1. GENEL ÖZET
2021 yılı Teknofest Liseler Arası İnsansız Hava Araçları Yarışması Sabit Kanat Kategorisi kapsamında boy gösterecek olan takımımız ile, salgın sürecine ve imalat çalışmalarının yaz tatiline denk gelmesine rağmen, sağlıklı ve başarılı bir çalışma yürüterek projemizi tamamladık. Çalışmalarımızla ilgili tüm detayları bu belge ile raporlandırdık.
1.1 Tasarım Süreci
İlk olarak uçağımızın boyutsal parametrelerini belirlemek için gerekli hesaplamaları yaptık. Daha sonra hesaplamaları tamamlayıp 2D ve 3D çizimler yaparak genel tasarımımızı belirledik. EPP köpük kırılmaya ve yırtılmaya karşı oldukça dayanıklı olduğu için modelimizin tamamında EPP köpük kullanmaya karar verdik. Fakat EPP pahalı bir malzeme olduğu için tasarımımızı daha ekonomik olan XPS köpük ile hayata geçirip teorik tasarımımızın işlevselliği kesinleştikten sonra asgari fire ile EPP köpüğe uyguladık. EPP ve XPS köpüğü kesmek için rezistans teli kullanarak yaptığımız bir tezgâh ile kesim işlemlerini yaptık. Montaj aşamasında ise EPP ve XPS köpüklerdeki en sağlam yapıştırma yöntemi ve amacımıza en uygun olan epoksi ve silikonu kullandık. Görev mekanizmasında ise 3D yazıcıdan PLA filament ile bastığımız parçaları kullanmaya karar verdik. Öncelikli hedefimizi çoğu şeyi kendimiz üretmek olarak belirledik, bunun için 3D yazıcı kullanmaya karar verdik. Blender üzerinden 3D tasarım yaparak yazıcımızdan bastık. Kanat ve iniş takımının kolayca demonte hale gelebilmesi için gövdeye vida ile sabitlenecek şekilde tasarladık. Yatay ve dikey stabilizerlerimizi ise silikon ile yapıştırdık. Biz tasarımımızda sağlamlık ve hafifliği bir arada elde etmeye önem verip buna göre malzeme tercihi yaptık.
Ayrıca modelimizdeki parçaların söküp geri takılabilir olmasına önem verdik ki herhangi bir kırımda ve transfer sürecinde işimizi kolaylaştırsın ve tamir maliyetlerini azaltsın.
1.2 Temel Görev Gereksinimleri ve Tasarım Özellikleri
İHA’nın gereksinimlerini yarışma alanının bir önceki yıldaki hava şartlarına göre tasarlamaya özen gösterdik.
Resim-1: 2020 yılı Bursa Yunuseli Havalimanı meteoroloji istatistikleri Modelimizin azami manevra kabiliyeti kazandırarak uçuşunu tamamlaması için raporda bahsettiğimiz kanat,dikey/yatay stabilizer tiplerini, model uzunluğu, ağırlık merkezi, motor çeşidi, genel malzeme ağırlığı gibi bilgileri kullanarak hesaplamalar yaptık ve en doğru veriye ulaştık. Genel görev tasarımızı belirlerken takımızdaki her bireyin ortak kararı ve araştırmalarını kullandık ki bu sayede amacımız ve kullandığımız malzemeler için en iyi tasarımı oluşturmayı hedefledik. İHA modelimizin alt kısmında ve tam ağırlık merkezinde bulunan boşluğa görev mekanizması için bir bölüm oluşturduk. Tüm bu çalışmaları yaparken koruyucu gözlük, önlük, eldiven, maske ve gerektiği yerde baret takmayı unutmadık. Testleri gerçekleştirirken kendimize güvenli bir alan oluşturduk ve testleri oradan takip ettik. Atölye ve çalıştığımız her alanda en az 1 tane yangın tüpü bulundurduk.
1.3 Sistem Performans Özellikleri
Tasarladığımız İha’nın performans parametreleri aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.
Parametre Değer
Kalkış Ağırlığı 2450gr
Uçuş Süresi 6.4dk
Yük Taşıma Kapasitesi 425gr
İHA’nın Boyutu Kanat:157cm Gövde:113cm Yükseklik:36cm
Kalkış Mesafesi 10m
Azami Sürat 56km/h
İmalat Malzemesi EPP/Epoksi/Silikon/
Tablo-1: Performans Parametreleri
2. YÖNETİM ÖZETİ
Takımımız üyeleri kendi ilgi alanlarına ve yeteneklerine göre yapılan görev dağılımında her alanda 2 üyenin olmasına özen gösterdik. Bu sayede üyelerden biri takım çalışmasına katılamaz ise proje çalışmalarının aksamadan devam edebilmesine olanak sağladık.
2.1 Takım Organizasyonu
Takım Organizasyonu ve Görev Dağılımı
Sercan KOÇTÜRK (Danışman Öğretmen)
Ben Sercan Koçtürk Osmangazi Fen lisesinde Bilgisayar Öğretmeniyim. 45941 BÜRKÜT takımı danışman öğretmeniyim. Takımımızla yoğun bir tempoyla çalışarak hazırlandığımız yarışmada iyi bir yere geleceğimizden eminim ve takımımız güveniyorum. Tüm takımlara tekrardan başarılar diliyorum.
