İnsansız Hava Araçlarına Akademik Bir Bakış

İnsansız Hava Araçlarına Giriş

Hava araçları sanayi devrimi, 1. Dünya Savaşı ve mühendislik biliminin gelişmesi ile önemini artırmış günümüze gelene kadar ülkeler, toplum ve şirketler için bir dönüm noktası olmuştur. Havacılık sektörüne savaşta veya barışta yapılan yatırımlar meyvesini ileriki yıllarda vermiş ve bu sektöre olan ilginin artmasını sağlamıştır.

Gelişen teknoloji ile birlikte insan etmeni endüstriyel sistemlerde yerini otonom sistemlere bırakmıştır. Otonom sistemler ile birlikte standart ve seri üretim ile işletmelerde girdiler azalmış ve çıktılar artmış, insan hatasından kaynaklı maddi ve manevi zararlar optimize edilmiş, ürün kaliteleri artmış, zor koşullarda yapılan işlemlerin azami güvenlikte olmaları sağlanmıştır. İnsansız sistemler geliştikçe devletler bu sistemleri kendi amaçları doğrultusunda kullanmış ve güvenlik, lojistik, ulaşım savunma ve askeri alanlarda insan etmenini kaldırarak en güvenli yolu tercih etmişlerdir. Bu hem ekonomi sistemi için belirgin bir ivme etkeni olmuş hem de otonom sistemlerine olan ilgiyi artırmıştır.

İnsansız hava araçları (İHA) bu etmenler altında şekillenmeye başlamış ve kısa sürede ivmeli bir sektörel büyüme yakalamıştır. İnsansız hava aracı (İHA), aerodinamik kuvvetler aracılığıyla sürekli uçuş yapma yeteneğinde olan, üzerinde (insan) pilot bulunmaksızın uzaktan İHA pilotu tarafından kontrol edilerek veya otonom operasyonu İHA pilotu tarafından planlanarak uçurulan ya da havada kalabilen hava aracı olarak tanımlanmaktadır. (SHT – İHA, 05/07/2019, syf.2) Bugün dünyada 171 adet farklı türde İHA bulunmaktadır ve bunlar 43 ülkede 108 kuruluş tarafından modellenmekte ve üretilmektedir. Toplamada 95 ülkede İHA’lar aktif olarak envanterde bulunuyorken, bu 95 ülkeden 49’u faaliyetlerde bulunmaktadır. Bu askeri İHA’lar hem devlet kurumları tarafından hem de özel firmalar tarafından üretilmektedir. Dünya üzerinde ≈21000 adedi kayıtlı olmak üzere 30000+ adet insansız hava aracı olduğu düşünülmektedir. İnsansız hava araçlarının kullanımı için 15 ülkede eğitim akademisi son on yıl içinde kurulmuştur. Çeşitli sınıflarda üretilen İHA’lar geniş bir kullanım alanı yakalamışlardır.[1]

OTONOM ARAÇLARIN TARİHÇESİ

Şekil 1.1. Nikola Tesla'nın radyo kontrollü teknesi [3]

Otonom sözcüğü Fransız kökenli olup Türkçe karşılığında özerk kelimesi kullanılmaktadır. Otonomun temelde anlamı herhangi bir idarecisi bulunmayan anlamına gelmektedir. İlk otonom denemeleri Nikola Tesla tarafından “Hareket Eden Araç Veya Araçların Mekanizmalarının Kontrolü İçin Cihaz Tekniği” adı ile geliştirilmiştir. [2] Dünya Savaşları’nın da etkisi ile insansız araçların kullanımı üzerine durulmuş, gelişen bilgisayar, internet ve yazılım sektörleri otonom araçların temelini atarak günümüzde yapay zekâ destekli araçların kullanımına olanak sağlamıştır.

İNSANSIZ HAVA ARAÇLARININ TARİHÇESİ

İlk insansız hava aracı (İHA) uzaktan kontrol sistemlerinin icadı ile gelişim göstermiştir. İlk askeri İHA 19. yüzyıl sonlarında geliştirilmiştir ve bu araç belirli bir süre sonra taşıdığı bombayı bırakabiliyor ancak uzaktan kumanda edilemiyordu. Bu durum hava aracının operasyonel kabiliyetini sınırladığı gibi planlandığı gibi bombanın doğru yere düşüp düşmediği gibi sorunlar ortaya çıkarıyordu.

İlk radyo kontrollü İHA 1900’lü yıllarda Amerika’da üretilmiştir. Bu üretilen uzaktan kontrollü hava araçları üretimlerinin zorluğu nedeniyle ve göreve giden araçların geri dönememesi nedeniyle fazla tercih edilmemiştir. Geri dönebilen İHA’lar 1930’da İngilizler tarafından Queen Bee adı verilen İHA’lardır ve uçaksavarları meşgul etmek için kullanılmıştır. Yani günümüzdeki işlevinden çok farklı amaçlarla doğmuş ve gelişmiştir. Günümüzde askeri insansız hava araçlarının görevini yerine getiren ilk araç Ⅱ. Dünya Savaşı’nda Almanlar tarafından geliştirilen V-1 adı verilen uçan bombalardır. Bu V-1 bombalarına karşı ABD SAU-1 (Special Air Unit One) İHA’larını üretmişler ve savaştan sonra bu araçların gelişimine ağırlık vererek 1960’lı yıllarda Q-2C (firebee) İHA’larını üretmişlerdir. Bu İHA’lar yarı-görülmez özelliğe sahip keşif ve gözetleme görevlerini icra eden ilk sabit kanatlı İHA olması ve paraşütle iniş yapabilmesidir. İHA’ların önemi ABD’nin Vietnam Savaşı’nda kullanması ve İsrail’in Suriye ve Mısır’a karşı kullanması önemini ortaya koymuştur.

İNSANSIZ HAVA ARACI SİSTEMİ (İHAS)

Bir İHA’nın çalışma prensibini anlamak için temel kavramlara bakılmalıdır:

• Faydalı yük operatörü: İHA’nın görevine uygun olarak taşıdığı görev sistemlerini kullanan ve izleyen eğitimli personel,

• İHA pilotu: Kontrol istasyonu üzerinden otonom veya manuel icra edilecek görevlerden, uçuş kontrollerini, görevin planlaması ve takibini yapan eğitimli personel,

• İHA ekibi: İHA’nın uçurulması ve görevi sırasında kontrol istasyonunda görev ve faaliyetlerden sorumlu eğitimli mürettebattır.

• İHA gözlemcisi: İHA’yı görsel olarak izleyecek ve uçuş sırasında pilota yardımcı olacak eğitimli personel,

• İnsansız hava aracı sistemi (İHAS): İHA’ların çalışmasını sağlayacak sistemler bütününe ve bir İHAS birden fazla bileşenden meydana gelebilir,

• Kontrol bağı: İHA pilotu tarafından gönderilen komutların İHA’ya ve İHA tarafından pilota gönderilen verilerin kontrol istasyonuna aktarılmasını sağlayan bağlantı,

• Kontrol istasyonu: İHA’nın otonom görevlerinin takip edildiği veya manuel olarak uçurulduğu, görevin icra edildiği bölgeden konum, keşif ve uçuş bilgisi durumu hakkında İHA’dan bilgi alan sistem,

• Otomatik kalkış ve iniş sistemi: İHA bir pilota ihtiyaç duymadan, önceden belirlenen uçuş pistinden otomatik olarak kalkış ve inişi gerçekleştiren sistem,

• Otomatik sistem: Önceden belirlenen parametreler ve kurallar dâhilinde ve pilotun kontrolündeyken pilota yardımcı olan sistem,

• Otonom sistem: İHA pilotunun herhangi bir müdahalesi olmadan ve uçuşun önceden belirlenmiş parametrelerle, karar-kontrol döngüsünde insan etmeni bulunmadan kendi kendine görev icra edebilen sistem,

• Uçuş planı: Bir hava aracının planlanan uçuşuna yönelik bilgileri, uygun olarak ve özel formatta hazırlanan standart bilgi formudur.

