Talon 1400 V2 Platformunun Kargo Görevi İçin Modifikasyonu ve Otopilot Tasarımı

Talon 1400 V2 Platformunun Kargo Görevi İçin Modifikasyonu ve Otopilot Tasarımı Modification of the TALON 1400 V2 Platform for Cargo Missions and Autopilot Design Asya Demir1, Doğukan Canbulat1, Sami Pekdemir1, Fethi Candan2 1Uçak Mühendisliği Bölümü Erciyes Üniversitesi, Köşk, Fakülte İçi Küme Evleri, 38030 Melikgazi/Kayseri {1140110391,1140110399,samipekdemir}@erciyes.edu.tr 2Yapay Zeka ve Veri Mühendisliği Bölümü Ankara Üniversitesi, Ankara [email protected] Özetçe Küçük Sabit Kanatlı İHA” sınıfında incelenen Talon 1400 V2 platformuna iniş takımı eklenmesi, gövde içine kargo hacmi açılması ve otomatik pilot sisteminin entegresi planlanmıştır. İniş takımı ve kargo olarak taşınacak faydalı yük uçağa ekstra ağırlık ekleyecektir. Bu durum uçağın modifikasyona uğramamış halinden daha fazla taşıma kuvveti sağlanmasına neden olmaktadır. Arttırılan itki uçağın gücünü arttırarak hızda da artış sağlayacaktır. Platformun orijinal hali ile ilk HAD analizleri tarafımızca yapılmıştır. Yeni motorun gücüne bağlı olarak değişecek seyrüsefer hızı ile HAD analizleri yapılarak modifiye edilmiş platformun taşıma katsayısı grafiği çıkartılacaktır. Ayrıca Rasberry Pi kullanılarak otopilot sistemi tasarlanacaktır. IMU, GPS ve altimetre seçilerek Raspberry Pi’ye entegre edilecektir. Denklemlere bağlı olarak PID uçuş kontrolcüsü tasarlanacaktır. Abstract It is planned to add a landing gear, create a cargo compartment inside the fuselage, and integrate an autopilot system to the Talon 1400 V2 platform, which is studied within the “Small Fixed-Wing UAV” class. The landing gear and the payload to be carried as cargo will add extra weight to the aircraft. This situation requires more lift force compared to the unmodified version of the aircraft. Increasing the thrust will boost the aircraft’s power and also increase its speed. Initial CFD analyses have been carried out by us for the original platform. Depending on the power of the new motor, CFD analyses will be conducted with the updated cruising speed, and the lift coefficient graph of the modified platform will be generated. In addition, an autopilot system will be designed using Raspberry Pi. An IMU, GPS, and altimeter will be selected and integrated into the Raspberry Pi. A PID flight controller will be designed based on the motion equations. 1. Giriş İnsansız hava araçları (İHA) modern havacılık ve savunma teknolojilerinin en gözde unsuru haline gelmiştir. Ülkeler bazında artan savunma ihtiyacı, gün geçtikçe gelişen dünyanın İHA pazarına olan ilgisini de arttırmıştır. Küresel Hava Trafik Yönetimi Operasyonel Konsepti (The Global Air Traffic Management Operational Concept) Doc. 9854 uyarınca insansız hava aracı Şikago Konvansiyonu'nun 8. maddesinde düzenlenmiş olan ve içerisinde pilotu bulunmayan araçlar olarak tanımlanmaktadır. Başka bir ifadeyle ve en yalın tanımıyla İHA (UAV: Unmanned Aerial Vehicle); içinde pilot olmaksızın, GPS kontrollü ve otomatik olarak gidebilen hava aracı olarak tanımlanmaktadır (Dictionary.com, 2016).