Emre GÖÇER (Takım Kaptanı)
Merhaba ben Emre Göçer. 17 yaşında Kırıkkale Osman Gazi Fen Lisesinde öğrenim gören 12.sınıf öğrencisiyim. Elektronik ve mekaniğe olan ilgimden
Sercan Koçtürk Danışman Öğretmen
Gökhan Erçayan Elektronik Sorumlusu
M.Yiğit Duha Göktaş Mekanik Takım
Sorumlusu ve İkinci Pilot Emre Göçer
Takım Kaptanı
Ahmet Can Erduran Tasarım ve Aerodinamik
Sorumlusu
Zehra Koca Satın Alma Sorumlusu
Tuna Şahin Takım Pilotu
dolayı Teknofest'te yarışmak için Bürküt Takımına katıldım. Takım kaptanı olarak hiç esirgemediğimiz emeğimizin karşılığını, yarışmalarda en iyi şekilde alacağımıza inanıyorum.
Tuna ŞAHİN (Takım Pilotu)
Ben Tuna Şahin Kırıkkale Osmangazi Fen lisesinde 11. sınıf olarak öğrenim görmekteyim. Teknofest’te ve Bürküt Takımına havacılığa olan ilgimden dolayı katıldım. Takımda pilot olarak görev yapmaktayım.
Gökhan ERÇAYAN (Eletronik Sorumlusu)
Merhaba ben Gökhan Erçayan Osmangazi Fen Lisesinde okuyorum.12. sınıf öğrencisiyim. Elektroniğe bir ilgim vardı ve bu konular hakkında araştırma yapıyordum. Bu yarışma benim için büyük bir fırsat oldu. Takımım için yeni bilgiler öğrenerek kendimi geliştirmekteyim.
Zehra KOCA (Satın Alma Sorumlusu)
Merhaba takımımız ile yoğun bir çalışmadan sonra yarışmalarda boy göstereceğimizi umuyorum. Takımımız adına mali işlemleri takip ettim ve en uygun maliyeti çıkarmaya çalıştım. Umarım başarılı oluruz.
M.Yiğit Duha Göktaş(Mekanik Takım Sorumlusu ve İkinci Pilot)
Merhaba ben Duha Göktaş. Kırıkkale Osmangazi Fen lisesi 11. Sınıfta öğrenim görüyorum. Yazılımsal ve mekaniksel olarak insansız teknolojilere karşı bir ilgim var. Teknofest benim için çok büyük bir fırsat oldu. Umarım bu yarışmada elimizden geleni yapabiliriz şimdiden teşekkürler.
Ahmet Can Erduran(Tasarım ve Aerodinamik Sorumlusu)
Adım Ahmet Can Erduran. Kırıkkale Osmangazi Fen Lisesinde 11. Sınıfta öğrenim görüyorum. Bu takıma katılmaktaki amacım kendime bazı bilgiler katıp tecrübe edinmek. Hem ülkemizi hem kendimi geliştirmek şahsen benim için çok mutlu edici olmaktadır. Bilgisayar ve donanım kısmında bilgiye sahibim. Bu süreçte 3D yazıcı tecrübeleri kazandım.
2.2 Zaman Akış Çizelgesi
Kavramsal tasarım raporunda belirttiğimiz iş zaman grafiği ile imalat sürecinde bu iş akış şeması karşılaştırması aşağıdaki tabloda verilmiştir. Kavramsal tasarım raporunda belirtilen zaman dilimleri kırmızı gerçekleşen ise yeşil renk ile belirtilmiştir.
İş-Zaman Grafiği
İP No İP
Adı/Tanımı
Kimler Tarafından Yapılacağı
HAFTALAR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
1 8
1 9
2 0
2 1
2 2
2 3 24
1 Görev Analizi ve Literatür Taraması
Emre GÖÇER
2 Tasarım Boyutsal
Parametrelerinin Belirlenmesi
A. Can DURAN
3 Tasarımın Yapısal Özellikleri Tuna ŞAHİN
4 Kontrol ve Güç Sistemleri Tasarımı
Gökhan ERÇAYAN
5 Uçuş Performans Parametreleri
Tuna ŞAHİN
6 Hava Aracı Maliyet Hesaplama Zehra KOCA
7 Teknik Çizimler
M.Yiğit Duha
GÖKTAŞ
8 Proje Yönetimi Emre
GÖÇER
3. DETAYLI TASARIM
Tasarladığımız İHA’nın özgün ve işlevsel olması adına literatür taramasıyla en uygun aerodinamik yapıyı ve imalat malzemelerini tespit ettik. Özgün ve mevcut imkanlarla üretimi gerçekleştirecek tasarımı yaptık. Tasarımın detaylarını aşağıdaki başlıklar altında raporlaştırdık.
3.1 Tasarımın Boyutsal Parametreleri
Tasarladığımız İHA’nın teknik çizimleri üzerinden belirlemiş olduğumuz boyutsal parametreler aşağıdaki tablolarda verilmiştir.