• Uçuş sona erdirme sistemi: İHA’nın güvenli bir şekilde pilot tarafından ya da otomatik olarak (önceden belirlenmiş program dâhilinde) uçuşunu sonlandıran sistem,

Şekil 1.2. Bir İHAS'ın bileşenleri

Şekil 1.2. den görevin icra edileceği bölge 100 ile Kontrol istasyonu 200 ile ifade edilmektedir. Kontrol istasyonu kendi içerisinde İHA operatörü 205, faydalı yük operatörü 206, komut-kontrol modülü 210, en az bir adet verici içeren iletişim sistemi 250, algılama sistemi 270 ve kontroller 290 ile numaralandırılmış bileşenlerden oluşur. İHA rampası veya uçuş pisti 300 ile ifade edilir. Uçuş rampası kendi içerisinde işaretleme mekanizmasına yerleştirilmiş fırlatma portları 310, iletişim sistemleri 350, işaretleme mekanizması 360, İHA fırlatma rampa gövdesi 370 ve mikro işlemcili kontrol ünitesi 390 ile numaralandırılmış bileşenlerden oluşur. İnsansız hava aracı (İHA) 400 ile ifade edilir. İHA kendi içerisinde görüntüleme sistemi 410, işaret mekanizması 412, iletişim modülü 420 ve İHA tahrik ünitesi 430 ile numaralandırılmış bileşenlerden oluşur. Burada insan gözlemini sağlayacak saha gözlemcisi 490, uydu ağından gelen veri 492 ve icra edilen görev sırasında İHA veya saha gözlemcisi tarafından belirlenen şüpheliler ise T ile gösterilmektedir.[4] Aşağıda bir İHA için temel ve alt bileşenler çizelge ile gösterilmektedir:

Çizelge 1.1. İHA'nın bileşenleri

İHA’LARIN SINIFLANDIRILMASI

İnsansız hava araçları çeşitli sınıflandırmalara tabii tutulmaktadırlar. Bu sınıflandırma kullanım alanlarından dolayı farklılık göstermektedir. İHA’ları ağırlıklarına, kullanım amaçlarına, iniş ve kalkış şekline, uçuş yöntemine ve kullanım amaçlarına göre çeşitli sınıflandırmalar yapılabilir. En genel sınıflandırma ise büyüklüklerine ve kabiliyetlerine göre yapılan sınıflandırmadır. Bazı sınıflandırmalar çizelgeler ile gösterilmektedir.

Çizelge 1.2. İHA'ların kapsamlı sınıflandırılmaları

Ağırlıklarına Göre	Uçuş Yöntemine Göre	Kalkış Yöntemine Göre	İniş Yöntemine Göre	Kullanım Amacına Göre
İHA 0 (0.5 - 4 kg)	Sabit Kanatlı	Rampadan Fırlatılan	Gövde Üzerinde	Hobi
İHA 1 (4 - 25 kg)	Döner Kanatlı	El ile Fırlatılan	Dikey İniş	Ticari
İHA 2 (25 - 150 kg)			Paraşütle İniş	Ticari
İHA 3 ( ≥ 150 kg)				Ticari

Çizelge 1.3. Azami kalkış ağırlıklarına göre sınıflandırılması

Sınıflandırma	Ağırlık ( W )
Nano İHA	W ≤ 200 g
Mikro İHA	200 g ≤ W ≤2 kg
Mini İHA	2 kg ≤ W ≤ 20 kg
Male/Hale İHA	W > 600 kg

Çizelge 1.4. İHA'ların ağırlıklarına göre sınıflandırılması

• HALE (Yüksek İrtifa, Uzun Süreli Uçuş)

  15.000 feet (yaklaşık 4.500 m) ve üzeri irtifada 24 saatten fazla uçuş gerçekleştirebilen İHA’lardır. Faydalı yük ile birlikte kıtalar arası görevleri bile icra edebilirler. Genellikle sabit üslerden kontrol edilirler.

• MALE (Orta İrtifa, Uzun Süreli Uçuş)

  HALE ile benzer rol üstlenmektedir. Uçuş irtifası 5.000 – 15.000 feet arasındadır. (yaklaşık 1.500 – 4.500 m) Görevlerini 24 saat boyunca sürdürebilirler. Genellikle 500 km yakınlıkta üslerden kontrol edilirler.

• TUAV (Orta Mesafe ya da Taktik İHA)

  100 - 300 km. arası mesafeler için kullanılırlar. HALE ya da MALE tipi İHA’lara göre daha basit görevler için kullanılan araçlardır.

• Close-Range UAV (Yakın Mesafe İHA)

  Hareketli ordu birlikleri tarafından kullanılan İHA’lardır. Genellikle 100 km. civarındaki görevler için kullanılır. Çeşitli keşifler, hedef tespiti, hava alanı güvenliği gibi askeri kullanım amaçlarının yanı sıra NBC yayılımının izlenmesi, enerji nakil hatlarının kontrolü, trafik yoğunluğunun izlenmesi gibi sivil amaçlara da hizmet etmektedir.

• MUAV (Mini İHA):

  20 kg. altında kütleye sahip, elden atılabilen ve 30 km çapındaki görevler için kullanılabilen İHA’lardır. Hem askeri hem de sivil amaçlara hizmet edebilirler.

• MAV (Micro Hava Aracı)

  Mikro İHA’lar kanat açıklığı 150mm’den büyük olmayan İHA’lar için kullanılan bir tanımdır. Bina içi gibi kapalı alan görevleri için kullanılır. Yavaş uçması gerekir. Havada asılı kalması ve bir yere konabilmesi tercih edilir.

• NAV (Nano Hava Aracı)

  Sürü sistemleri dahilinde kullanılan ve büyüklüğü bir tohum kadar olan hava araçlarıdır. Radar sistemlerinin sinyallerinin bozulması gibi görevlerde kullanılabilirler. Kamera, itki ve alt kontrol sistemleri yeteri kadar küçük üretilirse çok kısa mesafedeki gözetleme görevleri için de kullanılabilirler.

• VTUAV (Dikey İniş-Kalkışlı İHA)

  Dikey iniş-kalkış yapabilme yeteneğine sahip İHA’lardır. Havada asılı kalmanın gerektiği görevlerde oldukça önemli rol oynamaktadırlar.

• UCAV – UCAR (İnsansız Savaş Hava Aracı)

  Geliştirilme aşamasındaki hava araçları olup havadan havaya muharebelerde kullanılmak üzere mühimmat taşıyabilecek kapasitedeki İHA’lardır.

İHA'LARIN KULLANIM AMAÇLARI

İHA’ların sivil amaçlı kullanımları

İHA’ların sivil kullanımda oldukça geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır.

1. Hava fotoğrafçılığı:

   Film çekimlerinde, doğa fotoğrafçılığında veya ulaşılması zor coğrafi bölgeleri görüntülemekte kullanılmaktadır.

2. Zirai amaçlı:

   Tarım arazilerinin ilaçlanması, mahsulün izlenmesi, kaçak ekilen arazilerin veya ekilmesi yasak olan bazı tarım ürünlerinin (kenevir) takibini yapmak hayvan sürülerini gözlemleme ve yönetme gibi amaçlarla kullanılmaktadır.

3. Kıyı güvenliği:

   Mültecilerin göç etmeleri sırasında veya korsanların kaçakçılık amacıyla kullandıkları sahil, deniz gibi alanlarda ülke kıyılarının korunması ve izlenmesi, deniz veya sahil bölgelerinde yaşanacak kazalarda arama ve kurtarma operasyonlarında kullanılmaktadır.

4. Koruma:

   Nükleer, biyolojik ve kimyasal kirliliklerinin izlenmesi veya oluşan kirlenmenin sürekli izlenerek kontrol altında tutularak insan sağlığına olan etkisini minimize etme amacıyla kullanılmaktadır.

5. Gümrük:

   Gümrük üzerinden geçirilmesi gereken malların veya ülkeye girişi yasak olan ürünlerin takibi ile kaçakçılığın önlenmesi amacıyla sınırlarda kullanılmaktadır.

6. Enerji sektörü:

   Günümüzde oldukça önemli olan elektrik dağıtım hatlarının, hidroelektrik santrallerinin, rüzgâr ve güneş panellerinin izlenmesi ve güvenliğinin sağlanması için kullanılmaktadırlar.

7. İtfaiye ve ormancılık:

   Yangınları tespit edilmesi ve ilk müdahalesinde veya pilotun uçamayacağı düşük irtifalardaki yangınların söndürülmesi, tahribatın belirlenmesi ve tahribat sonrası çalışmalarda veya ormanlık arazilerde gözetim ve denetim amacıyla kullanılmaktadır.