[1] Günümüzde İHA’lar otonom uçuş yapabilen ve pilot tarafından koordine edilen olmak üzere iki sınıfa ayrılabilir. Sivil, askeri, keşif, enerji gibi alanlarda sık sık faydalanılmaktadır. İHA’lar kanat tiplerine göre sabit ve döner kanatlı olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. Genelde uçak ve helikopter tipindeki İHA’ların tasarımında sabit kanat tercih edilir. Değişken kanat başlığı da kendi içinde 3 alt başlığa ayrılabilir. Bunlar, uçuş esnasında değişebilen kanat büyüklüğü, kanat pozisyonu ve kanat formudur.[2] Faydalı yükler görev tanımına göre basit bir sensörden komplike elektronik harp sistemlerine kadar uzanmaktadır. Çalışmamızda kullanacağımız Talon 1400 V2, “Small, Fixed-Wing Unmanned Air Vehicles” sınıfında incelenmektedir. Bu sınıftaki platformlar hem askeri hem de sivil görevlerde kullanılabilmektedir. Sivil kullanım alanları; Tarım, ev güvenliği, arama-kurtarma faaliyetleri, bilimsel kullanımlar, arıza kontrolü, doğal yaşam kontrolü olarak sınıflandırılır. Askeri kullanım alanları ise; hedef iha, keşif, yem iha, saldırı olarak sınıflandırılabilir. Kargo taşımaya yönelik İHA tasarımlarında, yükleme alanı bütünlüğü ve uçuş emniyeti, yapısal optimizasyon ve aerodinamik verimlilik temel kriterlerdir.[3] 1.1. Problem Tanımı ve Amaç Bu proje kapsamında, Talon 1400 V2 sabit kanatlı küçük insansız hava aracına iniş takımı entegre edilecektir. Gövdenin tasarım yenilemeleri ile kargo taşıma yeteneği kazandırılacaktır. Kargo taşımaya yönelik İHA’ların aerodinamik tasarımı, gövde içine entegre edilen yük bölmesi ve modifiye iniş takımı nedeniyle oluşan ekstra ağırlık ve sürükleme etkilerini minimize edecek şekilde yapılmalıdır.[4] Eklenen iniş takımı ve taşınacak faydalı yük, hava aracına ilave ağırlık getirecektir. Bu durum, uçağın orijinal haline kıyasla daha fazla taşıma kuvveti gerektirecektir. Pervane ve motor sistemlerinin optimizasyonu, İHA’nın toplam itki gereksinimini sağlayarak ek faydalı yük taşıma kapasitesini artırır ve mevcut aerodinamik verimliliğin korunmasına katkıda bulunur.[5] Bu sebeple oluşan ek yükü taşıyabilmek için motor ve pervane sistemlerinde değişikliğe gidilecek, yeni tasarıma uygun yüksek itki sağlayan pervane ve motor takımı seçilecektir. Artırılan itki kuvveti sayesinde hem daha fazla yük taşınabilecek hem de uçuş hızı yükseltilecektir. Uçak; aerodinamik, yapısal ve performans açısından detaylı şekilde değerlendirilecektir. Ayrıca İHA’ya bir otopilot sistemi tasarlanıp entegre edilecektir. Otopilot sayesinde uçak, otomatik kalkış ve iniş gerçekleştirebilecektir. Bu durum, insan gücünden tasarruf sağlarken kalkış sırasında oluşabilecek güvenlik risklerini de ortadan kaldıracaktır. Tüm bu modifikasyonlarla, otonom uçuş kabiliyetine sahip, daha güvenli, dayanıklı ve yüksek performanslı bir kargo İHA’sı geliştirilmiş olacaktır. 