KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Tarım Makinaları Bilimi Dergisi / 2026 / Cilt: 22

Tarımsal Uygulamalara Uygun Yeni Nesil Bir İHA Prototipi İçin Katmanlı İmalatla Üretilmiş İtici Kanal Destek Braketinin Dayanıma Dayalı Tasarım Analizi

Strength-Based Design Assessment of an Additively Manufactured Pusher-Duct Support Bracket for a Novel UAV Prototype Applicable to Agricultural Use

H. Kürşat Çelik(AKDENIZ UNIVERSITY)0000-0001-8154-6993
M. Ali Erbil(The University of Southampton)0000-0002-3751-3884
Allan E. W. Rennie(Lancaster University)0000-0003-4568-316X
İbrahim Akıncı(AKDENIZ UNIVERSITY)0000-0002-0057-0930
Sayfa
15–31
Yayın Tarihi
2026-03-31
DOI
—
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

En düşük Güvenlik Katsayısı (FoS: Factor of Safety) değeri ön bağlantı flanşında 1.739 olarak hesaplanmış; diğer bölgelerde ise belirgin biçimde daha yüksek FoS değerleri gözlemlenmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:İnsansız hava araçları (İHA’lar), savunma, gözetleme ve hassas tarım gibi alanlarda giderek daha yaygın biçimde kullanılmaktadır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Çalışma özellikle İHA’nın kalkış anında en şiddetli mekanik yükleme senaryolarından biri olarak değerlendirilen yüklenme durumunda ortaya çıkan brakete ait yapısal gerilme dağılımlarına ve deformasyona odaklanmaktadır.
💡
Sonuç & Katkı:En düşük Güvenlik Katsayısı (FoS: Factor of Safety) değeri ön bağlantı flanşında 1.739 olarak hesaplanmış; diğer bölgelerde ise belirgin biçimde daha yüksek FoS değerleri gözlemlenmiştir.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:İnsansız Hava Araçları (İHA) · Braket Tasarımı · Tasarım Analizi

Özet

İnsansız hava araçları (İHA’lar), savunma, gözetleme ve hassas tarım gibi alanlarda giderek daha yaygın biçimde kullanılmaktadır. Bu araçların, zorlu işletme koşullarına dayanabilecek hafif ancak yüksek mukavemetli yapısal bileşenler kullanılarak tasarlanması gerekmektedir. Bunun için karbon fiber içerikli malzemelerin kullanıldığı katmanlı imalat (AM: Additive Manufacturing) yöntemiyle üretilen destek elemanları iyi bir alternatif olarak görülmektedir. Ancak bu tip elemanların dayanım ve güvenilirliğinin sağlanması, İHA sistem bütünlüğü açısından kritik öneme sahip olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, yeni nesil bir İHA prototipine entegrasyon için tasarlanan bir itici kanal destek braketinin kritik yükleme koşulları altındaki yapısal davranışını incelemektir. Çalışma özellikle İHA’nın kalkış anında en şiddetli mekanik yükleme senaryolarından biri olarak değerlendirilen yüklenme durumunda ortaya çıkan brakete ait yapısal gerilme dağılımlarına ve deformasyona odaklanmaktadır. Çalışmada sayısal simülasyon tekniklerini içeren Bilgisayar Destekli Tasarım/Mühendislik (CAD/CAE: Computer-Aided Design/Engineering) tabanlı bir iş akışı benimsenmiştir. Braketin üç boyutlu parametrik katı modeli oluşturulmuş ve gerilme dağılımı ile deformasyon davranışını değerlendirmek amacıyla SolidWorks Simulation yazılımı kullanılarak Sonlu Elemanlar Analizi (FEA: Finite Element Analysis) gerçekleştirilmiştir. FEA sonuçları, bağlantı elemanları bölgelerinde en yüksek von Mises eşdeğer gerilmesinin 14.951 MPa olduğunu ve en yüksek deformasyonun braketin ön uç noktasında 0.378 mm olarak meydana geldiğini göstermiştir. En düşük Güvenlik Katsayısı (FoS: Factor of Safety) değeri ön bağlantı flanşında 1.739 olarak hesaplanmış; diğer bölgelerde ise belirgin biçimde daha yüksek FoS değerleri gözlemlenmiştir. Tüm nihai değerlendirmeler neticesinde, katmanlı imalat yöntemiyle üretilen braketin kritik yükleme koşulları altında güvenli bir performans sergilediği, bununla birlikte, bağlantı flanşlarının güçlendirilmesi ve topolojik optimizasyon yöntemlerinin uygulanmasıyla, yapısal bütünlükten ödün vermeden gerilme dağılımının iyileştirilmesi ve kütlenin azaltılması mümkün görünmektedir.

