KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi / 2026 / Cilt: 18

Sinek kuşu benzeri çırpan kanatlı mikro hava aracı: Mekanizma tasarımı ve optimizasyonu

Hummingbird-inspired flapping-wing micro aerial vehicle: Mechanism design and optimization

Ahmet Remzi Koç(KAPADOKYA MESLEK YÜKSEKOKULU)0000-0002-7839-6856
Yusuf Şahin(NİĞDE ÖMER HALİSDEMİR ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-7333-208X
Sayfa
—
Yayın Tarihi
2026-10-14
🏛️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)

Mevcut prototipte askıda kalma gösterilememiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, sinek kuşu benzeri iki kanatlı ve kuyruksuz bir mikro hava aracının mekanizma tasarımı, optimizasyonu, üretimi ve deneyleri sunulmuştur.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bir 8520 fırçalı doğru akım motoru ve 23:1 oranlı iki kademeli dişli grubu, kayar-krank ve dört çubuk mekanizmalarını tahrik etmektedir.
💡
Sonuç & Katkı:Mevcut prototipte askıda kalma gösterilememiştir.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Mikro İnsansız Hava Aracı · Çırpan Kanatlı Uçuş · Mekanizma Kinematik Analizi

Özet

Bu çalışmada, sinek kuşu benzeri iki kanatlı ve kuyruksuz bir mikro hava aracının mekanizma tasarımı, optimizasyonu, üretimi ve deneyleri sunulmuştur. Bir 8520 fırçalı doğru akım motoru ve 23:1 oranlı iki kademeli dişli grubu, kayar-krank ve dört çubuk mekanizmalarını tahrik etmektedir. Mekanizma boyutları, 160° tarama açısı kısıtı altında ardışık karesel programlama yöntemiyle optimize edilmiştir. 22 Hz tasarım frekansındaki hareket analizinde tepe motor torku 2.2 N·mm’den 1.6 N·mm’ye azalmıştır. Karbon çubuk ve ripstop kumaştan üretilen kanatlar ile eklemeli imalatla üretilen gövdeyi içeren prototipin kütlesi yaklaşık 30 g’dır. Bağlı deneylerde 3.0 V’de yaklaşık 12 Hz, 3.7 V’de yaklaşık 14 Hz çırpma frekansı ölçülmüştür. Ölçülen akım, frekanstan hesaplanan motor devri ve katalog parametreleri kullanılarak mekanik güç sırasıyla 2.25 ve 3.67 W olarak hesaplanmıştır. Kaldırma kuvveti doğrudan ölçülmemiştir. Konum analizinden elde edilen kinematiği kullanan yarı-kararlı kanat elemanı modeli, 14 Hz’de 8.0 gf ve 22 Hz’de 19.7 gf çevrim-ortalama kaldırma vermiştir. Model varsayımları altında ağırlığın dengelendiği frekans yaklaşık 27.1 Hz’dir. Böylece 22 Hz tasarım hedefi, deneyde elde edilen 12–14 Hz aralığı ve modelle hesaplanan ağırlık dengeleme frekansı birbirinden ayrılmıştır. Mevcut prototipte askıda kalma gösterilememiştir.

Abstract

This study presents the mechanism design, optimization, fabrication, and tethered testing of a hummingbird-inspired, two-winged, tailless micro aerial vehicle. An 8520 brushed direct-current motor and a two-stage 23:1 gearbox drive slider-crank and four-bar mechanisms. Mechanism dimensions were optimized using sequential quadratic programming under a 160° stroke-angle constraint. Motion analysis at the 22 Hz design frequency showed a reduction in peak motor torque from 2.2 to 1.6 N·mm. The prototype, comprising carbon-rod and ripstop-fabric wings and an additively manufactured chassis, has a mass of approximately 30 g. Tethered tests yielded approximately 12 Hz at 3.0 V and 14 Hz at 3.7 V. Measured current, motor speed calculated from flapping frequency, and catalogue parameters gave mechanical power estimates of 2.25 and 3.67 W, respectively. Lift was not measured directly. A quasi-steady blade-element model using kinematics derived from position analysis predicted cycle-averaged lift of 8.0 gf at 14 Hz and 19.7 gf at 22 Hz. Under the model assumptions, weight support required approximately 27.1 Hz. The 22 Hz design target, the experimentally achieved 12–14 Hz range, and the predicted weight-support frequency therefore represent distinct conditions. Hovering was not demonstrated by the current prototype.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Koç, A. R., Şahin, Y. (2026). Sinek kuşu benzeri çırpan kanatlı mikro hava aracı: Mekanizma tasarımı ve optimizasyonu. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt: 18. https://doi.org/10.28948/ngumuh.1793772

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (24)