1.2. Katı Model Tasarım Bir ürün tasarımı yapılırken fikrin ortaya çıkışından ürünün oluşumuna kadar pek çok aşama içermektedir. Projenin de asıl amacı olan modifikasyon çalışmaları kapsamında şekil 1’de verilen sistem mühendisliği dizayn döngüsü örnek alınmıştır. Konsept Tasarım Tasarım Gereksinimleri Ön çalışma Tasarımı Detaylı Tasarım Test ve Evrimleştirme Tasarlanmış Sistem Şekil 1. Sistem Mühendisliği Dizayn Döngüsü [6,7] Talon 1400 serisi mini İHA baz alınarak kargo amaçlı kullanımı sağlanmak istenmektedir. Bu hususta ilk olarak İHA’nın modifikasyonu yapılmamış halinin CAD modeli SolidWorks programı aracılığı ile çizilmiştir. Bu sayede tasarımın ilk analizleri gerçekleştirilecek ve modifiye edilmesi gereken noktalar belirlenmiş olacaktır. Şekil 2’de Talon 1400 V2 serisi İHA’nın SolidWorks aracılığı ile çizilmiş CAD görüntüsü verilmiştir. Şekil 2: Talon 1400 V2 İzometrik Görünüşü Bu CAD modeli sayesinde hem İHA’nın aerodinamik yapısı hem de yapısal bileşenleri üzerinde detaylı bir inceleme yapılması mümkün hale gelmiştir. Aynı zamanda tasarım üzerinde analizler yapılarak, ilerleyen aşamalarda gerçekleştirilecek olan yapısal ve işlevsel modifikasyonlar için sağlam bir mühendislik temeli oluşturulmuştur. Elde edilen CAD modeli, modifiye edilmesi gereken bileşenlerin tespiti açısından kritik bir rol oynamaktadır. Özellikle iniş takımı entegrasyonu, kargo bölmesi oluşturulması, motor-pervane değişikliklerinin uygulanabilirliği bu model üzerinden ön değerlendirmelere tabi tutulmuştur. Bu proje kapsamında, Talon 1400 V2 platformunda mevcut durumda kuyruk bölümünde konumlandırılmış olan tek pervane ve motor sistemi, iki adet motor-pervane konfigürasyonuna dönüştürülerek kanatlara yerleştirilecektir. Bu değişiklikle birlikte itki kuvveti kanat yüzeyine dağıtılarak toplam itki kapasitesi artırılacak ve yük dağılımı optimize edilecektir. Kanatlara yerleştirilen motorlar, ağırlık merkezi üzerinde dengeleyici bir etki oluşturarak platformun uçuş stabilitesini ve manevra kabiliyetini geliştirecektir. Böylece kalkış, iniş ve kargo taşıma operasyonlarında daha etkin bir performans elde edilmesi hedeflenmektedir. Genel olarak kullanılan iniş takımı seçenekleri Bicycle, Taildragger, Tricycle olarak belirlenmiştir. Bu seçeneklerin içinden Tail-dragger iniş takımı tercih edilmiştir. Tail-dragger iniş takımı, uçağın ağırlık merkezinin küçük bir miktar önüne yerleşmektedir [9]. Bu iniş takımı tipi, pervanesi burna veya kanatların ön kısmına yerleştirilen uçaklarda pervane için ekstra genişlik sağlar. Ayrıca yapısı gereğince kendiliğinde oluşturduğu hücum açısı daha fazla taşıma kuvveti oluşturulmasını sağlar. Fakat bu iniş takımı tipinde ağırlık merkezi ana iniş takımının arkasında olması nedeniyle uçak kalkış esnasında kararsız sayılabilecek bir durumdadır. Bu durum yerde oluşabilecek küçük bir yalpalama hareketi sonucu “ground loop” denilen kanat uçlarının yere sürtmesine, iniş takımı kırılmasına veya uçağın pistten çıkmasına neden olur. Bu durumu önlemek için pilot kalkış öncesinde uçağı piste tam paralel olacak şekilde hizalamalıdır. İniş esnasında ise uçak pedallarını mükemmel bir şekilde kontrol etmelidir. [10] Şekil 3’te Tail-dragger iniş takımı yerleşimi gösterilmiştir. Şekil 3: Tail-dragger