Abstract

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are increasingly deployed in defence, surveillance, and precision agriculture, requiring lightweight yet robust structural components capable of withstanding demanding operational conditions. Ensuring the strength and reliability of additively manufactured support brackets is critical for UAV integrity. The aim of this study is to investigate the structural response of a pusher duct support bracket, designed for integration into a next-generation UAV prototype, under critical loading conditions. The investigation focused on bracket deformation during the UAV’s immediate take-off phase, considered one of the most severe mechanical scenarios. A CAD/CAE-based workflow was adopted, integrating numerical simulation techniques. A parametric solid model of the bracket was created, and Finite Element Analysis (FEA) using SolidWorks Simulation was employed to assess stress distribution and deformation. FEA revealed the maximum von Mises equivalent stress as 14.951 MPa at fastener locations, with peak deformation of 0.378 mm at the front tip. The minimum Factor of Safety (FoS) was 1.739 at the flange of the front fastener, while other regions exhibited considerably higher FoS values. These findings demonstrate that the bracket is structurally adequate for its intended application, although stress concentrations remain evident. While the additively manufactured bracket performs safely under critical loading, reinforcing fastener flanges and applying topological optimisation could improve stress distribution and achieve mass reduction without compromising structural integrity.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Çelik, H. K., Erbil, M. A., Rennie, A. E. W., Akıncı, İ. (2026). Tarımsal Uygulamalara Uygun Yeni Nesil Bir İHA Prototipi İçin Katmanlı İmalatla Üretilmiş İtici Kanal Destek Braketinin Dayanıma Dayalı Tasarım Analizi. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, Cilt: 22, 15–31. https://ajindex.com/articles/1276900

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (39)