8. Deniz mahsulleri üretim firmaları:

   Deniz ürünlerinin avlanmasının yasak veya üretim çiftliklerinin kontrolünde gözetim ve denetleme amacıyla kullanılmaktadır.

9. Gaz ve petrol şirketleri:

   Gaz ve petrol şirketleri tarafından inşa edilen iletim hatlarının güvenliğini sağlayarak olası sızıntı patlamalar ve sabotaj gibi olayların takip edilmesi amacıyla kullanılmaktadır.

10. Coğrafi araştırmalar:

    Özellikle şehirlerde veya kırsal kesimlerde ya da coğrafi şartların insanı etkilediği ve görevlerin icra edilemediği bölgelerde oldukça yaygın kullanılmaktadırlar.

    
    

    

    Şekil 1.3. Pix4D yazılımında üretilen SYM verisi [5]

11. Yerel yönetimler:

    Deprem, heyelan, sel ve çığ gibi doğal afetlerde saha görevlilerine keşif, gözetleme ve bilgi paylaşımının kolayca yapılarak meydana gelen doğa olayının mümkün olan en az can kaybı ile tamamlanmasını sağlanmak amacıyla kullanılır.

12. Meteoroloji servisleri:

    Hava sıcaklıklarının, atmosfer değişimlerinin, rüzgârların izlenmesi olası fırtınaların takibinin yapılması amacıyla kullanılmaktadır.

13. Trafik, güvenlik, akarsu yetkilileri:

    Olası hava, yol ve deniz trafiklerinin izlenmesi, trafikte yaşanan kazların takibinin yapılması, akarsuların takiplerinin yapılması ve güvenliği amacıyla kullanılmaktadır.

İHA’ların askeri amaçlı kullanımları

1. Deniz kuvvetlerinde kullanımı:

   Elektronik istihbarat, radyo sinyal yayını, denizden gelecek saldırılara karşı limanların ve deniz üslerinin korunması, yapay izler kullanarak düşman füzelerinin yanıltılması, düşman donanmasının veya üslerini gözetlemek ve sonar şamandıra gibi denizaltılara karşı kullanılabilecek teçhizatların yerleştirilmesi ve gözlemlenmesi amacıyla kullanılmaktadır.

2. Kara kuvvetlerinde kullanımı:

   Keşif, düşman aktivitelerinin gözlenmesi, NBC yayılımını gözlemek, elektronik istihbarat, hedef tayini ve görüntüleme, kara mayınlarının belirlenmesi ve yok edilmesi gibi görevlerde kullanılmaktadırlar.

3. Hava kuvvetlerinde kullanımı:

   Uzun mesafe ve yüksek irtifa gözetleme, radar sistemlerine karşı sinyal bozan ve yok etme, elektronik istihbarat, hava alanı üs güvenliği, hava alanı hasar tespiti ve patlamamış mühimmatın yok edilmesi amacıyla kullanılmaktadır.

İHA’lara yakın zamanda kazandırılması öngörülen askeri amaçlara yönelik yetenekler vardır. Bunlar devlet veya kamu kurumları tarafından Ar-Ge çalışması olarak yürütülmektedir. Bu yetenekler:

• Bomba veya füzeli hava atakları

• Endirekt atışlar için ileri gözetleme

• Özel operasyonlar ve psikolojik harekât

• Kimyasal, biyolojik ve radyolojik tarama

• Sağlık ve askeri malzeme ikmali

• Noktadan noktaya kargo teslimi

• Motor sistemi ve teknolojisi

• Uzun uçuş süreleri sağlayacak yakıt hücreleri

• Daha az insan müdahalesinin sağlanması

• Aerodinamik yüzeylendirmelerin geliştirilmesi

• Yüksek özellikli hafif malzeme bileşenlerinin geliştirilmesi

  
  

  Olarak sıralanabilir. Bu yetenekler İHA’larda sürdürülebilirlik ve kabiliyetleri açısından oldukça önemlidir. Özellikle Bomba veya füzeli hava atakları ile birlikte savaş uçaklarının yerini İHA’ların alması beklenmektedir. Bu konuda ülkemizde çalışmalara önümüzdeki dönemlerde devlet ve özel sektör olarak başlayacaklarını beyan etmektedirler. [7]

İHA'LAR VE TÜRKİYE

Türkiye’nin İlk yerli İHA’sı 1973 yılında kurulan TAI tarafından 1990’lı yıllarda üretilmiştir. İHA-X1 adı verilen bu araç seri üretime geçememiştir. İHA üretimine 2000’li yıllardan sonra ağırlık verilmiştir. 2004 yılının sonlarında ise SSM(Savunma Sanayii Müsteşarlığı), TAI ile daha sonra ANKA adı verilecek olan MALE tipi İHA için 62 milyon dolarlık bir anlaşma yaptı. Bu üretim sınır güvenliği, iç güvenlik, terör unsurları, komşu ülkelerle çıkan anlaşmazlıklar ve karışıklıklar, savaş uçaklarının maliyet bakımından pahalı olması ve üretici ülkelerin Türkiye’ye teknoloji satmak istememesi üzerine oluşturulmuştur. Yabancı bir ülkeden alınan bir İHA’nın oldukça sorun çıkarması ve Türkiye’nin operasyonel kabiliyetini engellemesi üzerine [8] İHA üretimine özellikle önem verilmiş ve bu konuda gerekli hukuk, üretim ve kullanım alt yapılarında reform yaparak gerçekleştirmektedir. Bugün Türkiye çeşitli hava limanlarında İHA üssü olarak kullanmaktadır. Bunlar:

• Elazığ Havalimanı iç güvenliğin sağlanması için yapılan operasyonlarda Türk Jandarma Teşkilatı tarafından 2016’dan beri İHA üs bölgesi olarak kullanılmaktadır.

• Van Ferit Melen Havalimanı, Şırnak Şerafettin Elçi Havalimanı, Hakkâri Yüksekova Havalimanı ve Gaziantep Havalimanı iç güvenlik ve sınır dışı operasyonlarda İHA üs bölgesi olarak kullanılmaktadır.

• Dalaman Hava Üssü ve Çanakkale'deki 313. Deniz İHA-S İnsansız Hava Aracı Filo Komutanlığı Türkiye’nin yerli üretimi olan İHA’ları deniz, sahil ve iç güvenlik olaylarında gözleme, istihbarat ve koruma görevlerinde kullanılmaktadır.

Çizelge 1.5. Türkiye'nin İHA üsleri ve kullanım amaçları

Çizelge 1.6. Türkiye'nin bazı İHA'ları ve özellikleri

Şekil 1.4. Aselsan CATS yerli elektro optik kamera sistemi

Bu yerli üretim İHA’ların dışında yabancı ülkelerin üretimi olan İHA’larda envanterde bulunmaktadır. Bunlar Heron-1, Harpy, Black Homet olarak belirtilmektedir. Ancak bu ithal İHA’lar yerli üretim İHA’larla birlikte operasyonel kabiliyetinin yitirmiştir. Çünkü yerli geliştirilen İHA’larla birlikte farklı görev türlerine göre farklı varyantlarda mühimmatlar geliştirilmiştir. Bu mühimmatlar yerli İHA’lar ile entegre testlerinden sonra kullanılmış ve bu alanda da dışa bağımlılığın azaltılmasını ve dışarıdan gelebilecek herhangi bir yaptırım ve ambargo kararından minimum etkilenmeyi sağlamıştır. Yakın bir zamanda İHA’ların gözetlemesi için kullanılan CATS (operasyonel kamera) sistemlerinin Kanada menşeili bir firmadan alınırken, siyasi etmenlerden dolayı koyulan ambargo sonucu yerli CATS sistemi geliştirilmiştir. Buradan anlaşılmaktadır ki İHA sistemleri dışa bağımlılığı azaltmada dolaylı da olsa bir rol üstlenmektedir. Türkiye İHA üretme hedefiyle akıllı ve yerli mühimmatlar, yerli kamera ve lazer sistemleri, yeni malzeme teknolojileri, motor üretimleri gerçekleştirerek dışa bağımlılığını bu bağlamda azaltmıştır.

Şekil 1.5. Aksungur İHA'nın kullanım konseptleri

Türkiye İHA’lar konusunda sadece üretim yapmakla kalmayıp İHA’ların geliştirilmesi için Ar-Ge harcamaları yapmakta ve bu konuda önde gelen ülkeler arasında bulunmaktadır. Geçtiğimiz yıl uçuş denemelerinin yapıldığı yeni İHA’lar Aksungur ve Akıncı SİHA’lar ile bir üst seviye hedeflenmiştir.