Resim-2: Teknik Çizim
No Parça Adı Ağırlık (gram) Adet Toplam Ağırlık
(gram)
1 Fırçasız Motor 106 1 106
3 Motor Bloğu 121 1 121
4 Servo Motor 9 8 72
5 ESC Motor 35 1 35
7 Pixhawk Uçuş Kontrolörü 38 1 38
8 Telemetri 34 1 34
9 GPS Modülü 35 1 35
10 Pil 256 1 256
11 PLA flament Görev 63 1 63
12 EPP 695 1 695
13 PLA flament Muhafaza 37 1 37
14 Sigorta 25 1 25
15 İniş Takımı ön 247 1 247
16 İniş Takımı arka 140 1 140
17 Alıcı 27 1 27
18 Epoksi 60 1 6
19 Devre Kesici 25 1 25
20 Yük 330 1 330
21 Paraşüt 15 1 15
Toplam 2490
Tablo 2. Sabit kanatlı İHA’nın parça ve toplam ağırlık tablosu İHA’nın malzeme ağırlık ve denge tablosu
No Parça Adı Ağırlık
(gram)
X uzaklığı (mm)
Y uzaklığı (mm)
Z uzaklığı (mm)
1 Motor 121 0 420 0
2 ESC 35 50 190 0
3 Yük 355 0 0 0
4 Pil 176 0 220 20
5 Muhafaza 37 0 -250 20
6 Kuyruk Servosu 1 9 -240 -600 0
7 Kuyruk Servosu 2 9 240 -600 0
8 Kuyruk Servosu 3 9 0 -600 160
9 Kanat Servosu 1 9 56 -4 17
10 Kanat Servosu 2 9 21 -4 17
11 Kanat Servosu 3 9 -12 -4 17
12 Kanat Servosu 4 9 -56 -4 17
13 Yük Servosu 13 0 -170 -30
14 Arka iniş Takımı Servosu 13 -15 -195 -35
15 Alıcı 27 0 -250 20
TOPLAM 942
Tablo 3. Sabit kanatlı İHA’nın malzeme ağırlık ve denge tablosu
X, Y ve Z uzaklıklarının referans merkezi ağırlık merkezidir.
No Parça Adı En(mm) Boy(mm) Yükseklik(mm)
1 Motor 35 35 56
2 Servo 21 30 10
3 Esc 70 25 6
4 Kanat 1570 20 30
5 Motor bloğu 60 60 165
6 Pil 45 140 20
7 Aileron 70 410 20
8 Flap 70 235 20
9 Ruder 280 230 30
10 Elevatör 110 240 25
11 Gövde 130 1030 75
12 Ön iniş takımı 550 90 225
13 Arka iniş takımı 60 65 200
14 Devre kesici 40 20 10
15 Sigorta 10 10 10
16 Alıcı 21 44 20
17 Yük 80 190 70
18 Muhafaza 70 130 45
19 Telemetri 25 240 12
Tablo 4. Sabit kanatlı İHA’nın boyutsal parametreleri
3.2 Tasarımın Yapısal Özellikleri
İHA’nın tasarım sürecinde literatür taramasıyla ulaştığımız bilgilerle uygulama sürecinde gövde ve mekanik tasarımları yaptık. Tasarımımızın istenilen sonuçlara ulaşıp ulaşmadığını test edebilmek için ekonomik değeri yüksek malzemeleri, mükemmel tasarım sonuçlarına ulaştığımızda kullanmaya karar verdik (EPP yerine test amaçlı XPS köpük kullanmak, otonom uçuş testi yerine manuel uçuş testi gibi).
Tasarladığımız İHA’nın şase, gövde ve mekanik aşağıdaki başlıklar altında detaylı bir şekilde açıklanmıştır.
3.2.1 Gövde, Mekanik Sistemler KANAT
Resim-3: Kanat Teknik Çizimi
Kanadımızın açıklığını 145cm olarak belirlemiştik ancak modelimizin ağırlığındaki sapmalar ve üretim tezgahındaki aksaklıklar sebebi ile kanat açıklığımızı yükselttik ve bu yüzden kanat açıklığımızı 157cm olarak belirledik. Kavramsal tasarımda belirtmediğimiz flaplar bize uçuşta daha fazla kanat yüzey alanı kazandırdığı ve yük bırakmada hızımı yavaşlatıp daha güvenli bir görev gerçekleştirdiği için modelimize eklemeye karar verdik
L=Kaldırma Kuvveti (Pound -lbs- cinsinden)
Cl = Kaldırma Kuvveti Katsayısı (Airfoil şekline ve hücum açısına göre değişkendir, deneysel sonuçlarla elde edilir)
ρ (rho) = Hava Yoğunluğu (NŞA, deniz seviyesinde 0.0023769 slugs/cubic foot'dur) V = Hava Hızı (Feet/saniye cinsinden)
A = Kanat Alanı (Square Feet cinsinden) Yeni Kanat:
Lyeni = 0.7*(1/2*0.002)*2916*3.72 = 7.59 lbs
CL = 7/[(1/2*0.002)*2916*3.72] =0.7 Eski Kanat:
Leski = 0.85*(1/2*0.002) *2500*3.29 = 6.99 lbs
CL = 7/[(1/2*0.002)*2500*3.29] = 0.85
Aileron Resim.3’deki mavi renk ile işaretlenen yerler kanadın aileronlarını göstermektedir.
Yaptığımız literatür taraması sonucu aileronların açıklığının kanat açıklığının ¼ ü aileronun kordunun ise kanat kordunun ¼ ü olmasının standart olduğunu anladık.
Yaptığımız testler sonucu aileronların manevra kabiliyetini daha fazla artırması adına aileronların kordunu 2 cm arttırdık. Bu hesaplamalar doğrultusunda aileronlarını boyu 410mm derinliği 70mm ve kalınlığı 20mm olarak belirledik.
Flap
Resim.3’deki mor ile belirtilen yerler kanadımızın flaplarını göstermektedir.
Modelimize flapları eklemekteki amacımız yük bırakırken yavaşlamamızı sağlaması ve bu sayede daha sağlıklı bir görev gerçekleştirebiliriz. Flapların göreve faydasının yanı sıra iniş ve kalkışta kanat yüzeyini artırarak düşük hızlarda iniş ve kalkış sağladık. Yaptığımız literatür taraması sonucu flapların açıklığının kanat açıklığının 1/6 sı flapların kord unun ise kanat kordunun ¼ olmasının satandart olduğunu anladık. Yaptığımız testlerde flapların daha işlevsel olmasını amaçladığımız için flapların kordunu 2 cm arttırmasının doğru olacağı kararına vardık. Bu doğrultuda flapların boyu 235mm derinliği 70mm ve kalınlığı 20mm belirledik.