Yerleşimi [11] Matematiksel modelleme bölümünde ele alınan tekerlek yarıçapı ve kalınlıkları bulunan değerlere uygun bir şekilde iniş takımı boyuna eklenmiştir. İHA’nın arkasında bulunan pervanenin uzunluğu iniş takımı boyutunun belirlenmesi noktasında en önemli kriterdir. Sabit kanatlı küçük İHA’larda iniş takımı entegrasyonu, platformun yapısal tasarımında yük transferi, ağırlık merkezi dengesi ve aerodinamik sürüklenme parametreleri açısından kritik bir mühendislik sorunudur. [8] İHA’nın küçük olması, iç hacminin yeteri kadar bulunmaması ve boyunun tek kademeli bir iniş takımına izin vermemesi sebebi ile farklı iniş takımı modelleri üzerinde durulmuştur kullanılmaktadır Çift kademeli katlanır modellerin iki kademesi arasında yer alan servo motor üzerine etkiyecek dengesiz kuvvetler güvenlik açısından sorun teşkil etmektedir. Hidrolik sistemler iniş takımlarında yaygın olarak. Bu sebeple iniş takımı sisteminde minimum ağırlık maksimum işlevsellik hedefi ile servolu bir sistem tasarımı yapılmıştır. Tasarımı yapılan iniş takımı şekil 4’te yer almaktadır. Şekildeki tasarımda iniş takımı çapı 8 cm, iniş takımı genişliği 3.5 cm olarak belirlenmiştir. Şekil 4: İniş Takımı CAD Görünümleri Tablo 1’de de görüldüğü üzere toplam platformun tek motora sahip konfigürasyonunda toplam ağırlığı 3691 gram olarak bulunmuştur. Platformun tasarım sürecinin güvenli bölgede devam etmesi ve hesaplama kolaylığı sağlamak amacıyla kütle 3750g varsayılarak süreç ilerletilmiştir. Tablo 1: Kütle Bütçesi Yapısal Parçalar 1554 gr Bir iniş takımı 85 gr Pil 1250 gr Motor 478 gr Pervane 44 gr Aviyonik Bileşenler 110 gr Toplam 3691 gr 1.1.1. İniş Takımı Boyutlandırılması Tekerler Talon gibi küçük sabit kanatlı insansız hava araçlarında sönümleyici eleman işlevi de taşımaktadır. Tekerlek yarıçapları ve kalınlıkları denklem 1 ile inç cinsinden hesaplanabilmektedir [10]. 𝐷 = 𝐴. 𝑊𝑊 𝐵 (1) D: İnç cinsinden çap veya kalınlık WW: Teker başına düşen yük Bu denklemde kullanılan A ve B değerleri tablo 2 ile ilgili kullanım alanı için seçilmelidir. Tablo 2: Katsayı Tablosu [10] Çap Kalınlık Genel Havacılık 1.51 0.349 0.715 0.312 Kargo/Bombardıman Uçakları 1.63 0.315 0.1043 0.48 Jet/Talim Uçakları 1.59 0.302 0.098 0.46 A B A B İniş takımlarına binen yük denklem 2 ile hesaplanabilmektedir. Buradaki “n” darbe faktörünü belirtmektedir. Bu faktör literatürde 2.67 ile 3 değerleri arasında seçilmektedir. [12] Bu sayı büyüdükçe tasarımın güvenilirliği de artmaktadır. 𝐹 = 𝑚. 𝑔. 𝑛 (2) F: Toplam darbesel yük (N) m: İHA'nın kütlesi (kg) g: Yerçekimi ivmesi (9.81 m/s²) n: Darbe katsayısı Denklem 2 kullanılarak iniş takımlarına binen yük hesaplanmıştır [10]. Yükler Tablo 3’te verildiği gibidir. Taildragger iniş takımlarında yükler ön (ana) iniş takımlarında yoğunlaşmaktadır. Arka iniş takımı genellikle yükün %5 ile %15 kadarını taşımaktadır [13] Tablo 3: Tekerlek Başına düşen yük İniş Takımı Teker Sayısı Toplam Yük (N) Teker Başına Yük (N) Ana (Main) 2 99.34 49.67 Arka 1 3.62 3.62 Hesaplamalar sonucunda elde edilen maksimum yük denklem 1’de yerine konulduğunda iniş takımlarının genişlik ve çapları Tablo 4’te verildiği gibidir. Ayrıca iniş takımını taşıyan kirişler de ani yüksek basma yüklerine maruz kalacaktır. Basit gerilme formülü kullanılarak güvenlik katsayısı 3 kabul edildiğinde güvenli çap hesaplanabilmektedir. PLA’nın ortalama basma mukavemeti 30 MPa varsayılmıştır. 