Türkiye’nin İHA’larını geniş çapta inceleyecek olursak içerisinde drone sürüsünün bile bulunduğu ilginç İHA türleri ile karşılaşılmaktadır. Aşağıda Türkiye’nin bazı İHA’ları listelenmektedir. [11]

• Bayraktar firmasına ait İHA’lar:

  • Akıncı TİHA (geliştirilmekte)

  • Bayraktar Mini İHA

  • Bayraktar Taktik İHA

  • Bayraktar TB2

  • Bayraktar DİHA

• TAI firmasına ait İHA’lar:

  • Anka-A

  • Anka-B

  • Göksungur

  • Aksungur

  • Baykuş

  • Gözcü

  • Keklik

  • Malazgirt Mini VTOL

  • Martı

  • Pelikan

  • Şimşek

  • Turna-G

• Vestel firmasına ait İHA’lar:

  • Arı Mikro İHA

  • Efe Mini İHA

  • Ege

  • Karayel

  • Karayel SU Taktik İHA

• Aselsan firmasına ait İHA’lar:

  • Arı 1-T

  • Karagöz

  • MİUS

  • Tepegöz

  • Serçe-1

• STM firmasına ait İHA’lar:

  • Alpagu

  • Kargu

  • Togan

Şekil 1.6. Akıncı İHA'nın mühimmat ve faydalı yük bilgisi

AVANTAJLAR VE DEZAVANTAJLAR

Avantajları

1. Üretim ve satın alma maliyetlerinin insanlı uçaklara göre düşük olması,

2. Görevin icra edilmesi sırasında yaşanacak kazalarda can kaybı yaşanma ihtimalinin düşüklüğü,

3. Personel eğitimleri savaş uçağı pilotu yetiştirme maliyetine göre oldukça düşük olması,

4. Yakıt ve uçuş maliyetlerinin düşük olması,

5. Riskli ve ulaşılamayan bölgelerde rahatlıkla görev icra edebilmesi,

6. Elektro optik sistemler ile gece ve gündüz hizmet verebilmeleri,

7. Takım halinde uçarak koordineli çalışabilmeleri ve bu koordinasyon ile fazla alanı kısa sürede taramaları,

8. Hız, basınç ve hava şartları gibi etkenlerden daha az etkilenmeleri

9. Dull (Sıkıcı): Normal bir uçak pilotunun uçamayacağı saat boyunca aralıksız görev kabiliyeti,

10. Dangerous (Tehlikeli): Alçak irtifadan yapılması gereken operasyonları kolaylıkla icra edebilmesi,

11. Dirty (Kirli): İnsanın giremediği ve sağlığına zarar verebilecek ortamlarda görev icra edebilmesi,

12. Deep (Derinlik): Düşük görünürlükleri ile derin operasyonlar yapabilmeleridir.

Dezavantajları

1. Havada kalma sürelerinin kısa olması,

2. Uçuş yüksekliklerinin sınırlılığı,

3. Faydalı yük taşıma kapasitesinin düşük olması

4. Tehlike algılama yeteneğinin pilotlu hava araçlarına göre daha düşük olması,

5. İHA ile bağlantının kopması sonucu oluşabilecek tehlikeler,

6. Hava saldırılarına ve savunma sistemlerine karşı savunmasızdır.

7. İnsanlı hava araçları gibi ulusal ve uluslararası hava sahaları ile ilgili düzenlemelere tabi olmaları,

8. Kaza oranlarının savaş uçaklarına göre daha yüksek olmasıdır.

Çizelge 1.7. Seçilmiş bazı hava araçlarının kaza oranları

Hukuki statü

Ülkemizde İHA’lar Sivil Havacılık Genel Müdürlüğü tarafından yayınlanan mevzuatlar ile yasal çerçeveye oturtulmaktadır. SHGM sürekli ve revize edilmiş İnsansız Hava Aracı Sistemleri Talimatı (SHT-İHA) yayınlamakta ve burada detaylı bilgilendirmelerde bulunmaktadır. İlk yasal dayanak 22 Şubat 2016 tarihinde hazırlanmıştır ve son yenileme SHT_İHA_Rev_04 olarak SHGM’nin sayfasında paylaşılmıştır. Söz konusu talimat; 10/11/2005 tarihli ve 5431 sayılı Sivil Havacılık Genel Müdürlüğü Teşkilat ve Görevleri Hakkında Kanunu ile 14/10/1983 tarihli 2920 sayılı Türk Sivil Havacılık Kanunu'na dayanılarak hazırlanmıştır.

Talimatın 2. Maddesi ile: Türk Hava Sahasında uçacak İHA'ları, ilgili sistemleri, bunları ithal edecek, satışını yapacak, işletecek ya da kullanacak gerçek ve tüzel kişileri, bu kapsamda görev alacak personeli, İHA ekibini ve hava sahası kullanımı ile verilecek hava trafik hizmetlerini kapsar. İHA’lar bazı durumlarda 2. Madde’nin kapsamı dışında tutulmaktadırlar. Bunlar:

1. Devlete ait insansız hava araçları

2. Yalnızca kapalı alanlarda kullanılan İHA ve sistemleri

3. Yere veya herhangi bir platforma bağlı olan insansız balon ve benzeri sistemler

4. Azami kalkış ağırlığı 500 gr’dan daha az olan İHA’lar

2. Madde’nin kapsamı dışında kalmaktadırlar. SHT-İHA yönetmeliğine göre İHA’lar azami kalkış ağırlıklarına göre sınıflandırılmıştır. [12]

İHA’nın Adı	Azami Kalkış Ağırlığı
İHA-0	500 gr. (dahil) – 4 kg.
İHA-1	4 kg. (dahil) – 25kg.
İHA-2	25 kg. (dahil) – 150 kg.
İHA-3	<150 kg.

Çizelge 1.8. SHT-İHA’ya göre İHA sınıflandırması

Belgede uçuşa elverişlilik, özel uçuş izni belgesi, zorunlu teçhizat, bakım ve onarım gereklilikleri, sorumluluk ve sigorta, tescil işlemleri, uçuş operasyon el kitabı ve hafif İHA işleticisi sertifikası, pilot lisanslandırması ve gereklilikleri ve sorumlulukları, uçuş ekibi için gereklilikler, uçuş izni, yasak bölgeler ve uçuş şartları ayırma sağlama ve çarpışma önleme, güvenlik ve son hükümler başlıkları yer almaktadır. Bu başlıklar altında hukuki her türlü bilgilendirme yapılmaktadır. Gerekli tüzük, yasalar ve maddeler içi SHT-IHA dosyasının Ek-2 (İHA güvenlik taahhütnamesi), Ek-3 (İHA pilot adaylarına yönelik eğitimler), Ek-4 (İHA başvuru akış şeması) ve Ek-6 (İHA eğitim kuruluşu taahhüt beyanı) dosyaları incelenmeli ve işlemler usulüne uygun olarak gerçekleştirilmelidir. [13]

ÇALIŞMA PRENSİBİ

İHA, pervaneleri manuel olarak kontrol eden merkez istasyonu tarafından bir uzaktan kontrol vericisi ile manuel olarak kontrol edilir. Kontrol ünitesi üzerindeki çubuklar farklı yönlerde hareketlere izin verir ve İHA’yı dengelemek üzere ayarlanması gerekir. Ayrıca uzaktan kontrol sistemindeki ekranlar, sabit veya hareket edebilen bir kameradan canlı video görüntüleri almak ve görüntülemek için de kullanılabilir.

İHA’lar ayrıca belirli bir yükseklikte belirlenen bir hat üzerinde GPS yardımıyla bağımsız bir şekilde uçurulabilir. Bu tür otonom uçuş özellikleri giderek daha yaygın hale gelmektedir. Otonom sürüşün yanında yarı manuel olarak pilotun gözetiminde yardımcı otomatik sistemler ile uçuş da mümkündür. Son yıllarda gözlemlenen sivil İHA teknolojilerine olan ilginin önemli sebeplerinin başında bu otonom veya otomatik uçuş özelliği gelmektedir.