Servo
Resim.3’deki kırmızı ile gözüken parçalar sg90 ve mg90 markalı servolarıdır. Aileron servolarını aynı kanala ters bir biçimde bağladık flapları ise aynı kanala ama düz bir biçimde bağlayarak kanatta toplam 4 yerine 2 kanal kullanmış olduk
GPS
Kanadımızın üstüne uçuk kontrol kartımızın (pixhawk 2.4.8) bir parçası olan gps’i yerleştirdik bu sayede mission planner da daha sağlıklı bir konum bilgisi alabiliyoruz Elektronik Kablolar
Resim.3’deki yeşil renkli parçalar servolara giden kabloları göstermektedir. Kanadın sökülüp takılabilir olması için tüm kabloları bir sokette topladık. Ayrıca kanadın takılıp çıkarılabilir olmasına yardımcı olsun diye üst tarafında iki adet pim yerleştirdik
KUYRUK.
Resim.4: Kuyruk Teknik Çizimi Dikey Stabilizer
Resim.4 de gözüken dikey stabilizerin tipini, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Sivil Havacılık Anabilim Dalı Naca0012 Kanat Profili Etrafındaki Hava
Akışının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi verilerini referans alarak NACA-0012 olarak belirledik. Naca0012 kanat profili 0, 3, 5, 6, 9, 10, 12, 15 hücum açısı derecelerinde çok kararlı bir sonuç verdiğini tespit ettik. Dikey stabilizerin açıklığı 290mm kordu 170mm alt taraf uzunluğu 210mm kalınlığı 30 mm olarak belirledik.
(Kanak:https://avesis.erciyes.edu.tr/dosya?id=cdced4c4-3f7e-4d12-a48e- d88a829ba250)
Grafik-1: NACA-0012 Analizi Yatay Stabilizer
Resim.4’deki mavi renkli yatay stabilizerlerin model tipini Gazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi günlük dergisi, NACA-4412 profil analizinden faydalanarak belirledik. Modelin ANASYS ve Xfoil adlı yapay zekâ programlarında analiz sonuçlarına göre amacımıza en uygun profili olduğunu belirledik.
(Kaynak:https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/722281)
Grafik-2: NACA-4412 Analizi
Rudder
Resim.4’deki yeşil renkli olan parça modelimizin rudderıdır. Rudderın kalınlığını (30mm) yüksekliğini (280mm) ve açıklığını (230mm) olarak belirledik. Rudderın dikey stabilizere oranı normalden biraz büyük olmasını istedik çünkü yer testlerinde uçağımızı daha fazla kontrol etmemiz gerektiğini tespit ettik. Ayrıca uçağımızın arka
iniş takımına bir servo yerleştirip rudder ile aynı kanala bağlayarak bir direksiyon modeli oluşturduk buda bize ekstradan manevra yeteneği kazandırdı.
Eloktronik ve Servo
Resim.4 deki kırmızı renkli olan parçalar sg90 markalı servolardır Yeşil renkli olanlar ise servolarımıza güç taşıyan eloktronik kablolar.Yatay stabilizerlerin servolarını aynı kanala bağladık
GÖVDE
Resim.5: Gövde Teknik Çizimi
Resim.5’deki gövdemizin y(uzunluğu):1030mm x,(kalınlığı):130mm z(yüksekliği):75mm hesapladık. Gövdemizin ağırlık merkezinin tam altına görev mekanizması ve yükümüzü yerleştirdik. Bu sayede yükümüz İHA’dan ayrıldığında ağırlık merkezinin yeri değişmedi. Ağırlık merkezinden 250mm uzaklığa bir muhafaza (elektronik kutusu) yerleştirdik bu kutu içerisinde alıcımızı uçuş kontrol kartımızı (pixhawk 2.4.8) yerleştirdik bunu yapma amacımız ise modelimizin herhangi bir kazasında uçuş kontrol kartının zarar görmemesini sağlamak.
İniş Takımı
İ
Resim.6: İniş Takımı
İniş takımını kavramsalda ön taraf 1 teker olacak diye belirtmiştik. Ancak bunun tam tersi yapmaya karar verdik çünkü motorumuzun yerden yüksekliğini daha kolay ayarlamak. Bu sayede kanadımızın hücum açısını da daha kolay bir biçimde ayarlayabiliyoruz. Ön iniş takımın yerden yüksekliği 225mm, ön iniş takımının iki teker arası uzaklığı 550mm, arka iniş takımının yerden yüksekliği ise 200mm arka iniş takımına üst tarafta da belirttiğimiz gibi bir adet mg90 markalı servo yerleştirerek direksiyon modeli oluşturduk
3.2.2 Aerodinamik Özellikler
Kanat Profil Seçimi ve Aerodinamiği
İlk başta uçağımızın kanat yapımızdaki amacımız üretiminin kolay olması ve düzgün stabil bir uçuş sergilemesiydi. Bizde bunlara göre seçim yaptık. Literatür taramasından sonra “Flat-Bottom” türünün daha uygun gördük. Çünkü:
Aynı boyuta sahip düz tabanlı bir kanat, belirli bir hava hızında ve hücum açısında, aynı koşullara sahip simetrik bir kanada göre daha fazla kaldırma kuvveti üretir.
Üretimi daha kolaydır. Daha stabil bir uçuş sağlar.
Resim-7: Kanat Profili
Daha sonra sıra kanat profili seçmeye geldi. Kanat profilinde ise GOE 398 (Resim-7)
seçmeye karar verdik. Kanat boyutlarımı ayarlarken aşağıdaki hesapları kullandık.