  1. C. Chen and T. Zhang, “A review of design and fabrication of the bionic flapping wing micro air vehicles,” Micromachines, 10 (2), 144, 2019. https://doi.org/10.3390/mi10020144
  2. C. P. Ellington, “The novel aerodynamics of insect flight: applications to micro-air vehicles,” Journal of Experimental Biology, 202 (23), 3439-3448, 1999. https://doi.org/10.1242/jeb.202.23.3439
  3. M. H. Dickinson, F.-O. Lehmann and S. P. Sane, “Wing rotation and the aerodynamic basis of insect flight,” Science, 284 (5422), 1954-1960, 1999. https://doi.org/10.1126/science.284.5422.1954
  4. U. F. Ukaegbu, L. K. Tartibu, M. O. Okwu and I. O. Olayode, “Development of a light-weight unmanned aerial vehicle for precision agriculture,” Sensors, 21 (13), 4417, 2021. https://doi.org/10.3390/s21134417
  5. B. Bruggeman, “Improving flight performance of DelFly II in hover by improving wing design and driving mechanism,” Master Thesis, Delft University of Technology, Delft, Holland, 2010.
  6. C. Richter and H. Lipson, “Untethered hovering flapping flight of a 3D-printed mechanical insect,” Artificial Life, 17 (2), 73-86, 2011. https://doi.org/10.1162/artl_a_00020
  7. R. J. Wood, “The first takeoff of a biologically inspired at-scale robotic insect,” IEEE Transactions on Robotics, 24 (2), 341-347, 2008. https://doi.org/10.1109/TRO.2008.916997
  8. M. Keennon, K. Klingebiel, H. Won and A. Andriukov, “Development of the Nano Hummingbird: A tailless flapping wing micro air vehicle,” 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, AIAA 2012-0588, Nashville, Tennessee, USA, 9-12 January 2012. https://doi.org/10.2514/6.2012-588
  9. maxon Group, Wing-flapping aircraft hovers and flies. [Online]. Available: https://www.maxongroup.us/medias/sys_master/8817214390302.pdf, [Accessed Sep. 9, 2026].
  10. M. Karásek, “Robotic hummingbird: Design of a control mechanism for a hovering flapping wing micro air vehicle,” Ph.D. Thesis, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgium, 2014.
  11. M. Karásek, F. T. Muijres, C. De Wagter, B. D. W. Remes and G. C. H. E. de Croon, “A tailless aerial robotic flapper reveals that flies use torque coupling in rapid banked turns,” Science, 361 (6407), 1089-1094, 2018. https://doi.org/10.1126/science.aat0350
  12. A. Roshanbin, “Design and development of a tailless robotic hummingbird,” Ph.D. Thesis, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgium, 2019.
  13. H. V. Phan, S. Aurecianus, T. Kang and H. C. Park, “KUBeetle-S: An insect-like, tailless, hover-capable robot that can fly with a low-torque control mechanism,” International Journal of Micro Air Vehicles, 11, 1-10, 2019. https://doi.org/10.1177/1756829319861371
  14. Z. Chen, W. Zhang, J. Mou and J. Zhao, “Development of an insect-like flapping-wing micro air vehicle with parallel control mechanism,” Applied Sciences, 12 (7), 3509, 2022. https://doi.org/10.3390/app12073509
  15. D. Coleman, M. Benedict, V. Hrishikeshavan and I. Chopra, “Design, development and flight-testing of a robotic hummingbird,” AHS 71st Annual Forum, Virginia Beach, Virginia, USA, 5-7 May 2015.
  16. A. Roshanbin, H. Altartouri, M. Karásek and A. Preumont, “COLIBRI: A hovering flapping twin-wing robot,” International Journal of Micro Air Vehicles, 9 (4), 270-282, 2017. https://doi.org/10.1177/1756829317695563
  17. Q.-V. Nguyen and W. L. Chan, “Development and flight performance of a biologically-inspired tailless flapping-wing micro air vehicle with wing stroke plane modulation,” Bioinspiration & Biomimetics, 14 (1), 016015, 2019. https://doi.org/10.1088/1748-3190/aaefa0
  18. J. Lee, S.-H. Yoon and C. Kim, “Experimental surrogate-based design optimization of wing geometry and structure for flapping wing micro air vehicles,” Aerospace Science and Technology, 123, 107451, 2022. https://doi.org/10.1016/j.ast.2022.107451
  19. S. Xiao, Y. Shi, Z. Wang, Z. Ni, Y. Zheng, H. Deng and X. Ding, “Lift system optimization for hover-capable flapping wing micro air vehicle,” Frontiers of Mechanical Engineering, 19 (3), 19, 2024. https://doi.org/10.1007/s11465-024-0790-6
  20. S. Singh, T. Ali, M. Zuber, A. A. Basri, N. Mazlan, M. N. Hamidon, E. I. Basri, K. A. Ahmad, N. T. Hegde and A. C. Vaz, “Micro aerial vehicle flapping actuation: an experimental analysis of crank and sliding lever mechanisms,” Engineering Research Express, 7(1), 015511, 2025. https://doi.org/10.1088/2631-8695/ada3b4
  21. S. Choi, C. Oh, T. Kang and J. Park, “Design and flight experiment of a motor-directly-driven flapping-wing micro air vehicle with extension springs,” Biomimetics, 10 (10), 686, 2025. https://doi.org/10.3390/biomimetics10100686
  22. Airforce Technology, Hummingbird Nano Air Vehicle (NAV), United States of America. [Online]. Available: https://www.airforce-technology.com/projects/hummingbird-nano-air-vehicle/, [Accessed Sep. 9, 2026].
  23. A. R. Koç, “Çırpan kanatlı dikey kalkış yapabilen sinek kuşu benzeri mikro hava aracı tasarımı ve imalatı,” Yüksek Lisans Tezi, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde, Türkiye, 2023.
  24. J. Song, H. Luo and T. L. Hedrick, “Performance of a quasi-steady model for hovering hummingbirds,” Theoretical and Applied Mechanics Letters, 5, 50–53, 2015. https://doi.org/10.1016/j.taml.2014.12.003