Otomatik pilot sistemleri

Hava araçları için ilk otomatik pilot sistemi 1912 yılında Sperry Corporation firması tarafından üretilmeye başladı ve çok kısa bir sürede ilk uçuşunu gerçekleştirdi. Günümüzde otomatik pilot sistemleri bir İHA’ya insan etmeni olmadan veya dolaylı yoldan bir etki sağlayarak iniş-kalkış işlemlerini, noktadan noktaya mantığıyla belirlenen rotada gidebilmektedir. Sistem bu işlemlerini önceden belirlenen veya girilen veriler sayesinde bilmektedir. İHA rotasını önceden girilen yönergeler sayesinde takip edebilmekte, iniş için piste yaklaşabilmekte ve kalkış esnasında pilota yardımcı olabilmektedir. Günümüzde kullanılan otomatik sistemler bilgisayarlardan ve yazılımlardan oluşmaktadır. Yeni nesil İHA’larda yapay zekâ tabanlı otomatik ve otonom sistemler ortaya çıkmakta ve insan etkisi minimize edilmektedir.[10]

Otomatik sistemler görevlerini yerine getirebilmek için aviyoniklerden, alt sistemlerden ve sensörlerden yararlanmak zorundadırlar. Sadece hava aracının konumu hesaplayabilmek için mikro elektromekanik (MEMS) sensörlerden faydalanırlar ve bunlar 3 eksen ivmeölçer, 3 eksen jiroskoptan oluşmaktadır. İHA’nın yüksekliğinin ve hızını hesaplamak için basınç sensörlerinden, yönelimin ölçülmesi için manyetometre ve pozisyonun ölçülebilmesi için GPS sensörlerinden yararlanılmaktadır. Sensörlerin kalite ve standartları uyması bu nedenle çok önemlidir.

Sadece gürültü olması ile ölçümlerde hatalar görülebilmektedir. Gürültüler çok ufak titremeler şeklinde olur ve sensörlerde ufak hesap sapmalarına neden olur. Uçuş ne kadar uzun olursa hata miktarı o kadar artar. Bu durum katman filtresi kullanılarak aşılmaktadır. Piyasada ticari amaçlı otomatik pilot sistemleri bulunmaktadır. Bunlar:

• DAP120 Autopilot

• Micropilot MP2128g

• Micropilot MP1028g

• Baykar Makine Mini Otomatik Pilot Sistemi

• Ardupilot

• Ardupilot Mega

Otomatik pilot kontrol sistemleri İHA’ya göre değişkenlik göstermektedir. Değişik çalışma prensipleri bulunan üç farklı otopilot kontrol sistemi mevcuttur. Bunlar:

• PID Otopilotlar

Ticari otopilot sistemlerinin kullandığı kontrol tipidir. Uçuştan önce yapılan ayarlamalar uçuş esnasında da değiştirilebilmektedir. Yazılımın uygulanması oldukça kolaydır. Bu nedenle yaygın olarak tercih edilmektedir.

• Bulanık Mantık Otopilotlar

Bilgi veya kuram temelli sistemlerdir. Temelini if-then mantığı oluşturmaktadır. Yani sistem sensörleri ile algıladığı verilere göre yol haritası çıkarmaktadır.

• Sinir Ağı Tabanlı Otopilotlar

İnsansız helikopterler için geliştirilmiştir. Matematiksel bir modele ihtiyaç duymazlar ve çoklu değişkenli uçuş kontrolü için ideal sistemlerdir.

Çizelge 1.9. İHA’da karar mekanizmaları ve sorumlulukları

Donanım

İHA’ların otonom veya otomatik sistemlerinin doğru çalışabilmesi İHA’ya eklenen donanımlar sayesinde mümkün ılınmaktadır. Bu donanımlar temel olarak şöyle sıralanmaktadır:

Ataletsel Ölçüm Sistemi/Ataletsel Yöngüdüm Sistemi

Gövde üzerindeki doğrusal ve dairesel hareketlerin ölçülmesi atalet sensörlerinin birleşimi ile hesaplanmaktadır. Açısal hızölçer ile dönüş hızını ve ivmeölçer ise yerleştirildiği eksen üzerindeki ivmeyi ölçmektedir. Bu sensörlerden alınan veriler farklı sistem gruplarından oluşur. ISA grubunda sensörlerden alınan veri işlenmez ve doğrudan iletilir, IMU grubunda sensörden alınan veri düzeltilerek iletilir ve INS grubunda sensör verileri bir seyir algoritmasına iletilmektedir. Sonuç olarak sensörlerden alınan veri çıktıları farklı sistem gruplarında işlenerek gövdenin referansa göre konum ve yönelimi bulunur. Jiroskoptan okunan veri, konum ve yönelim verileri harmanlanarak İHA’nın üç boyutlu durumu hakkında bilgi alınır. Sensörlerden alınan veriler %100 doğruluk içermez ve bazı hatalarla karşılaşılmaktadır. Bunlar:

1. Başlangıç Hataları

2. Hizalama Hataları

3. Ayarlama Hataları

4. Yerçekimi Hataları

   Olarak sıralanabilir.

   

   Şekil 1.8. Jiroskop, ivmeölçer ve yükseklik sensör ünitesi

Basınç Sensörleri

Hava araçlarının hız ve yüksekliklerinin ölçülmesinde kullanılmaktadır. Hava aracının bulunduğu yükseklikteki atmosferik basınç, sıcaklık ile birleştirilerek mutlak basınç sensörleri veri girişi sağlar ve hesaplamalar ile aracın yüksekliği belirlenmektedir. Hız ölçümü sırasında aracın bulunduğu yükseklikteki statik basınç ile akışkan hızından kaynaklanan akışkan basıncı fark basınç sensörüne veri girişi olarak gelir ve bu fark ile hesaplamalar gerçekleştirilerek aracın hızına ulaşılmaktadır. Bu sensörler pitot tüpü adı verilen yapıya bağlıdırlar.

Şekil 1.10. İHA’larda pitot tüpü

Pitot tüpü statik basınç (Ps) ile dinamik basıncın ( 𝜌𝑉22 ) toplanması ve buradan hızın çekilmesi ile bulunur. Bu denklem 1.1 de gösterilmektedir.

𝑉=√2(𝑃𝑡−𝑃𝑠)𝜌 (1.1)

Küresel Konum Sensörü

Bu sensör dünya çevresinde bulunan GPS uyduları ile İHA arasında sinyal akışı sağlar. Uydudan gelen sinyali alan İHA uydu ile arasındaki uzaklığı sinyalin geliş zamanına bakarak dünyadaki konumunu enlem, boylam ve yükseklik olarak hesaplar. Alınan veri girişi kullanıcıyı çeşitli haberleşme protokolleri ve komut sesleri ile bilgilendirir.

Telemetri

İHA’dan belli formatta kodlanan veriler yer kontrol istasyonuna (YKİ) gider. Burada bu verinin alınması ve tekrar şifrelenmiş başka verilerin gönderilmesini ve İHA tarafından verilerin alınmasına yarayan vericilerdir. İHA’nın izleyeceği yol, seyir sırasında bulunması gereken yükseklik gibi bilgiler bu verici ile aktarılır. İHA’da bulunan mikro denetleyiciler ile bu şekilde iletişim kurulmaktadır.

GUI (Grafiksel Kullanıcı Arayüzü)

İHA pilotunun aracı rahat kullanabilmesi için sisteme bir GUI (Graphical User Inteface) (Grafiksel Kullanıcı Arayüzü) kullanılır. Bu operatöre büyük kolaylık sağlamaktadır. Gerçek zamanlı izleme ve İHA kontrolünü kolaylaştırması açısından kullanılması, sade ve anlaşılır olması gerekmektedir.

Katman filtresi

Beyaz gürültü ile hassaslıklarını yitiren sensörlerden dolayı oluşabilecek hesaplama hatalarını gidermek için kullanılan sistemdir. Temelde dinamik sistemlerin gelecekteki davranışlarının tahmin edilmesinde kullanılmaktadır.

Şekil 1.10. θ açısının sensör ve katman filtresi ile ölçümü

İNSANSIZ HAVA ARAÇLARINDA MALZEME

Kompozit Malzemeler

Kompozit malzemeler, şekil ve kimyasal bileşenleri farklı olan ve birbiri içerisinde çözünmeyen iki veya daha fazla malzemenin makro düzeyde kombinasyon oluşturan malzemeler olarak tanımlanmaktadır. Amaç bir malzemenin dezavantajını diğer bir malzemenin avantajı ile kapatmaktır. Kompozit malzemeler; yüksek yoğunluk / mukavemet oranı, gelişmiş imalat teknolojisi, çok özel dayanım ve yüksek korozyon direnci gibi mekanik özellikleri nedeniyle tercih edilmektedir.