L = Kaldırma Kuvveti (Pound -lbs- cinsinden)
Cl = Kaldırma Kuvveti Katsayısı (Airfoil şekline ve hücum açısına göre değişkendir, deneysel sonuçlarla elde edilir)
ρ (rho) = Hava Yoğunluğu (NŞA, deniz seviyesinde 0.0023769 slugs/cubic foot'dur) V = Hava Hızı (Feet/saniye cinsinden)
A = Kanat Alanı (Square Feet cinsinden)
Lyeni = 0.7*(1/2*0.002)*2916*3.72 = 7.59 lbs
CL = 7/[(1/2*0.002)*2916*3.72] =0.7
Taşıma katsayısı ve hücum açısı tablosunda da göründüğü gibi en yüksek taşıma 10 ile 15 derece hücum açısında görülmüştür. Bundan dolayı hücum açımızı 15 olarak seçtik. (Kaynak: http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=goe398-il)
Grafik-3: Kanat Profil Analizi
Pervane Seçimi
Pervane seçiminde 4s batarya, motor fabrika verileri ve prop analiz sonuçlarına göre en uygun prop olarak 12x6’i belirledik.
(Kaynak: https://ubibliorum.ubi.pt/bitstream/10400.6/6454/1/3828_7604.pdf)
Tablo 5: EMAX 2826 Verileri
Grafik-4: 12x6 Prop Analizi
3.2.3 Görev Mekanizması Sistemi
Görev mekanizmasını tutan pim, servo motor(Resim-9) tarafından geri çekilince yükün ağırlığı sayesinde açılan kapaktan düşen yük paraşüt açılır ve güvenli iniş sağlanır. Şişe yaklaşık 5m yükseklikten serbest düşme hareketine maruz bırakıldığında patlamaktadır. Bu yükseklikte bırakıldığında yere yaklaşık 10m/s hızla çarpmaktadır. Yapılan testlerde 72cm(Resim-8) çapındaki bir paraşüt ile şişenin hızını 4,46 m/s ye düşürülerek şişenin güvenli bir şekilde hedefe ulaşması sağlanmıştır. Bir lastik yardımıyla kapanarak hava direncinin önüne geçilir.
Görev Mekanizması Boyutları:
Parça Adı En(mm) Boy(mm) Yükseklik(mm) Ağırlık(gr)
Görev Mekanizma 80 190 70 63
Tablo 5: Görev Mekanizmasının Boyutları
Resim-8: Paraşüt Sistemi Resim-9: Yük Kutusu
Resim-10: Teknik Görünüm
3.2.4 Elektrik Elektronik Kontrol ve Güç Sistemleri Entegrasyonu
Tasarladığımız İHA’nın elektronik ekipman yerleşimi Resim-10 da görüldüğü gibidir.
Elektronik ekipman yerleşimini, İHA’nın aerodinamik yapısını bozmamasına dikkat ederek gerçekleştirdik. Gövde ve mekanik sistemlerin mukavemetini azaltmayacak şekilde konumlandırdık. Elektronik ekipmanlardan ısınan ve yanma riski olan parçaların soğuk havayla temas etmesi için gövdenin dışına koymayı uygun gördük.
Parçaların kolayca değiştirile bilmesi için en uygun portatif yöntemi tercih ettik.
Resim-11: Elektronik Sistemleri Yerleşimi
Resim-12: Elektronik Bağlantı Şeması
Tasarladığımız İHA’nın elektronik devre şemasını Resim-11 de görüldüğü gibi tasarladık. 4 adet kanatlarda 3 adet kuyrukta 1 adet görev mekanizmasında 1 adet de iniş takımında olmak üzere toplam 9 adet servo kullanmayı ön gördük. Uçuş kontrol kartını kanadın arkasına alarak ağırlık merkezini dengeledik. Kabloları kontrolcünün konreumuna göre boyutlandırmayı planladık. Telemetri modülünü hava direncini etkilemeyecek şekilde kuyruğa, GPS modülünü ise kanadın üzerine yerleştirmeyi uygun bulduk. İHA güvenliği açısından pilin artı(+) kutbuna sigorta ve devre kesici eklemeyi kararlaştırdık. Pili motorun arkasına ağırlık merkezini dengeleyecek ve kolayca çıkarılabilecek şekilde konumlandırmaya özen gösterdik.
Sigorta seçiminde şartnamede belirtilen ESC’nin azami akımının %10 fazlasını alarak(75A+5A) 80A levha sigorta kullanmaya karar verdik. İHA’nın otonom uçuş yapabilmesi için aldığımız pixhawk 2.4.8 uçuş kontrol kartı seti(telemetri,GPS,vb) ile Ardupilot sitesinden indirdiğimiz mission planner yazılımı kullanarak İHA’nın otonom uçuşunu gerçekleştirmeyi planladık.
3.3 Uçuş Performans Parametreleri
Modelimizin son halinin ağırlığı 2400 gram olmakla beraber gereken itki kuvveti 5.88N(2.4x9.81/4) ancak kullandığımız Sunnysky x2212 980kv lık motorun 10x45 pervane ve 30a esc ile gereken itki kuvvetine ulaştığında(1150gr) motorumuzun çok zorlandığını ve sağlıklı bir uçuş gerçekleştirmeyeciğimizi tespit ettik bu yüzden motorumuzu EMAX 850kv lık 2826 motor ve 12x6 lik pervane ve 60a esc ile değiştirmeye karar verdik yaptığımız taksi ve uçuş testleri sonucunda bu motor ve pervanenin modelimiz için gerçekten ideal olduğunu tespit ettik.