𝜎 = 𝐹 𝐴 (3) 𝐴 = 𝜋(𝑟𝑑𝚤ş 2− 𝑟𝑖ç 2 (4) σ: Akma Dayanımı (Pa) F: Kuvvet (N) A: Alan (m2) Tablo 5’ten de görülebileceği üzere emniyet katsayısı 3 alındığında güvenli gerilme değeri 10mm dış çaplı tasarımda geçilmektedir. Bu nedenle 12 mm dış çapa sahip tasarım tercih edilmiştir. Tablo 5: Belirli Çaplar İçin Gerilme Değerleri Dış Çap (mm) Et Kalınlığı (mm) Kesit Alanı (mm²) Gerilme (MPa) 10 1.5 47.12 10.74 12 1.5 56.55 8.95 İniş takımı tasarım ve boyutlandırılmasının ardından İHA’nın üzerinde yerleşim yerleri açılmış ve 3D yazıcı ile İHA basılmıştır. Şekil 5’te üretim görsellerine yer verilmiştir. Şekil 5: Üretim Görseli 1.3. Matematiksel Modelleme Platforma uygun motor ve bu motora uygun bir pervanenin kullanılması, aerodinamik verimlilik açısından oldukça kritik etkenlerdir. Taşıma kuvvetinin asıl kaynağı, kanat üzerinden ve altından akan akıştaki basınç farkıdır. Kanat üzerindeki akış düşük basınçlı, kanat altındaki akış ise yüksek basınçlıdır. Denklem 5’te de görülebileceği üzere taşıma kuvveti platformun hızına doğrudan bağlıdır. Bu nedenle platformun yeterli taşıma kuvvetini sağlayacak hızlarda ve hücum açılarında bulunması gerekmektedir. 𝐿 = 𝐶𝐿. V2. ρ. A (5) CL: Taşıma Katsayısı V: Hız (m/s) A: Alan (m2) İHA’ların güvenli kalkış, hover ve manevra kabiliyeti için genellikle itki/ağırlık oranının en az 1:1 olması önerilir [14]. Yani üretilen itki ağırlığa eşit olmalıdır. Platformun iniş takımı eklenmiş ağırlığı tablo 1’deki kütle bütçesinde belirtildiği gibi 3691 gram olarak hesaplanmıştır. Bu değer, uçuşun daha güvenilir bölgelerde seyretmesi adına 3750 gram olarak kabul edilmiştir. “T-Motor MN3510-700KV” motorundan 2 adet kullanılması 1:1 itki/ağırlık oranını sağlamaktadır. Pervane olarak ise seçilen motora uygun bir model kullanılmalıdır. Motorun teknik dokümanı incelendiğinde “T-MOTOR 13*4.4CF” pervanesinin kullanımının uygun olduğu görülmüştür. 2. Bilgisayar Destekli Analizler Proje süresince kullanılacak olan tasarımın bir akış hacminde simüle edilerek gerekli taşıma kuvvetinin sağlandığının görülmesi tasarımın güvenilirliği açısından kritiktir. Bu nedenle Ansys üzerinden yapılacak olan CFD analizlerinin doğruluğu büyük bir önem arz etmektedir. Analiz sürecinin tasarımın. “*.STEP” uzantılı halinin Ansys SpaceClaim uygulamasına aktarılmasıyla başlamıştır. Problem bir dış akış problemi olmasından dolayı İHA, Ansys SpaceClaim uygulaması ile muhafaza içine alınarak ana akış hacmi oluşturulmuştur. Ayrıca pervane hareketinin modellenebilmesi adına pervanenin bulunduğu bölgeye de ayrı bir muhafaza oluşturularak dinamik alan modellenmiştir. Ardından Design Modeller arayüzünde 3 adet boolean komutu oluşturulmuştur. Sırasıyla pervane dinamik akış hacminden, gövde statik akış hacminden ve