Özet:
İnsansız Hava Araçları (İHA) günümüzde yaygın olarak; keşif, gözetleme, hedef
tespiti, elektronik harp, fiziksel saldırı ve tahrip, mayın tespit ve imha, atmosferik
ve çevresel gözlem, yük taşıma, arama kurtarma, tarımsal ilaçlama, bilimsel
araştırmalar gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Elektrik motorlu İHA’lar ise
düşük gürültü seviyeleri ve çevreye emisyon salımı yapmamaları nedeni ile içten
yanmalı motora sahip İHA’lara göre avantajlı durumdadırlar. Ancak elektrik
motorlu İHA’larda enerji kaynağı olarak kullanılan bataryaların düşük enerji
yoğunluklarına (75-200 Wh/kg) sahip olmaları, uçuş esnasında şarj edilmelerinin
zor ve maliyetli oluşu, uçuş sürelerini kısıtlayan önemli faktörlerdir. Yakıt pili
olarak adlandırılan ve yakıt olarak hidrojen kullanan elektrokimyasal güç
kaynakları, batarya sistemlerinin zayıf yönlerine karşın; yüksek enerji yoğunluğu
sağlayabilmeleri, yakıt beslendiği sürece kesintisiz ve sessiz çalışabilmeleri, yük
ihtiyaçları doğrultusunda tasarlanabilme özellikleri nedeni ile elektrikli
platformlar açısından iyi bir alternatif olarak ön plana çıkmaktadırlar.
Yakıt pillerinin tüm olumlu özelliklerinin yanı sıra, uygulama anlamında
dezavantajı ise, yakıt olarak kullanılacak hidrojenin depolanmasıdır. Enerji
yoğunluğu 33,3 kWh/kg gibi yüksek değere sahip hidrojen gazı, yakıt pilli
uygulamalarda yüksek basınçlı, büyük hacimli ve ağır tüpler vasıtası ile depolanıp
kullanılabilmekte veya çok düşük sıcaklık koşulları altında ve özel kaplar içerisinde
sıvılaştırılarak taşınabilmektedir. Bu yöntemlerin hem hacim ve ağırlık hem de
maliyet ve işletim yönünden zorlukları bulunmaktadır. Bu nedenle, mini tip bir
İHA’nın güç sisteminin enerji yoğunluğunun arttırılması ve uçuş süresinin
uzatılması hedefleniyor ise basınçlı tüp kullanımı yerine başka alternatifler
düşünülmelidir. Sistemin güç yönetimi anlamında ise, yakıt pilinin aktif alan
kısıtlaması nedeni ile sağlayamayacağı yüksek akımları karşılaması için uygun
kapasitede bir batarya ile hibrit olarak çalışması gerekmektedir.
Bu kapsamda yapılan tez çalışmasında, 4 kg ağırlık kaldırma kapasiteli, 2,5 metre
kanat açıklığına sahip, sabit kanatlı, elektrik motorlu mini tip bir İHA’nın, sadece
batarya kullanılarak gerçekleştirilen uçuş süresini uzatmaya yönelik; 200 W PEM
yakıt pili sistemi, uçuş esnasında sodyum borhidrürden hidrojen üretebilen
hidrojen üretim sistemi, yakıt pili ve batarya tabanlı güç yönetim sistemi ve tüm
sistemleri entegre olarak kontrol eden gömülü kontrol yazılımı çalışmaları
gerçekleştirilmiştir. Bataryalı sistem ve yakıt pili tabanlı sistem ayrı ayrı gerçek
uçuş senaryosu temel alınarak performans testlerine tabi tutulmuştur. Yakıt pili
tabanlı enerji sisteminin, havada kalış süresini en az 2 katına çıkardığı
gösterilmiştir. İHA’nın görev isterleri göz önüne alınarak bu sürenin tasarım
girdileri ile değiştirilebileceği kanıtlanmıştır.