Tablo-6: Sunnysky x2212 980kv Fabrika veriler
Tablo-7: Emax 2826 850kv Fabrika verileri Devir hesaplama:
Motor:850kv Araç Ağırlığı:2.4kg
Pil:4s Pervane:12x6 Max voltaj:16.8v Tam Gaz Deviri(sn): (850x16.8)/60=238 Devir/sn
Yarım Gaz Deviri(sn): (850x16.8/2)/60=119 Devir/sn Uçuş Süresi Hesabı:
A=36A(Ortalama Motor Akımı)+4A(Max Devre Elemanları Akımı) (3β/50)/A= tmax (3x4200/50)/40= 6.3dk
(3β/50)/A-2= tgüvenli (3x4200/50)/40-2= 4.3dk
β = Pilin mAh değeri A = Max akım değeri Yarışma gereksinimlerinde yaklaşık 4 dakikalık bir güvenli uçuşa ihtiyaç duyacağımızı tespit ettik. Yukarıda yaptığımız hesaplarda da 4s 4200 mAh’lik bir pilin ihtiyaçlarımızı karşılayacağına karar verdik. Bundan dolayı Emax bl2826 850kv’luk motor ile Jetfire 4s 4200 mAh’lik pili kullanmaya karar verdik.
3.4 Hava Aracı Maliyet Dağılımı
İHA’nın üretim aşamasında kullanılan malzemelerin maliyet tablosu aşağıda verilmiştir
No Parça Adı Birim
Fiyatı (TL)
Miktarı Toplam Fiyatı (TL)
1 EPP 702,50 1 702,50
2 XPS 30 3 90
3 XPS 20 3 60
4 EPS 15 1 15
5 Pul 5 1 5
6 60A ESC 324 1 324
7 Emax 850kv bl2826 fırçasız motor 200 1 200
8 Lipo pil yanmaz koruma çantası 71,20 1 71,20
9 Xt60 soket 6,81 2 13,61
10 Haoye 13x8 pervane EP 21,09 3 63,26
11 Üstteki iki satırın kargo ücreti 10,58 1 10,58
12 Rezistans Teli 33,63 1 33,63
13 Haoye 13x6.5 EP SF Pervane 1365 Hex Göbek 12,50 1 12,50
14 Haoye 13x6 Rc Pervane 31,81 1 31,81
15 Haoye 12x7 EP Rc Pervane 19,98 1 19,98
16 Yada Filament Tpu Siyah 135,17 1 135,17
17 Yada Filament Tpu Gümüş Ral 7046 135,17 1 135,17
18 Servo test cihazı ESC tester 13,47 1 13,47
19 2.5*150mm-Beyaz-15cm kablo bağı 3,39 1 3,39
20 Makaron siyah 6mm 1,44 3 4,32
21 Makaron siyah 5mm 1,27 3 3,81
22 Makaran siyah 200m-4mm Ölçülüler 0,83 3 2,80
23 Makaron siyah 3mm 0,81 3 2,42
24 Makaron siyah 2mm 0,55 3 1,65
25 Tower Pro MG90 servo 16,53 5 82,63
26 XT60 Li-Po Konnektörü 7,52 1 7,52
27 11.1V 3400mAh 40C Lipo batarya 3S Pil 324,88 1 324,88 27 Deans Plug – T Modeli Li-Po Konnektörü 7,35 1 7,35
29 6mm Delikli Kaplin – 2 Adet 10,50 1 10,50
30 Direç Rezistans teli 0,3mm çap 20 metro 29,90 1 29,90
31 Pixhawk set 2099,99 1 2099,99
32 Selsis epoksi yapıştırıcı 28gr.SIRINGA 3611 14,62 5 73,09
33 Kargo bedeli(1 üsttekinin) 14,41 1 14,41
34 FlySky FS-i6 2.4 GHz kumanda ve FS-İA6 B alıcı 597,19 1 597,19 35 FlySky FS-İA10B 2.4 GHz 10 kanal alıcı 247,98 1 247,98 36 Leopard Power 2200mAh 4S 30C Lipo Batarya 360,30 1 360,30 37 SKYRC İMAX B6 Şarj / Deşarj Denge Cihazı 383,90 1 383,90
38 Sigorta Yuvası 24,70 1 24,70
39 Selsil Epoksi Yapıştırıcı Şırınga 5 Dk 11,86 5 69,97
40 Akfıx Seffaf Sılıkon 24,95 1 24,95
41 Akfıx Tup Sılıkon 9,95 1 9,95
42 Seckin Bul-Max 4,50 1 4,50
43 Kâğıt Zımpara 1,50 2 3,50
44 Sigorta 8 2 16
45 Devre Kesici 47,40 1 47,40
46 Rezistans Teli 33,63 1 33,63
47 Jetfire 4200mah 4s lipo batarya 630 1 630
48 Einhell Dekubaj testere 250,80 1 250,80
49 Einhell sıcak hava tabancası 137,20s 1 137,20
TOPLAM 7447,50
Tablo 8. İHA malzeme maliyet tablosu
4. PROTOTİP ÜRETİM SÜRECİ
İHA’nın prototip ve son hali ile ilgili üretim ve montaj bilgileri verilerek görseller ile desteklenmiştir.
4.1 İHA İmalat ve Montaj Süreci KANAT
Öncelikle kanadımızı kendimiz rezistans teli ve ahşap kullanarak yaptığımız köpük kesme tezgahında kalıplarına göre keserek başladık. Keserken ince ahşap ile EPP
üzerinde kalıbımızı belirledik ki keserken hata payımızı azaltalım. Kanadımızın şeklini ortaya çıkardıktan sonra zımpara ile yumuşak yüzeylerini yapmaya başladık. Ardından kanadımızın Servo, Aileron, flap ve menteşe boşluklarını keserek son haline dönüştürdük.
