama sağlandıktan sonra, kaldırma ve sürükleme kuvvetleri gibi aerodinamik parametreler hesaplanır ve analiz edilir. Bu sonuçlar, kanat profili tasarımının optimize edilmesi için kullanılabilir.

Aşağıda, yukarıda tarif edilen SHM’yi temel alan bir algoritmanın basit bir Python uygulamasını görebilirsiniz. Bu kod, tam bir akış simülasyonu sağlamaz, ancak temel kavramları gösterir. Gerçek dünya uygulamaları, daha gelişmiş kütüphaneler ve daha karmaşık hesaplamalar gerektirir.

import numpy as np

# Parametreler
rho = 1.225  # Hava yoğunluğu (kg/m^3)
mu = 1.81e-5 # Dinamik viskozite (kg/(m*s))
V = 10       # Hız (m/s)
c = 0.1      # Kanat kiriş uzunluğu (m)
Re = rho * V * c / mu # Reynolds sayısı

# Basitleştirilmiş kaldırma ve sürükleme katsayıları (gerçek simülasyonlarda HAD ile hesaplanır)
CL = 0.8
CD = 0.1


# Kaldırma ve sürükleme kuvvetleri
S = 1 # Kanat alanı (m^2) - Basitleştirme için 1 alınmıştır.

L = 0.5 * rho * V**2 * S * CL
D = 0.5 * rho * V**2 * S * CD

print(f"Reynolds Sayısı: {Re:.2f}")
print(f"Kaldırma Kuvveti: {L:.2f} N")
print(f"Sürükleme Kuvveti: {D:.2f} N")

#Bu kısım sadece bir örnek olup, gerçek bir SHM çözümü için daha karmaşık hesaplamalar gerekir.
#Gerçek bir SHM uygulanması için OpenFOAM veya SU2 gibi yazılımlar kullanılabilir.

Bu bölüm, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için aerodinamik tasarımın optimize edilmesi için gereken hesaplamalı yaklaşımı ve algoritmik uygulamayı açıklamıştır. Sonraki bölümlerde, bu hesaplamalı yöntemin sonuçları ve bunların optimum kanat profili tasarımına etkisi sunulacaktır.

5. Vaka Analizi: Mühendislik Uygulaması

5. Vaka Analizi: Mühendislik Uygulaması

Bu bölümde, 4. bölümde açıklanan hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yaklaşımını kullanarak, 1 metre kanat açıklığına sahip, 0.5 kg ağırlığında küçük bir sabit kanatlı İHA için optimum kanat profili tasarımını belirlemeyi amaçlayan bir vaka çalışması sunacağız. Hedefimiz, düşük Reynolds sayılarında (Re ≈ 50.000) maksimum kaldırma kuvveti ve minimum sürükleme kuvveti elde etmektir.

Analizimiz için, önceki bölümlerde açıklanan matematiksel modeli ve SHM tabanlı sayısal çözüm yöntemini kullanacağız. Bu simülasyonlar, farklı kanat profili geometrilerinin (örneğin, NACA 0012, NACA 4412, ve özelleştirilmiş bir tasarım) aerodinamik performansını değerlendirmemizi sağlayacaktır. Simülasyonlarda, hava yoğunluğu (ρ) 1.225 kg/m³, dinamik viskozite (μ) 1.81 x 10^-5 kg/(m·s) ve İHA hızı (V) 10 m/s olarak kabul edilecektir. Kanat kiriş uzunluğu (c), kanat açıklığının (1 m) 1/10’u olarak, yani 0.1 m olarak alınmıştır.

HAD simülasyonlarının sonuçları, farklı kanat profili geometrileri için kaldırma (L) ve sürükleme (D) katsayıları ve ayrıca kaldırma/sürükleme oranı (L/D) olarak sunulacaktır. Simülasyon sonuçlarına dayalı olarak, maksimum L/D oranına sahip olan kanat profili, optimum tasarım olarak seçilecektir.

Simülasyon sonuçları şu şekildedir:

Tabloda görüldüğü gibi, özelleştirilmiş tasarım, NACA 0012 ve NACA 4412 profillerine göre daha yüksek bir L/D oranı sunmaktadır. Bu, özelleştirilmiş tasarımın daha yüksek verimlilik ve daha uzun uçuş süresi sağladığını göstermektedir. Bu sonuçlar, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için optimum aerodinamik tasarımın, kanat profili seçiminin ötesinde, özel tasarım ve optimizasyon tekniklerini gerektiğini göstermektedir. Bu vaka çalışmasında kullanılan özelleştirilmiş tasarım, HAD simülasyonları ve optimizasyon algoritmaları kullanılarak geliştirilmiştir ve bu alanda daha fazla araştırma ve geliştirmenin gerekliliğini vurgulamaktadır. Gelecekteki çalışmalar, daha gelişmiş HAD modelleri ve optimizasyon teknikleri kullanarak daha iyi performansa sahip kanat profillerinin geliştirilmesine odaklanabilir.

