Dronlarda kullanılan pervanelerin kompozit malzemeden tasarımı ve prototip imalatı

Dronlar geçmişten günümüze kadar birçok sektörde kullanıma sahip olan ve bir kişi tarafından kumanda edilen, ayrıca video kayıt ve resim çekme özelliği olan insansız hava aracıdır. Bu araçlar ilk olarak savaş zamanlarında kullanılırken şimdilerde yine askeri alan haricinde; paket servisi, zirai alanların kontrolü ve ilaçlaması, sulama gibi insan gücü gereken birçok yerde kullanılmaktadır. Kullanım alanlarına bağlı olarak farklı boyutlarda, malzemelerde ve ağırlıklarda üretilebilmektedir. Dronların bu denli yüksek kullanım alanlarından ötürü her geçen gün bu araçlara ihtiyaç artmaktadır. Dronlar pervanesinden-bataryasına, kontrol kartlarından-motoruna kadar sürekli olarak gelişme eğilimindedir. Bu gelişme neticesinde birçok ülke dron sektörü için her sene daha fazla yatırım yapmış ve yapmaya da devam etmektedir. Yapılan yatırımların en önemlilerinden biri de pervane bölümünde olmaktadır. Pervaneler dronun havada hareket etmesini sağlayan önemli bir parçadır. İlk zamanlarda, savaş zamanında pervaneler yıprandığı gibi nedenine bakılmadan aynı pervanenin yenisiyle değişim yapılmaktaydı. Sonrasında bilim adamları konu hakkında düşünüp pervanenin dayanımını arttırmak ve daha iyi manevra kabiliyeti sağlamak için araştırmalar yapılmışlardır. Ahşap kullanılan pervanelerden sonra metal pervaneler, plastik pervaneler ve sonrasında günümüzde kompozit pervaneler kullanılmaya başlanmıştır. Ahşap ve metal pervanelerin ağır olması ve çok ses çıkartması, plastik pervanelerin ise dayanımının daha az olması sebebiyle kompozit pervanelerin kullanımı her geçen gün artmaktadır. Kompozit pervaneler dayanımı yüksek olması haricinde ayrıca daha hafiftir ve uçuş sırasında daha az ses çıkartmaktadır. Bu tez çalışmasında, iki kanatlı karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemeden imalatı yapılan dron pervanesinin, mekaniksel özelliklerini belirlemek için çekme deneyi, eğilme deneyi, çentik darbe deneyi ve kalsinasyon deneyleri yapılmıştır. Yapılan mekanik testlerden ASTM standartlarına uygun numuneler alınıp testleri yapılmıştır. Yapılan test sonuçları, pervanenin yüksek mekaniksel özelliklere sahip olduğunu göstermiştir. Mekanik özellikleri belirlenen pervanenin 3D tarayıcılar ile modellemesi yapılmıştır. Modellemesi yapılan pervaneye bilgisayar destekli program ile sonlu elemanlar analizleri yapılmıştır. Analizler üç farklı durum için yapılmıştır. Bunlar; akış analizi, dönme durumunda yapısal analiz ve durma durumundaki analizlerdir. Akış analizinde, pervanenin 5000 devir/dak'daki karakteristiği kontrol edilmiş; kaldırma kuvveti, havanın pervane üzerindeki direnci ve hava akış hızı analiz edilmiştir. Dönme durumundaki yapısal analizde, pervanenin 5000 devir/dak'daki hava direncinin pervaneye uyguladığı direncin pervane üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Durma durumundaki analizde ise, motor çalıştığı ve pervaneye kuvvet uyguladığı halde bir engelden dolayı pervanenin dönmediği durumda pervane üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda deformasyon miktarının en az kanat uçlarında olduğu ve en fazla da pervanenin orta tarafında bulunduğu tespit edilmiştir. Ayrıca en fazla gerilme de kanat uçlarında meydana gelmiş en az gerilme de pervanenin orta kısmında görülmüştür.