dinamik akış hacmi statik akış hacminden çıkartılmıştır. Bu sayede geometri mesh aşamasına hazır hale gelmiştir. Mesh aşamasında İHA “UAV” olarak, akış hacmi duvarları “Wall” olarak, Statik akış hacmi “Static_Domain” olarak, dinamik akış hacmi “Dynamic_Domain”olarak, havanın giriş yüzeyi “Inlet” ve çıkış yüzeyi “Outlet” olarak isimlendirilmiştir. Pervane yüzeyleri “face selection” komutu ile seçilmiş, 2mm’lik eleman değeri atanmıştır. “Capture Curvature” özelliği aktifleştirilmiş, “Curvature Normal Angle” değeri 5 derece olarak atanmıştır. Ayrıca “Edge Sizing” komutu ile eklenen 1 mm’lik elemanlar ile geometrinin kenarlarında oluşabilecek düşük kalitedeki meshlerin önüne geçilmiştir. Ardından Ruddervatorler ve kanatlar seçilerek pervane ile aynı “Face Sizing” ve “Edge Sizing” ayarları uygulanmıştır. Gövde meshi için ise 5 mm’lik eleman boyutu atanmış, “Capture Curvature” komutu aktifleştirilmiştir. “Curvature Normal Angle” değeri 7.5 derece olarak belirlenmiştir. Akış hacmi mesh boyutu 20 mm olarak tanımlanmıştır. Akış problemlerinde mesh kalitesi özellikle “Skewness” ve “Orthogonal Quality” değerleri ile belirlenmektedir. İyi sayılabilecek bir meshte bu değerlerin ortalamaları sırasıyla 00.3 ve 0.7-1 değerlerinde olmalıdır. Ayrıca minimum “Orthogonal Quality” değerinin 0.1 değerinden küçük olmaması analizin çözüm aşaması için kritik bir önem taşımaktadır. Şekil 6’da mesh görseli verilmiştir. Şekil 6: Mesh Atılmış Akış Hacmi ve Geometri Setup aşaması problemin viskoz modelinin, sınır şartlarının ve istenilen sonuçların programa tanıtıldığı aşamadır. Viskoz modeli K-W-SST olarak seçilmiştir. Bu seçimde bu model ile istenilen sonuçların hızlı bir şekilde alınabilmesi, akış ayrılması tahminlerinin iyi sayılabilecek derecede yapabiliyor olması ve sınır tabaka şartlarını iyi modelleyebilmesi etkili olmuştur. “Cell Zone Condition” ile “Mesh Motion” kullanılarak “Dynamic_Domain” akış hacmi 7800 RPM ile döndürülmüştür. “Boundry Conditions” sekmesinde Inlet, “Velocity Inlet” olarak, Outlet ise “Pressure Outlet” olarak tanımlanmıştır. +X yönünde 30 m/s’lik giriş hızı atanmıştır. Analiz kurulduktan sonra her biri 0.015 saniyelik 50 time step 10 iterasyon ile çözülmüştür. Sonuçlar uçağın simetri eksenine bir düzlem atanarak bu düzlemdeki basınç ve hız kontürleri incelenerek yorumlanmıştır. Burun ve kanat uçlarında durma noktası oluşmuştur. “Bernoulli” prensipleri gereğince kanat üzerinden hızlı kanat altından yavaş akım geçmektedir. Platform boyunca herhangi bir akış ayrılması gözlemlenmemiştir. Analiz sonuçları aşağıdaki şekiller ile paylaşılmıştır. Şekil 7. Talon Basınç Kontürü Şekil 8. Talon Hız Kontürü Analiz sonucunda 76 N’luk bir taşıma kuvveti hesaplanmıştır. Bu kuvvet denklem 6’da gösterilen taşıma denkleminde yerine konduğunda taşıma katsayısı 0,38354 olarak bulunmaktadır. Bu değer kanat profiline ait taşıma katsayısı tablosu ile karşılaştırıldığında 3 derece için analizin doğru bir şekilde sonuca yakınsadığını göstermektedir. Ayrıca 4 N bulunan sürükleme kuvveti de denklem 7’deki sürükleme denkleminde yerine konduğunda sürükleme katsayısı 0,0207 olarak hesaplanmıştır. Bu değer de taşıma katsayısına bağlı sürükleme katsayısı tablosu ile karşılaştırıldığında analiz yakınsamasının doğru olduğu görülmektedir. Denklemde CD sürükleme katsayısını vermektedir. 