  1. Al-Haddad, L. A., Jaber, A. A., Giernacki, W., Khan, Z. H., Ali, K. M., Tawafik, M. A., & Humaidi, A. J. (2024). Quadcopter Unmanned Aerial Vehicle Structural Design Using an Integrated Approach of Topology Optimization and Additive Manufacturing. Designs, 8(3), 58. https://doi.org/10.3390/designs8030058
  2. Anderson, J. D. (2010). Fundamentals of Aerodynamics. In AIAA Journal (Vol. 48, Issue 12). https://doi.org/10.2514/152157
  3. Ariante, G., & Del Core, G. (2025). Unmanned Aircraft Systems (UASs): Current State, Emerging Technologies, and Future Trends. Drones, 9(1), 59. https://doi.org/10.3390/drones9010059
  4. Aribowo, A., Adhynugraha, M. I., Megawanto, F. C., Hidayat, A., Muttaqie, T., Wandono, F. A., Nurrohmad, A., Chairunnisa, Saraswati, S. O., Wiranto, I. B., Al Fikri, I. R., & Saputra, M. D. (2023). Finite element method on topology optimization applied to laminate composite of fuselage structure. Curved and Layered Structures, 10(1). https://doi.org/10.1515/cls-2022-0191
  5. Austin, R. (2010). Unmanned Aircraft Systems. In Unmanned Aircraft Systems: UAVS Design, Development and Deployment. Wiley. https://doi.org/10.1002/9780470664797
  6. Babinsky, H. (2003). How do wings work? Physics Education, 38(6), 497–503. https://doi.org/10.1088/0031-9120/38/6/001
  7. Bambu Lab. (2025). Bambu Filament Technical Data Sheet V2.0. https://store.bblcdn.com/842f399d4e274507953a5231126ec8c1.pdf
  8. Barros, J., Henriques, J., Reis, J., Rosado, D. P., & Melão, N. (2024). Unmanned Aerial Systems: A Systematic Literature Review (pp. 82–93). https://doi.org/10.1007/978-3-031-54235-0_8
  9. Bejan, A., & Zane, J. (2012). Design in Nature: How the Constructal Law Governs Evolution in Biology. In Physics, Technology, and Social Organization.
  10. Bi, Z. (2018). Finite Element Analysis Applications. In Finite Element Analysis Applications: a Systematic and Practical Approach. Elsevier. https://doi.org/10.1016/C2016-0-00054-2
  11. Colomina, I., & Molina, P. (2014). Unmanned aerial systems for photogrammetry and remote sensing: A review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 92, 79–97. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2014.02.013
  12. Czyż, Z., Suwała, S., Karpiński, P., & Skiba, K. (2021). Numerical analysis of the support platform for an unmanned aerial vehicle. Journal of Physics: Conference Series, 2130(1), 012029. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2130/1/012029
  13. Egan, P. F. (2023). Design for Additive Manufacturing: Recent Innovations and Future Directions. Designs, 7(4), 83. https://doi.org/10.3390/designs7040083
  14. Erdelj, M., Król, M., & Natalizio, E. (2017). Wireless Sensor Networks and Multi-UAV systems for natural disaster management. Computer Networks, 124, 72–86. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2017.05.021
  15. Giannakis, E., & Savaidis, G. (2016). Structural integrity aspects of a lightweight civil unmanned air vehicle. International Journal of Structural Integrity, 7(6), 773–787. https://doi.org/10.1108/IJSI-11-2015-0055
  16. Gutierrez-Rivera, M. E., Rumbo-Morales, J. Y., Ortiz-Torres, G., Gascon-Avalos, J. J., Sorcia-Vázquez, F. D. J., Torres-Cantero, C. A., Buenabad-Arias, H. M., Guillen-Escamilla, I., López-Osorio, M. A., Zurita-Gil, M. A., Calixto-Rodriguez, M., Rosales, A. M., & Juárez, M. A. (2024). Design, Construction and Finite Element Analysis of a Hexacopter for Precision Agriculture Applications. Modelling, 5(3), 1239–1267. https://doi.org/10.3390/modelling5030064
  17. Jordan, J. (2021). The future of unmanned combat aerial vehicles: An analysis using the Three Horizons framework. Futures, 134, 102848. https://doi.org/10.1016/j.futures.2021.102848
  18. Joshi, S. (2018). Army of none: autonomous weapons and the future of war. International Affairs, 94(5), 1176–1177. https://doi.org/10.1093/ia/iiy153
  19. Kanesan, G., Mansor, S., & Abdul-Latif, A. (2014). Validation of UAV Wing Structural Model for Finite Element Analysis. Jurnal Teknologi, 71(2). https://doi.org/10.11113/jt.v71.3710
  20. Kierzkowski, A., Wróbel, J., Milewski, M., & Filippatos, A. (2025). Sensitivity Analysis of Unmanned Aerial Vehicle Composite Wing Structural Model Regarding Material Properties and Laminate Configuration. Drones, 9(2), 99. https://doi.org/10.3390/drones9020099