Uçak, helikopter, gemi, kara araçları ve kritik parçalarda kompozitler uygulanmaya çalışılmaktadır. Bu doğrultuda; Türkiye’nin de üretiminde ortak olduğu askeri kargo uçağı A400M, %30 plastik malzeme kullanılarak üretilmiştir. NH 90 askeri nakliye helikopterinin de gövdesinin ön kısmında karbon-epoksi kompozit kullanılmıştır. Gövdesinde kompozit kullanılan ilk helikopterlerden birisi de EH 101 Merlin modelidir. Kompozit malzemeden üretilen hava aracı gövdesi, sert çelikten yapılan gövdeye göre %10 daha hafif olmakla beraber çelik ile aynı mekanik özellikleri de göstermektedir. Bu durum hava araçlarında yakıtın tasarrufu ile daha uzun uçuş süreleri, yük kapasitesinin artırılması, korozyon direnci, kullanılabilmesini sağlar.

İHA’larda fonksiyonel mühendislik hedefi en temel olarak, iletişim/sensör frekanslarına şeffaflık, üretim/bakım maliyeti ve dayanıklılık gibi diğer faktörlere karşı dengelenmiş en az ağırlık için mümkün olan en iyi mekanik özellikleri elde etmektir. PMC'ler, mukavemet-ağırlık özelliklerine ve belki de MMC'lerden daha kolay üretimlerine dayanarak, insansız sistemlerde daha yaygın olarak kullanılmaktadır. İnsansız hava araçlarında en yaygın kullanılan karbon fiber takviyeli polimerdir (CFRP). Karbon fiberlerin yanı sıra aramid bazlı cam, kuvars veya termoplastik liflerdir. [14]

Günümüz uçaklarında malzemenin yorulmasının statik ve dinamik hesapları tasarım sırasında önemli rol oynamaktadır. Uygulamada kullanılan malzeme maksimum zamanda minimum yorulma gösterdiği taktirde kullanılan aracın ömrü oldukça uzamaktadır.

Hava araçları ömürleri 70 yıla kadar çıkmaktadır. Bu kriterleri daha da iyileştirmek için çok fonksiyonlu, nano bileşenli kompozitler geliştirilmeye çalışılmaktadır. (Williams ve Starke, 2003)

Çizelge 2.1. İHA’larda kullanılan kompozit malzemeler

Yüksek manevralı askeri hava araçlarında ileri polimer matrisli kompozitler ve karbon fiber takviyeli polimer kompozitler tercih edilmektedir. (Loughlan, Thompson ve Smith, 2002) Genelde kullanmadan önce polimer matrisli kompozitlere kürleme işlemi gerçekleştirilir. Bu işlem malzemenin birbiri ile çapraz bağ yapmasını sağlamaktadır. Vogelesang ve Vlot (2000) daha dayanıklı ve hasar toleransı daha yüksek yapısal malzeme kullanımının bakım maliyetinde ve yapısal ağırlıkta azalma sağlayabileceğini belirtmişlerdir. Hava araçlarının hızları arttıkça dış yüzeyde sıcaklık yükselmekte ve bu durum özel fiber kompozitlerin kullanımını gerektirmektedir.

HIZ ( MACH )	DIŞ YÜZEY SICAKLIĞI ( CELCİUS )
2.0	100
2.5	150
3.0	200
3.5	300
4.0	370

Çizelge 2.2. Farklı hızla dış yüzey sıcaklıkları

Karbon fiberlerin yanı sıra en yaygın olarak kullanılan takviyeler aramid bazlı cam, kuvars veya termoplastik liflerdir. Cam elyaflar karbon lifleri ile aynı mukavemet-ağırlık performansını sağlayamayabilirler, fakat nispeten sünek ve daha ucuzdurlar.

Ülkemizde kompozit alanında önemli gelişmeler yürütülmektedir. 2003 yılında gerçekleştirilen SHUP oturumu ile birlikte en güncel ve gelecek vaat eden kompozit malzeme teknolojileri hakkında geniş çaplı bir değerlendirme ortaya konulmuştur. Bu panelde kompozitler ile alakalı üç önemli ifade bulunmaktadır [15] ve bunlar:

• Dayanımı metalik malzemelerle aynı düzeyde ancak maliyeti daha düşük olan kompozit malzemelerin yaygın kullanımı,

• Uçan platform ağırlıklarını (İHA, Mikro İHA ve Taarruzi İHA vb. için) bugünküne göre en az %50 oranında azaltmak ve bu sayede performans ve menzil değerini artırmak maksadıyla organik, metal, seramik-matris ve termo-yapısal kompozit malzemelerin geliştirilmesi,

• İHA, uydu ve uzay araçlarında kullanılan işaret işleme/hesaplama devre ve aygıtlarının, yüksek sıcaklık (600°C ve üzeri), darbe ve radyasyon ortamında güvenli olarak çalışmasına olanak sağlayacak, buna karşın hacim ve ağırlığı azaltacak yeni malzemelerin geliştirilmesidir.

Bu panelden çıkan en önemli karar “Sivil ve askerî amaçlı kullanılabilecek insansız sistem ve robotik teknolojilerine sahip olma” ifadesidir. (TÜBİTAK, 2003, s.8)

Metal Malzemeler

İHA’larda genellikle Alüminyum ve magnezyum gibi hafif metaller kullanılmaktadır. Bu metaller tasarımda yüksek mukavemet ve kuvvetli hava koşullarında istikrarlı bir yapı sağlamaktadır. Bu metaller verici ve alıcı arasındaki paraziti de önlemektedir. Magnezyum alaşımlı metaller oluşan titreşimleri sönümlemek için kullanılmaktadır. Ayrıca titreşimler kanat yapısının modellenmesinde ufak değişiklikler ile azaltılmaktadır. Havacılık ve uzay uygulamalarında şekil hafızalı alaşımlar yakın bir gelecekte yaygın olarak kullanılacaktır. Bu tür alaşımlar motor ve kanat bölgelerinde kullanılarak hasar, sıcaklık değişimi gibi dış etmenler minimize edilmektedir.

Test Uygulamaları

Mekanik Test

İnsansız hava aracını oluşturan iskelet yapısının, kendi ağırlığını ve üzerine yerleştirilen tüm ekipmanların ağırlığını taşıyabilecek mukavemette olması gereklidir. İHA tasarım kriterlerinde belirlenen toplam ağırlık dikkate alınarak sistemin yapısal analizi gerçekleştirilmektedir. Ayrıca, sistem üzerinde etkili olan rüzgâr ve yağış durumları gibi dış yükler de dikkate alınarak, emniyetli bir hesaplama gerçekleştirilmektedir. Analizler sırasında, hafif ve yüksek dayanıma sahip olan alternatif malzeme seçenekleri değerlendirilerek, ihtiyaçları karşılayacak en hafif yapının tasarlanması, uçuş süresinin artırılması açısından büyük önem taşımaktadır.

Kaldırma Kuvveti Ölçüm Testi

İnsansız hava aracı üzerinde gerçekleştirilmesi gerekli olan en önemli testlerden bir tanesi kaldırma kuvvetinin ölçüm testidir. İHA üzerinde kullanılan pervanelerin tüm sistemi kaldırabilecek özellikte olması ve seçilen motorlarında yeterli güce sahip olması büyük önem taşımaktadır. Sistemin gereğinden ağır olması ve motorların doğru seçilmemesi durumunda İHA yerinden havalanamaz. Bu amaçla uygulanan farklı test düzenekleri bulunmakla birlikte, en kolay yöntemlerden bir tanesi moment yöntemidir. Bu yöntemde, bir çubuğun uç noktasına yerleştirilen motor ve pervane çalıştırılarak diğer uçta oluşan moment değeri ölçülmekte ve bu sitemin sahip olduğu kaldırma kuvveti hesaplanmaktadır. İHA’nın sahip olduğu motor sayısı hesaplanan bu kuvvet ile çarpılarak, sistemin maksimum kaldırma kuvveti hesaplanmaktadır.