𝐷 = 𝐶𝐷. V2. ρ. A (6) Şekil 9. Hücum Açısına Bağlı Taşıma Katsayısı [14] 3. İniş-Kalkış için Simülasyon Sonuçları Bu çalışmada, insansız hava araçlarının (İHA) iniş ve kalkış süreçlerini modellemek ve analiz etmek amacıyla MATLAB UAV Toolbox ve Simulink ortamı kullanılarak bir simülasyon platformu geliştirilmiştir. Şekil 10'da, UAV Toolbox ile oluşturulan 3 boyutlu uçuş ortamında, aracın yerle temas anları, irtifa kontrolü ve yatay stabilizasyon davranışları detaylı şekilde gözlemlenmiştir. 0s 3s 7s 11s 14s 17s 20s 23s Şekil 10. Matlab UAV Toolbox ile elde edilen İniş-Kalkış Simülasyon Ortamı Şekil 11'de ise, Simulink blok diyagramlarıyla gerçekleştirilen sistem dinamiği modellemesi sayesinde, kontrol algoritmalarının doğruluğu test edilmiş ve farklı senaryolar altında aracın performansı değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, simülasyon tabanlı tasarımın, gerçek zamanlı kontrol sistemlerine geçişte önemli avantajlar sunduğunu göstermektedir. Sistemde PID yapısı ile geri beslemeli kontrol sağlanmıştır. Şekil 11. Matlab Simulink Ortamında Yapılan Simülasyon Şekil 12’de 3D tasarım ve Matlab Simulink tasarım sonrası tasarlanan İHA’nın istenilen irtifaya oturma grafiği gösterilmiştir. Şekil 12. Tasarlanan İHA’nın Referans İrtifaya Oturması 4. Sonuçlar Bu çalışmada, Talon 1400 V2 sabit kanatlı İHA platformu, kargo taşıma görevleri için kapsamlı bir biçimde modifiye edilmiştir. Öncelikle platforma uygun olarak Tail-dragger iniş takımı tasarlanmış ve yapısal hesaplamalarla doğrulanarak entegre edilmiştir. İniş takımının taşıma kapasitesi, darbe yükleri altında emniyet katsayısı gözetilerek analiz edilmiş ve 3D yazıcı kullanılarak prototip üretimi başarıyla gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada, platformun değişen ağırlık yapısına uyum sağlayacak şekilde motor-pervane seçimi ve konfigürasyonu optimize edilmiştir. Uçuş performansını artırmak ve güvenli kalkış/iniş süreçlerini sağlamak amacıyla, kanatlara yerleştirilen çift motorlu sistem ile itki/ağırlık oranı 1:1 olacak şekilde yapılandırılmıştır. Bu sayede hem yük taşıma kapasitesi artırılmış hem de manevra kabiliyeti iyileştirilmiştir. ANSYS ortamında gerçekleştirilen CFD analizleri, platformun yeni konfigürasyonu ile 76 N taşıma kuvveti ve 4 N sürükleme kuvveti üretildiğini göstermiştir. Elde edilen taşıma ve sürükleme katsayıları (sırasıyla 0.3835 ve 0.0207), literatürdeki profillerle karşılaştırıldığında yüksek düzeyde doğruluk göstermektedir. Bu durum, platformun aerodinamik olarak stabil bir yapıya sahip olduğunu ve tasarımın beklentilere uygun sonuçlar verdiğini doğrulamaktadır. Son aşamada, MATLAB UAV Toolbox ve Simulink ortamı kullanılarak otopilot sistemi simüle edilmiştir. Geliştirilen PID tabanlı kontrol algoritmaları sayesinde, İHA'nın referans irtifaya