  21. Klippstein, H., Hassanin, H., Diaz De Cerio Sanchez, A., Zweiri, Y., & Seneviratne, L. (2018). Additive Manufacturing of Porous Structures for Unmanned Aerial Vehicles Applications. Advanced Engineering Materials, 20(9). https://doi.org/10.1002/adem.201800290
  22. McLeod, F., Cherrett, T., Oakey, A., Theobald, K., Waters, T., Grote, M., Armstrong, J., Denny, J., & Murray, A. (2024). Investigating the Crash Protection Performance of a Medical Carrier Bag for Drone Transport. Logistics, 8(1), 31. https://doi.org/10.3390/logistics8010031
  23. Mishra, A., Singh Malhi, G., Singh, P., & Pal, S. (2020). Structural Analysis of Uav Airframe By Using Fem Techniques: a Review. Article in International Journal of Advanced Science and Technology, June. www.tjprc.org
  24. Moaveni, S. (2007). Finite Element Analysis Theory and Application with ANSYS. 2416514, 880. http://www.amazon.com/Finite-Element-Analysis-Application-Edition/dp/0131890808
  25. Mogili, U. R., & Deepak, B. B. V. L. (2018). Review on Application of Drone Systems in Precision Agriculture. Procedia Computer Science, 133, 502–509. https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.07.063
  26. Mubina Shekh, Rani, S., & Datta, R. (2025). Review on design, development, and implementation of an unmanned aerial vehicle for various applications. International Journal of Intelligent Robotics and Applications, 9(1), 299–318. https://doi.org/10.1007/s41315-024-00359-6
  27. Najmon, J. C., Raeisi, S., & Tovar, A. (2019). Review of additive manufacturing technologies and applications in the aerospace industry. In Additive Manufacturing for the Aerospace Industry (pp. 7–31). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814062-8.00002-9
  28. Nisbett, K. J., & Budynas, R. G. (2020). Shigley’S Mechanical Design Engineering (11th ed.). McGraw-Hill Education.
  29. Popov, V. L., Heß, M., & Willert, E. (2019). Handbook of Contact Mechanics. In Handbook of Contact Mechanics: Exact Solutions of Axisymmetric Contact Problems. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-58709-6
  30. Raja, V., AL-bonsrulah, H. A. Z., Gnanasekaran, R. K., Eldin, S. M., Rajendran, P., Baskaran, B., & Sakthivel, P. (2023). Design and advanced computational approaches based comprehensive structural parametric investigations of rotary-wing UAV imposed with conventional and hybrid computational composite materials: A validated investigation. Frontiers in Materials, 10. https://doi.org/10.3389/fmats.2023.1096839
  31. Raymer, D. (2018). Aircraft Design: A Conceptual Approach, Sixth Edition (6th ed.). American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. https://doi.org/10.2514/4.104909
  32. Samal, S. K., Vishwanatha, H. M., Saxena, K. K., Behera, A., Nguyen, T. A., Behera, A., Prakash, C., Dixit, S., & Mohammed, K. A. (2022). 3D-Printed Satellite Brackets: Materials, Manufacturing and Applications. Crystals, 12(8). https://doi.org/10.3390/cryst12081148
  33. Takabatake, H. (2019). Simplified Analytical Methods of Elastic Plates. In Simplified Analytical Methods of Elastic Plates. Springer Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-13-0086-8
  34. Theobald, K., Zhu, W., Waters, T., Cherrett, T., Oakey, A., & Royall, P. G. (2023). Stability of Medicines Transported by Cargo Drones: Investigating the Effects of Vibration from Multi-Stage Flight. Drones, 7(11), 658. https://doi.org/10.3390/drones7110658
  35. Tsouros, D. C., Bibi, S., & Sarigiannidis, P. G. (2019). A Review on UAV-Based Applications for Precision Agriculture. Information, 10(11), 349. https://doi.org/10.3390/info10110349
  36. Xing, X. L., Liu, B., Han, X. F., & Jia, H. G. (2012). Lightweight Design and Analysis of Support Structure of Certain UAV Engine. Advanced Materials Research, 546–547, 149–153. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.546-547.149
  37. Xv, H., Zhao, L., Wu, M., Liu, K., Zhang, H., & Wu, Z. (2023). Analysis of the Impact of Structural Parameter Changes on the Overall Aerodynamic Characteristics of Ducted UAVs. Drones, 7(12), 702. https://doi.org/10.3390/drones7120702
  38. Ye, Y., Liu, P., & Liu, J. (2025). Structure Design of Unmanned Aerial Vehicles Based on Large-Scale Paralleled Topology Optimization (pp. 481–489). https://doi.org/10.1007/978-981-96-3576-4_43
  39. Zhu, W., Oakey, A., Royall, P. G., Waters, T. P., Cherrett, T., Theobald, K., Bester, A.-M., & Lucas, R. (2023). Investigating the influence of drone flight on the stability of cancer medicines. PLOS ONE, 18(1), e0278873. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0278873