Aerodinamik Testi

Geliştirilmekte olan İHA sistemlerine ait kanat profillerinin belirlenmesi ve aerodinamik testlerin yapılması çok önemlidir. Bu amaçla, sonlu elemanlar yöntemi ve deneysel yöntemler olmak üzere iki uygulama yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Aerodinamik analizler için, ANSYS/Fluent paket programı, Abaqus paket programı gibi yazılımlar kullanılmaktadır. Analiz programları yardımıyla elde edilen kanat profillerine rüzgâr tüneli testleri uygulandıktan sonra üretim gerçekleştirilmektedir. Uçuş testlerinden sonra gerekli iyileştirmeler yapılarak İHA’ya ait aerodinamik testler tamamlanmaktadır. [16]

Tasarım

İHA’larda ilk aşama tasarım aşamasıdır. Şasi, kanat, kuyruk, gövde gibi elemanların tasarımları gerçekleştirilir. Bu yapılan tasarımlar gerekli testlere tabii olurlar. Hızlı prototip yöntemi ile yapılan parçalar İHA’nın az bir masraf ile birlikte kontrolünün gerçekleştirilmesini sağlar. Bu kontrol sonrası parçalarda İHA’nın uçuş verilerine dayanarak gerekli düzeltmeler ve eklemeler yapılmaktadır.

Sonlu Elemanlar Yöntemi

Sonlu elemanlar yöntemi alan problemlerine sayısal çözüm sağlayan bir çözüm tekniğidir. Bu yöntemde çözüm aranan bölge eleman denilen basit geometrili küçük parçalara bölünür. Elemanlar üzerinde düğüm denilen bir takım noktalar tanımlanır ve alan değişkenlerinin bu noktalarda aldıkları sayısal değerler, bu noktalara bilinmeyen parametreler olarak atanırlar. Çeşitli mühendislik programları kullanarak parçalar ayrılan geometri üzerinde mesh adı verilen haritalandırma işlemi gerçekleştirilir. Bu işlem ile birlikte program üzerinden parçanın maruz kalacağı kuvvetler girilerek tasarım kusurları ve gerekli düzenlemelerin yapılıp yapılamayacağı parça üretiminden önce belirlenmiş olur. Bu yöntem üretimde harcanacak maddi kaynağın minimize edilmesi için kullanılmaktadır.

Şekil 2.1. Sonlu elemanlar yöntemi ile oluşturulmuş mesh yapısı

Sonlu elemanlar modeli uygulaması sırasında parça üzerinde belirli başlı kontroller yapılmaktadır. Bunlar:

1. Lineer-statik kontrolü: Birim öteleme ve yer çekimi analizlerinin yapıldığı kontrol aşamasıdır.

2. Dinamik kontrolü: Aracın modeli analizi yapılmıştır. Modlara ve modların frekans değerlerinin incelendiği kontrol aşamasıdır.

3. Yükleme kontrolü: Aracın farklı uçuş koşullarında etki eden basınç yüklerinin kontrol aşamasıdır.

4. Çökme kontrolü: Aracın program üzerinde analiz edilen parçalarının (kanat, kuyruk vb.) üretilerek çökme test düzeneğinde yük bindirilerek kontrol edilmesi aşamasıdır.

Sonlu elemanlar modeli oluşturulurken dikkat edilmesi gereken etmenler vardır. Bu etmenler tasarımı yapılan parçada doğru analizin okunmasını engellemektedir. Bu etmenler şöyle sıralanmaktadır:

• Açıklık oranı: Dikdörtgen elemanların en boy oranlarını ifade etmektedir. Bu değer 1 ile 5 arasında değişmektedir. Açıklık oranının 5 ten daha büyük olmasına müsaade edilmemelidir.

• Eleman çarpılması: Referans yüzeyle belirli bir açı yapan modeldir. 0 ile 0.05 arasındadır. En ideali 0 olmasıdır. Şöyle hesaplanmaktadır;

  Ç𝑎𝑟𝑝𝚤𝑘𝑙𝚤𝑘=𝑠𝑖𝑛−1(ℎ𝑒) (2.1)

• Yamukluk: Elemanların kenarortaylarının arasında oluşan açıdır. İdeal olanı 90° dir ve 30° den düşük olmamalıdır.

• Sivrilme: Sivrilme oranı, elemanın uzun kenarı ile kısa kenarının farkının uzunluğuna oranıdır. İdeal olarak değer, sıfır olmalıdır. Maksimum 0.5 olacak şekilde elemanlar oluşturulmalıdır.

• İncelme oranı: Dikdörtgen elemanda merkeze çizilen çizgiler ile oluşan alanlardan herhangi birinin toplam alana bölünmesi ile bulunmaktadır.

Yapılan bu testler ile hava aracının karşılayacağı yüklemeler ve bu yüklemeler karşısında nasıl bir dayanım ve göçmeye uğrayacağı tespit edilmiş olunur. Yapılan test ve analiz sonuçlarının birbirine yakınlığı SEM in oluşturulurken doğru kıstaslar ve uygulandığını ve modelin düzgün çalıştığı gözlenmektedir.[17]

Şekil 2.2. İHA’nın yükleme durumunda kuvvet dağılımı

Sonlu elemanları:

• Üçgen eleman

• Dörtgen eleman

• Noktasal eleman

• Çubuk eleman

• Bağlantı elemanı

• Çözüm noktası

Oluşturmaktadır.

Minimum Kalkış Hızının Belirlenmesi

Kalkış hızı aşağıdaki formül kullanılarak bulunmaktadır. Clmax değeri kanat profilinin alabileceği maksimum cl değerini ifade etmektedir.

V = √( 2 W g / ρ S Clmax ) (2.2)

Minimum kalkış hızı formülünde Clmax bulunmaktadır. Kalkış hızının hesaplanmasında kullanılacak olan Clmax değerinin belirlenebilmesi için bir reynold sayısına ihtiyacımız var. Reynold sayısı aşağıdaki formül ile hesaplanmaktadır. Burada reynold sayısının hassas olarak hesaplanabilmesi için akışkanın dinamik viskozitesi, kinematik viskozitesi, akışkanın yoğunluğu ve ortalama hızı gerekmektedir. Reynold sayısının hesaplanmasında hız girdimiz uçuş yapılacak olan yerdeki ortalama rüzgâr hızıdır ve

Re = ρvl/mü =vl/υ (2.3)

Formülü ile hesaplanmaktadır.

Taşıma kapasitesi

Taşıma,[18] İHA ile ne kadar yük taşıyabileceğimizin sınırlarını bulmak içi hesaplanacaktır. Taşımanın hesaplanabilmesi için taşıma katsayısına, kanat alanına ve dinamik basınca ihtiyacımız vardır. L değeri (2.4) formülde gösterilmektedir.

L = q∞ * S * Cl (2.4)

Burada dinamik basıncın q∞ elde edilmesi için hava yoğunluğu ρ ve uçuş hızı gerekmektedir. Dinamik basıncı (2.5) formülü ile hesaplayabiliriz.

q∞ = 1/2 * ρ∞ * V∞**2 (2.5)

2.4 ve 2.5 denklemlerini düzenlersek İHA için taşımayı 2.6 denklemiyle hesaplayabiliriz. Lift’in birimi Newton olarak çıkmaktadır, bu hesaplamaların sonunda sonuçların daha iyi algılanabilmesi için kg cinsine dönüştürülecektir.

L = 1/2 * ρ∞ * V∞2* S * Cl (2.6)

Tahrik ve Güç Sistemleri Tasarımı

Hava aracının sessiz, güvenilir ve bilgisayarlı kontrol sistemlerine kolay entegre edilebilir bir tahrik ve güç sistemine sahip olması gerekmektedir. Öncelikle motor, motor sürücü ve pervane gibi elemanlar seçilmeli ve seçilen elemanlar mühendislik programları üzerinde animasyonlar ile test edilmeli ve teorik olarak seçimin doğru olup olmadığı belirlenmelidir. Programlar sayesinde üretim sürecine geçilmeden motor, motor sürücü, pil, pervane, dişli düşümü, sıcaklık ve hava basıncı değerleri veri olarak girilerek; hava hızı, motor güç oranına bağlı olarak pilden çekilen akım miktarı, pil gerilimi, motorun çektiği güç, üretilen itki, motor devri, pervanenin kanada göre ürettiği rüzgâr hızı ve verim gibi veriler hesaplanabilmektedir.