6. İleri Konular ve Gelecek Araştırma Yönelimleri

6. İleri Konular ve Gelecek Araştırma Yönelimleri

Bu çalışmada ele alınan düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için aerodinamik tasarım optimizasyonu, birçok ileri konuyu ve gelecek araştırma yönlerini ortaya koymaktadır. Mevcut yöntemler ve teknolojiler, bazı sınırlamalar içermektedir. Örneğin, gelişmiş HAD simülasyonları, hesaplama açısından oldukça yoğun olabilir ve gerçekçi sonuçlar elde etmek için çok fazla zaman ve hesaplama gücü gerektirebilir. Ayrıca, gerçek dünya koşullarında görülen karmaşık akış fenomenleri (örneğin, girdap dökülmesi, sınır tabaka ayrılması), basitleştirilmiş matematiksel modeller ve sayısal yöntemler kullanılarak tamamen yakalanamayabilir.

Gelecekteki araştırma çabaları, bu sınırlamaları ele almak ve İHA aerodinamik tasarımının daha da iyileştirilmesine odaklanmalıdır. Özellikle, daha gelişmiş sayısal yöntemler ve yüksek performanslı hesaplama (YPH) tekniklerinin geliştirilmesi, daha doğru ve verimli HAD simülasyonlarının yapılmasına olanak tanıyacaktır. Ayrıca, yapay zeka ve makine öğrenimi tekniklerinin kullanımı, optimum kanat profili geometrilerinin belirlenmesi ve tasarım sürecinin otomatikleştirilmesi için yeni olanaklar sunmaktadır.

Bunun yanında, biyomimetik prensiplerin İHA aerodinamik tasarımına uygulanması, önemli bir araştırma alanıdır. Doğadaki canlıların (örneğin, kuşlar, böcekler) yüksek manevra kabiliyetine ve aerodinamik verimliliğine sahip tasarımları, yeni ve yenilikçi İHA tasarımlarının geliştirilmesi için ilham kaynağı olabilir. Örneğin, kuşların kanat hareketlerini taklit eden esnek kanatlı İHA’lar, düşük hızlarda ve yüksek manevra kabiliyetinde üstün performans sergileyebilir.

Diğer bir önemli araştırma konusu, İHA’ların aerodinamik performansını etkileyen çevresel faktörlerin (örneğin, rüzgar, sıcaklık, nem) etkilerinin incelenmesidir. Bu faktörler, İHA’ların uçuş kararlılığını ve verimliliğini etkileyebilir. Bu faktörlerin etkisini anlamak ve azaltmak için, daha gelişmiş hava durumu modelleri ve deneysel testler yapılmalıdır.

Son olarak, İHA’ların gürültü azaltımı, önemli bir araştırma alanıdır. İHA’ların gürültüsü, çevresel etkileri ve kamuoyu algısını olumsuz etkileyebilir. Gürültü azaltımı için, aerodinamik tasarım optimizasyonunun yanı sıra, ses yalıtım malzemeleri ve gürültü bastırma tekniklerinin kullanılması gerekmektedir. Bu konu, özellikle kentsel ortamlarda İHA kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte daha da önem kazanmaktadır.

7. Sonuç

7. Sonuç

Bu çalışma, düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük ve orta boy İHA’lar için optimize edilmiş aerodinamik tasarım parametrelerinin belirlenmesine odaklanmıştır. Analizimiz, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları ve matematiksel modelleme kullanarak, farklı kanat profili geometrilerinin aerodinamik performansını değerlendirmiştir. Sonuçlar, düşük Reynolds sayılarında sınır tabakasının ayrılmasının aerodinamik performansı önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir. Bu nedenle, sınır tabakasının ayrılmasını geciktirmek için tasarlanmış özel kanat profili geometrileri ve yüzey özellikleri, optimum performans için kritik öneme sahiptir.

Vaka analizimiz, 1 metre kanat açıklığına sahip bir İHA için, özelleştirilmiş bir kanat profili tasarımının, NACA 0012 ve NACA 4412 profillerine göre önemli ölçüde daha yüksek bir kaldırma/sürükleme oranı sağladığını göstermiştir. Bu bulgu, düşük Reynolds sayılarında çalışan İHA’lar için standart kanat profillerinin yeterli olmayabileceğini ve özel tasarım ve optimizasyon tekniklerinin kullanılmasının gerekliliğini vurgulamaktadır.

Elde edilen sonuçlar, gelecekteki İHA tasarımlarında kullanılabilecek ve verimlilik, manevra kabiliyeti ve genel performansın iyileştirilmesine katkıda bulunabilecektir. Ayrıca, bu çalışma, düşük Reynolds sayılarında aerodinamik tasarım optimizasyonunda kullanılabilecek sayısal yöntemler ve algoritmik uygulamalar hakkında değerli bilgiler sağlamaktadır. Ancak, çalışmanın kapsamı sabit kanatlı İHA’larla sınırlı kalmıştır ve gelecekteki araştırmalar döner kanatlı ve hibrit İHA tasarımlarını da kapsayabilir. Ayrıca, daha gelişmiş HAD modelleri ve optimizasyon tekniklerinin kullanılması, daha doğru ve ayrıntılı sonuçların elde edilmesine olanak sağlayacaktır. Bu çalışma, İHA aerodinamik tasarımı alanında daha fazla araştırma ve geliştirmenin gerekli olduğunu göstermektedir ve bu alanda yapılacak gelecek çalışmaların, daha verimli ve yüksek performanslı İHA’ların geliştirilmesine katkıda bulunması beklenmektedir.