Son olarak kanadımıza servolarını elektronik kablolarını ve pim tutucusunu yapıştırdıktan sonra kanadımız için vida (takılıp çıkarılabilir olması için yaptığımız) ve GPS yerini ayarladıktan sonra kanadımız monte edilmeye hazır hale gelmiş oldu.
GÖVDE
Yine aynı şekilde gövdeyi keserken de köpük kesme tezgâhını kullandık. Keserken EPP üzerine yapıştırdığımız ince çubuklar yardımı ile önce kalıpları belirleyerek Hata payını yine azaltmış olduk. Gövdenin genel hatları ortaya çıktıktan sonra zımpara yardımı ile aerodinamiksel yumuşatmalarını yaptık. Ardından gövdemizin hesabını yaptığımız ve prototip üzerinde test ettiğimiz ağırlık merkezine göre parça yerlerini açtık (pil, muhafaza, iniş takımları, motor bloğu, vb).ve gövdemiz montaj için hazır hale gelmiş oldu.
YATAY STABİLİZER
Köpük tezgahında tahta kalıplar ile kesimizi yaptık. Genel hatları çıkınca zımpara ile yumuşatmaları yaptık. Ardından servo, menteşe, pim tutucu ve elektronik kablolar için yer açtık. Servoyu gövdeye montajlamaya hazır hale getirdik.
DİKEY STABİLİZER
Köpük tezgahında tahta kalıplar ile kesim yaptık. Zımpara ile yumuşatmaları yaptıktan sonra gerekli yerleri (servo, pim tutucu, kablolar) açıp montaja hazır hale getirdik.
İNİŞ TAKIMI
İniş takımımızı konumlandırırken hesabını yapmış olduğumuz ağırlık merkezi hesabına göre yerleştirdik (prototip üzerinde test edildi). İniş takımımızı hafif ve sağlam olması amacı ile bir alüminyum boruyu ısıtıp form vererek ahşap ile birlikte kullanmaya karar verdik. Arka iniş takımına ek olarak bir servo ekleyerek direksiyon oluşturduk buda bize pistte daha fazla kontrol ve hareket kabiliyeti sağladı.
GÖREV MEKANİZMASI
Görev mekanizmasını 3 boyutlu çizimler yaparak 3D basım makinamızdan basım yaparak İHA gövdesinde açtığımız görev mekanizması boşluğuna monte ettik. Kapağın iç tarafına bir lastik bağlayarak kapağı sürekli içe çekmesini sağladık. Bu sayede şişemiz düştükten sonra lastiğimiz kapağı direk olarak geri kapatacak. Şişenin içeride durmasını sağlamak için ise kapağın üstüne, ucuna tel bağladığımız servoyu entegre ettik. Kozmetik olarak ise EPP köpüğün rengine uysun diye siyah sprey boya ile boyadık.
MOTOR BLOĞU
Motor bloğunu taşlama tezgâhı ile form verdiğimiz alüminyum bir kalıptan yaptık daha kolay takılıp çıkarılabilir olması ve daha rahat bir kesim olması için etrafına esc, sigorta ve devre kesiciyi konumlandırdık.
Motorumuzu, motor bloğuna 3 derece açı ile monte ettik.
İHA SON HALİ
İHA’mızın tüm parçaları montaja hazır hale geldikten sonra yapmamız gereken tek şey sırası ile monte etmek oldu.
1.Gövde iniş takımı
İniş takımını hesapladığımıza uygun bir şekilde epoksi ve pim yardımı ile monte ettik.
2.Motor bloğu
Motor bloğunu gövdemizde yerini açtığımız kısma epoksi ve silikonla monte ettik.
3.Gövde Kanat
Kanadı gövde üzerinde konumunu hesaplayıp prototip üstünde test ettik. Ağırlık merkezi üzerine kanadı yerleştirdik. Gövde üzerinde, içerisine 2 adet vida yerleştirmiş olduğumuz ahşap platform sayesinde kanadımız hem sağlam hem de portatif olarak monte edilmiş oldu.
Yatay/dikey stabilizerler Gövde
Yatay ve dikey stabilzerlerimizi kestikten sonra gövdemizde kalıplarına göre açtığımız yerlerine epoksi yardımı ile monte ettik.
Son Hali
Uçuş videosu hava şartlarında ötürü test modeliyle aynı olan EPP model ile sağlanamamıştır. Test modeli olan Xps köpük ile olan uçuş videosu olarak yüklenmiştir.
4.2 İHA Elektrik Elektronik Entegrasyon Süreci
İHA’nın elektrik elektronik mekanizasyonu ile ilgili üretim ve montaj bilgileri, görsellerle desteklenerek yazılmıştır.