hızlı ve kararlı bir biçimde oturduğu gözlemlenmiştir. Sistem hem irtifa kontrolünde hem de yatay stabilizasyonda güvenli bir uçuş karakteristiği sergilemiştir. Genel olarak, proje sonucunda Talon 1400 V2 platformu; yapısal olarak güçlendirilmiş, aerodinamik olarak optimize edilmiş ve otonom kontrol sistemleriyle donatılmış yüksek performanslı bir kargo İHA’sı haline getirilmiştir. Bu platform, özellikle küçük ölçekli lojistik görevler ve otomatik görev senaryoları için önemli bir örnek teşkil etmektedir. Gelecekte yapılacak saha testleri ile gerçek uçuş koşulları altında performansının daha ayrıntılı biçimde doğrulanması planlanmaktadır. Kaynakça [1] L. Wang, Adaptive Fuzzy Systems and Control, Design and Stability Analysis, PTR Prentice Hall, 1994. [2] K.S. Narendra ve K. Parthasarathy, “Identification and Control of Dynamical Systems Using Neural Networks,” IEEE Trans. on Neural Networks, Cilt: 1, No: 1, s: 4–27, 1990. [3] Y. Zhang, S. Zhang ve Y. Chen, “A Comprehensive Review of Small Cargo UAV Design and Operation Challenges,” Journal of Aerospace Engineering, Cilt: 33, No: 4, 2020. [4] B.T. Clough, “Metrics, Schmetrics! How the Heck Do You Determine a UAV's Autonomy Anyway?,” Proceedings of the Performance Metrics for Intelligent Systems Workshop, 2002. [5] R.W. Beard ve T.W. McLain, Small Unmanned Aircraft: Theory and Practice, Princeton University Press, 2012. [6] M.H. Sadraey, Aircraft Design: A Systems Engineering Approach, Wiley, Yayın yılı belirtilmemiş. [7] R. De Vries, M. Hoogreef, F.M. Maurice ve R. Vos, “Range Equation for Hybrid-Electric Aircraft with Constant Power Split,” Journal of Aircraft, Cilt: 57, No: 3, s: 552–557, Mayıs 2020, https://doi.org/10.2514/1.C035734 [8] R. Austin, Unmanned Aircraft Systems: UAVS Design, Development and Deployment, John Wiley & Sons, 2010. [9] J. Parmar ve V. Acharya, “Selection and Analysis of the Landing Gear for Unmanned Aerial Vehicle for SAE Aero Design Series,” Cilt: 6, Sayı: 2. [10] Aircraft Design – A Conceptual Approach.pdf, Erişim tarihi: 21 Mart 2025. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.airloads.net/Downloads/Textbooks/Aircraft%2 0Design-A%20Conceptual%20Approach.pdf [11] B. Kidane, Design and Analysis of Light GA Aircraft for Agricultural Purpose, 2016, doi: 10.13140/RG.2.1.2889.1766 [12] 14 CFR Part 23 – Airworthiness Standards: Normal Category Airplanes, Erişim tarihi: 27 Haziran 2025. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.ecfr.gov/current/title-14/part-23 [13] Airplane Design Roskam Part 4 | PDF, Erişim tarihi: 13 Temmuz 2025. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.scribd.com/document/653665772/AirplaneDesign-Roskam-Part4 [14] T. Türk ve M. Uzun, “İnsansız hava araçları pervanelerinin akış ve yapısal analiz çalışması,” Uluslararası Batı Karadeniz Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Cilt: 6, Sayı: 2, ss. 80–92, Aralık 2024, doi: 10.55440/umufed.1424143. [15] E205 (10.48%) (e205-il), Erişim tarihi: 27 Haziran 2025. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=e205-il