Motor seçiminde bazı önemli kriterler bulunmaktadır:

• Hafiflik,

• Kesintisiz çalışabilme süreleri,

• İtki kuvvetini mümkün olan en az enerji ile üretilebilmesi,

• Havada sabit noktada kalabilmek için gerekli itki gücü,

• Sıcaklığın çok yüksek olmaması,

• Titreşimin minimum seviyede olması,

Gibi önemli kriterler göz önünde tutularak motor seçimi yapılmalıdır.

İnsansız Araçlar ve Etik

Savaş araçlarının kullanımında bazı ahlaki ve hukuk kurallarına uyulmalıdır. Kullanılan savaş aracının bazı etik davranışlar sergilemesi gerekmektedir. Bunlar:

1. İnsan hayatının ve çevresinin yok edilmesinden ziyade sadece savaşanların muharebe dışı kalmasını sağlayabilecek,

2. Savaşanlar ile sivillerin ayrımının kesin olarak yapılabilmesi,

3. Zorunlu ve gerekli durumlarda kullanılması

Savaş araçlarının kullanımında uyulması gereken etik davranışlardır. [19]

Sözlük

• Faydalı yük operatörü: İHA’nın icra edeceği göreve uygun olarak üzerinde taşıdığı görev sistemlerini kullanan ve izleyen İHA pilotu dışındaki kişi,

• İHA pilotu: İşletici tarafından uçuşun idaresinden sorumlu olmak üzere tayin edilmiş, uçuş süresince İHA’nın her türlü harekâtında uçuş kontrollerini çalıştıran veya otonom operasyonunu planlayan ve takip eden kişi,

• İHA ekibi: Bir İHA’nın uçurulması için gerekli olan kontrol istasyonunda yürütülen faaliyetin tamamından sorumlu İHA pilotunu veya görev sorumlusunu, kumanda başındaki İHA pilotunu, faydalı yük operatörünü ve teknisyenlerini ve varsa muhabere görevlisi gibi diğer görevlileri içeren mürettebat,

• İHA gözlemcisi: İnsansız hava aracını görsel olarak izleyecek ve uçuşun yürütülmesinde pilota yardımcı olması için işletici tarafından belirlenen kişi,

• İnsansız hava aracı sistemi (İHAS): İHA ile kontrol istasyonu, komuta ve kontrol veri bağı, kalkış ve iniş sistemi gibi uçuşun sağlanması için gerekli olan, birbirinden ayrı sistem elemanlarının bütünü,

• Kontrol bağı: İHA ile kontrol istasyonu arasında olan ve İHA’nın uçurulması için kontrol istasyonu üzerinden gönderilen kontrol komutları ile İHA’dan alınan uçuş bilgilerinin kontrol istasyonuna aktarıldığı bağlantı,

• Kontrol istasyonu: İHA’yı uzaktan kumanda ederek kullanmak veya otonom görevleri takip etmek, operasyonları süresince ve görüş alanı dışında iken, yer ve durumunu izlemek için kullanılan, yerde veya bir platformda bulunan cihaz veya sistem,

• Otomatik kalkış ve iniş sistemi: İHA pilotunun doğrudan müdahalesi olmadan, İHA’nın otomatik olarak kalkış ve inişini gerçekleştiren sistem/kabiliyet,

• Sistem: Sürekli pilot kontrolünde olup daha önceden belirlenen kurallara göre hareket eden (hava aracının beklenmedik hareketlerinde tanımlanmış tepkiyi verme yeteneği olan) pilota yardımcı özelliklere sahip sistem,

• Otonom sistem: Pilotun herhangi bir müdahalesi olmadan, uçuşu kendi başına gerçekleştirebilen (kontrol veri bağı olmadan yapılan veya veri bağı menzilinin ötesinde önceden belirlenmiş parametrelere göre yapılan uçuşlar), karar-kontrol döngüsünde insan olmadan kendi kendine görev icra edebilme yeteneğinde olan sistemler,

  Uçuş sona erdirme sistemi: İHA pilotu tarafından ya da otomatik olarak veya önceden belirlenmiş bir program dâhilinde aktive olan ve İHA’nın güvenli şekilde uçuşu sonlandırmasına yarayan sistem.

KAYNAKLAR

[1] GETTINGER, DAN, The Drone Databook, The Center For The Study Of The Drone At Bard College, syf 19.

[2] TESLA, NİKOLA, 08.11.1898, Method Of And Apparatus For Controlling Mechanism Of Moving Wessels Or Vehicles, USPTO, No: 613,809 https://patentimages.storage.googleapis.com/6b/b5/5d/3dc49d9a2758de/US613809.pdf [Erişim Tarihi: 8 Kasım 2020].

[3] ÖZGÜR ANSİKLOPEDİ, 02.01.2021, Radyo kontrolü, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_control , [Erişim Tarihi: 11.01.2021]

[4] ABERSHİTZ ve HAMMEL, 23.08.2012, UAV SYSTEMAND METHOD, USPTO, No: US20120210853A1, https://patentimages.storage.googleapis.com/76/51/20/010be4e9de233c/US20120210853A1.pdf , [Erişim Tarihi: 04.09.2020].

[5] KABADAYI ve UYSAL, 14.12.2019, İnsansız Hava Aracı İle Elde Edilen Verilerden Binaların Tespiti, Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 1 (1), 12-13.

[6] YILMAZ, HACI MURAT, 11.01.2018, İnsansız Hava Aracı İle Ortofoto Üretimi Ve Aksaray Üniversitesi Kampüsü Örneği, Geomatik Dergisi, 3 (2), 106-108.

[7] DHA, https://www.cnnturk.com/turkiye/selcuk-bayraktar-insansiz-savas-ucagi-2023ten-once , [Erişim Tarihi: 10.09.2018]

[8] SABAH, https://www.sabah.com.tr/gundem/2011/09/13/israilden-alinan-heronlar-curuk-cikti-322859674920 , [13.09.2011]

[9] GETTINGER, DAN, The Drone Databook, The Center For The Study Of The Drone At Bard College, syf. 203-204-280.

[10] T.C. SAVUNMA SANAYİ BAŞKANLIĞI, Türk Savunma Sanayi Ürün Kataloğu, https://www.ssb.gov.tr/urunkatalog/tr/ , syf 141-157. [Erişim Tarihi: 09.01.2021]

[11] ÖZGÜR ANSİKLOPEDİ, 05.12.2020, Otomatik Pilot, Wikipedia https://tr.wikipedia.org/wiki/Otomatik_pilot , [Erişim Tarihi: 10.01.2021]

[12] KAHVECİ ve CAN, 09.08.2017, İnsansız Hava Araçları: Tarihçesi Tanımı, Dünyada ve Türkiye'deki Yasal Durumu, Selçuk Üniversitesi Mühendislik Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(4), 528-530.

[13] SHGM, 22.02.2016, İnsansız Hava Aracı Sistemleri SHT-İHA, Sivil Havacılık Genel Müdürlüğü, 1-29.

[14] ERYILDIZ ve EKER, 2015, Savunma Sanayinde Kullanılan İleri Kompozit Malzemeler ve Uygulama Alanları, International Journal of Engineering Research and Development, 7(4), 8-10.

[15] AK, TARIK, 2018, Silahlı İnsansız Hava Araçlarının Kullanımında Karar Mekanizmaları, Güvenlik Bilimleri Dergisi, Mayıs 2018, 7 (1), 111 – 130.

[16] KORKMAZ ve İYİBİLGİN, 2016, Geçmişten günümüze insansız hava araçlarının gelişimi, SAÜ Fen Bilimleri Dergisi, 20 (2), 103-109.

[17] GÜLBAHAR, ÖZKAN, 2015, Karayel İnsansız Hava Aracı Statik ve Dinamik Analizleri, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü/İstanbul Teknik Üniversitesi

[18] AKŞAR ve SELİM, 2018, Sabit Kanatlı İnsansız Hava Araçlarında (İHA) Kanat Tasarımının Uçuş Süresi, Manevra Kabiliyeti, Kalkış Hızı Üzerine Etkilerinin Araştırılması, Akdeniz Üniversitesi,

[19] AK ve ÇOBANOĞLU, 2015, İnsansız Savaş Araçları ve Etik, Ankara Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 6(2), 14.

İSTİKBAL GÖKLERDEDİR!