•
İHA’nın elektroniksel unsurlarını monte ederken yukarıda belirttiğimiz devre şemamıza (resim-12) bağlı kaldık. Pilimizi pixhawk’ın güç modülüne bağladık. Güç modülünden Pixhawk’ı besledik. Ardından modülün eksi(-) kutbunu direk ESC’ye bağladık. Artı kutbunu(+) ise önce sigortaya ardından akım kesiciye bağladık ve sonrasında ESC’ye ulaştırdık. ESC’nin BEC kablosu ile servoları besledik. Alıcımızı (flysky İA10 B) uçuş kontrol kartımıza bağladık. GPS’i kanadın üst tarafına monte ettik. Muhafazaya getirdiğimiz kablo ile uçuş kontrol kartımıza bağladık. Telemetri modülünü hava direncine maruz kalmayacak şekilde kuyruk kısmına yerleştirmiştik gene bir kablo yardımı ile muhafaza ulaştırıp uçuş kontrol kartmıza bağladık.•
İlk olarak grubumuzdan kimseye bir zarar gelmemesi için güvenlik tedbirlerimizden hiç ayrılmadık (bölüm 1.2 de belirttiğimiz). Montaj sırasındaki önemli noktalar ise Motor bloğu açısını ayarlamak, ağırlık merkezi hesabına uymak, iniş takımı uzaklıklarını ayarlamak, uçuş kontrol kartının pusulasını kalibre etmek, uçuş kontrol kartının yazılımını güncel tutmak, kabloların temassızlığını kontrol etmek, kablo bağlantılarını makaronlar ile yapmak, görev mekanizmasını çalışıp çalışmadığını kontrol etmek, hareketli aksamları kontrol etmek.•
Kablolama kısmında lehimledikten sonra makaron ile yalıttık.•
Şasi bağlantı şekilleri•
Elektronik ile uğraşırken yalıtımlı eldiven kullandık. Montaj ve üretim kısmında gözlük kalın eldivenler ve gerektiği yerde baret kullandık. Atölyemizde her zaman sigortamız çalışır durumda. Atölyemizde ve çalıştığımız her ortamda en az 1 tane yangın tüpü bulundurduk. Atölyemizde tüm ihtiyaçlarımıza karşılayacak ecza dolabı bulundurduk. Covid önlemlerine dikkat ettik.Pillerimizi LiPo guard yanmaz çantada muhafaza ettik.
4.3 İHA Montajı ve Genel Kontroller
Bileşenler Kontrol Edilecek Ögeler Sorun ve Çözüm Motor ❖ Motor montajı ve tüm bağlantı elemanların
kontrolü Olumlu
❖ Motor ve motor konumunda kırık çatlak
kontrolü Olumlu
❖ Motorun gövdesinde hasar olup olmamasının kontrolü
Olumlu
❖ Pervane şaftının düz olup olmamasının
kontrolü İHA sol tarafa doğru çekiyordu.
Şaftımızı 3 derecelik bir sağa döndürme uyguladık
❖ Pervane bağlantısının kontrolü Olumlu
❖ Pervanenin çatlak-kırılma olup- olmamasının kontrolü
Olumlu Uçak
Gövdesi
❖ Bataryanın güvenilir bir şekilde gövdeye sabitlenip bağlantısının kontrolü
Olumlu.
❖ Alıcının bağlı olup-olmamasının kontrolü Olumlu
❖ Esc’nin güvenli bir şekilde konumlandırılıp bağlantılarının kontrol edilmesi
Esc yeterli akım değerinde olmadığı için 60A lık bir esc ile değiştirdik
❖ Servo motorlarının bağlantılarının kontrolü Olumlu
❖ Gövdenin sağlamlığının kontrol edilmesi Olumlu
❖ Sigorta konnektörlerinin emniyetli bir
şekilde bağlantısının kontrolü Olumlu
Kanat ❖ Kanatta sağlamlık kontrolü Olumlu
❖ Servo motorların dövüş kollarının rahat hareket etmesinin kontrolü
Dönüş kolları için olan yeri az kestiğimizi fark ettik ve biraz daha keserek bu sorunu düzelttik
❖ Servo motorların konumlandırıldığı yerler
güvenli ve engelsiz olmasının kontrolü Olumlu
❖ Kanat yuvasının sağlamlığı ve yuvanın etrafında çatlak ve kırık olup-olmamasının kontrolü
Olumlu
❖ Kanadın gövdeye güvenli ve sağlam bir şekilde monte edilip edilmediğinin kontrolü
Kanat pimleri için civatalarının yeterince sıkı olmadığını bu yüzden kanadımızın dengesiz olduğunu fark ettik hemen cıvataları değiştirerek durumu düzelttik
Kuyruk Kuyrukta ezilme, çatlak, kırık olup-olmadığının
kontrolü Olumlu
Servo motorların konumlandırdığı yerler güvenli ve engelsiz olmasının kontrolü
Olumlu Servo motorların dönüş kollarının rahat hareket
etmesinin kontrolü
Olumlu Kuyruk yuvasının çabuğa sabitliği, yuvanın
etrafında çatlak ve kırık olup-olmasının kontrolü Olumlu Kontrol
Yüzeyleri
Vericiyi kullanarak tüm kontrol yüzey hareketlerini kontrol etme
Alıcıya takılan görev mekanizması piminin tam olarak takılmadığını fark ettik ve düzgün bir biçimde taktık
❖ Kontrol yüzeylerinin engel olmadan serbestçe hareket etmesinin kontrolü
Olumlu
4.4 Üretim İş Zaman Çizelgesi Planlanan ve Gerçekleşen
İP No İP
Adı/Tanımı
Kimler Tarafından Yapılacağı
HAFTALAR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
1 8
1 9
2 0
2 1
2 2
2 3 24
1 Görev Analizi ve Literatür Taraması
Emre GÖÇER
2 Tasarım Boyutsal
Parametrelerinin Belirlenmesi
A. Can DURAN
3 Tasarımın Yapısal Özellikleri Tuna ŞAHİN
4 Kontrol ve Güç Sistemleri Tasarımı
Gökhan ERÇAYAN
5 Uçuş Performans Parametreleri
Tuna ŞAHİN
6 Hava Aracı Maliyet Hesaplama Zehra KOCA
7 Teknik Çizimler
M.Yiğit Duha
GÖKTAŞ
8 Proje Yönetimi Emre
GÖÇER
5. TEKNİK ÇİZİMLER
Perspektif Çizim
Üstten Görünüş
Yandan Görünüş
Elektronik Şeması
