Teknofest İHA Tasarımı: Yapısal Bütünlük Ve Faydalı Yük Optimizasyonu

Projenin Amacı

Kritik Sınır: 4 Kg Azami Kalkış Ağırlığı Teknofest Sabit Kanatlı İHA yarışması şartnamelerinde belirlenen 4 kg kalkış sınırı, hava aracı tasarımındaki en zorlu kısıtlamalardan biridir. Bu projeyi ele alırken mühendislik felsefem, sadece havada kalabilen standart bir gövde tasarlamak değildi. Asıl hedefim; elektronik ekibinin aviyonik sistemleri, itki ekibinin motor/batarya konfigürasyonları ve operasyonel görev yükü (payload) için maksimum ağırlık marjı yaratacak, en hafif fakat en dirençli iskeleti inşa etmekti.

Tasarım ve Analiz Entegrasyonu Bu zorlu hedef doğrultusunda, geleneksel "çiz ve geç" mantığı yerine Çoklu Disiplinli Tasarım Optimizasyonu yaklaşımını benimsedim. Aerodinamik verimlilik, yapısal bütünlük ve malzeme bilimi arasındaki o hassas dengeyi kurabilmek için; parametrik 3B modellemeleri, ileri düzey Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) süreçleriyle entegre ettim. İHA'nın her bir milimetresini, yalnızca minimum sürükleme (drag) yaratacak şekilde değil, aynı zamanda uçuş sırasındaki rüzgar yüklerinin yaratacağı burulma ve eğilme momentlerine maksimum direnç gösterecek şekilde optimize ettim.

Teoriden Sahaya Çıkan Sonuç Sonuç olarak ortaya çıkan tasarım; Karbon Fiber'in yüksek modüllü rijitliğini, Balsa ağacının işlenebilirliğini ve XPS köpüğün aerodinamik form alma yeteneğini tek bir potada eriten kompozit bir mimaridir. Güvenlik Faktöründen (FOS) ve aerodinamik taşıma kapasitesinden asla taviz vermeden, sistemin yapısal ağırlığını 585 gram gibi inanılmaz bir seviyeye çekerek, faydalı görev yüküne devasa bir esneklik sağlayan tam entegre bir insansız uçuş platformu geliştirdim.

GÖVDE MİMARİSİ VE STRATEJİK MALZEME SEÇİMİ: HAFİFLİK VE RİJİTLİK DENGESİ

Hava aracının mimarisini kurgularken, geleneksel tek tip malzeme kullanımından kaçınarak "Bölgesel Yük Karakteristiğine Göre Malzeme Ataması" stratejisini uyguladım. Amacım, üzerine binen aerodinamik yüke en yüksek direnci gösteren malzemeyi, en düşük ağırlık maliyetiyle sisteme entegre etmekti:

• Yüksek Taşıma Kapasiteli Kanat Tasarımı (Balsa Ağacı): Faydalı yükü (payload) havada tutacak ana unsur olan kanatlarda, 1500 mm açıklığa sahip NACA 4412 asimetrik hava folyosunu (airfoil) tercih ettim. Bu profil, düşük hızlarda bile muazzam bir kaldırma kuvveti (lift) üretir. Kanat iskeletini (sinir ve lonjeron yapısını) oluştururken yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahip ve lazer kesim toleransları çok düşük olan Balsa ağacını kullanarak, kanat rijitliğini maksimize ederken iskelet ağırlığını minimize ettim.

• Karbon Fiber Omurga ve Aerodinamik XPS Gövde: İHA'nın maruz kalacağı tüm burulma (torsion) ve eğilme (bending) momentlerini sönümlemesi için sistemin belkemiğini Karbon Fiber borulardan (14 mm çap, 1.5 mm et kalınlığı) inşa ettim. Karbon fiberin o sarsılmaz rijitliği, uçuş anındaki esnemeleri milimetre seviyesinde tuttu. Bu rijit iskeletin üzerini ise sürtünmeyi (drag) en aza indirecek aerodinamik forma sahip XPS köpük (450x110x90 mm) ile kapladım. XPS, hem çok hafif bir yalıtım sağladı hem de içerdeki aviyonik sistemler için koruyucu bir kapsül görevi gördü.

• Sürüklemeyi Azaltan V-Kuyruk (V-Tail) Konfigürasyonu: Aracın stabilizasyonu için klasik üç yüzeyli kuyruk tasarımları yerine, 120 derece açıya ve 400 mm açıklığa sahip V-Kuyruk mimarisini tercih ettim. Bu stratejik karar, hem fazladan bir kontrol yüzeyini ortadan kaldırarak doğrudan aerodinamik sürüklemeyi (parasitic drag) azalttı hem de kuyruk bölgesindeki ölü ağırlığı atarak aracın Ağırlık Merkezini (CoG) gövdenin tam kalbine çekmemi sağladı.

MÜHENDİSLİK DOĞRULAMASI: İLERİ DÜZEY FEA VE CFD SİMÜLASYONLARI