TEKNOFEST
HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJİ FESTİVALİ
UÇAN ARABA TASARIM YARIŞMASI FİNAL TASARIM RAPORU
TAKIM ADI: G-BARS BAŞVURU ID: 49960
İçindekiler
1. DETAY TASARIM ÖZETİ ... 1
1.1. Sistem Tanımı ... 1
1.2. Sistemin Nihai Performans Özellikleri ... 2
1.3. Nihai Sistem Mimarisi ... 3
1.4. Alt Sistemler Özeti ... 4
1.4.1. Şasi ve Gövde ... 4
1.4.2. Güç Sistemi ... 4
1.4.3. Hava İtki Sistemi ... 5
1.4.4. Kara İtki Sistemi... 6
1.4.5. Haberleşme Sistemi ... 7
1.4.6. Araç Elektroniği Ve Merkezi Yönetim Sistemi ... 7
1.4.7. Otonom Araç Kontrol Sistemi ... 8
1.4.8. Kabin ... 8
1.4.9. Paraşüt Ve Taban Hava Yastığı Sistemi... 8
1.4.10. Soğutma Sistemleri ... 8
1.5. Uçuş Zarfı ... 9
1.5.1. Araç Kütle Kırınımı ... 9
1.5.2. Tahmini Pervane Boyutlandırması ... 9
1.5.3. Aracın İtki ve Güç ihtiyacı ... 10
1.5.4. Batarya Boyutlandırması ... 11
1.5.5. Tasarım Doğrulama ... 11
1.5.6. Uçuş performansı Tablosu ... 11
2. KULLANICI VE ARAÇ GÜVENLİĞİ ... 12
2.1. Güç-İtki-Tahrik Sistemlerinin Güvenilirliği ... 12
2.1.1. İtki Sistemlerinin Güvenilirliği ... 12
2.1.2. Sürücülerin Güvenilirliği ... 12
2.1.3. Batarya Güvenilirliği... 12
2.1.4. Yapısal Elemanlarının Güvenilirliği ... 12
2.2. Gürültü Azaltma ... 14
2.2.1. Yolcu Kabin İçi Gürültü Azaltma ... 14
2.2.2. Çevresel Gürültü Azaltma ... 14
2.3. Aracın Güvenlik ve Emniyeti ... 15
2.3.1. Uçuş Güvenliği ... 15
2.3.2. Siber Güvenlik ... 15
3. SENARYO VE HAVA TRAFİK YÖNETİMİ ... 17
3.1. Şehir Senaryosu Çıkarımları ... 17
3.2. Hava Trafik Yönetimi Sistemi... 19
4. TASARIM VE ÖLÇEKLENDİRİLMİŞ MODEL ... 22
4.1. Tasarım Görselleri ... 22
4.2. Ölçeklendirilmiş Model ... 26
4.2.1. Bitirilmiş Faaliyetler ... 26
4.2.2. Planlanan Faaliyetler ... 26
4.3. Simülasyon ... 26
5. KAYNAKÇA ... 27
Denklem 1 Dinamik İtki Formülü [25] ... 9
Denklem 2 Momentum Disk ve Momentum-Blade Theory [26] ... 10
Şekil 1 DORA Hava Modu ... 1
Şekil 2 DORA Kara Modu ... 2
Şekil 3 Sistem Mimarisi ... 3
Şekil 4 Araç Serbest Cisim Diyagramı ve SI Birim Sistemi ... 10
Şekil 5 DORA'nın Güç Tüketim Hesaplamaları ... 11
Şekil 6 DORA'nın Batarya Boyutlandırma Hesaplamaları ... 11
Şekil 7 DORA’nın Hava İtki Sistemi Doğrulaması ... 11
Şekil 8 DORA'nın Uçuş Performans Tablosu ... 12
Şekil 9 Şehirdeki Ortak İniş-Kalkış Alanları ... 17
Şekil 10 Örnek Rota Bilgileri ... 17
Şekil 11 DORA Araç Rutini ... 18
Şekil 12 İniş -Kalkış Alanları Kullanım Konsepti ... 19
Şekil 13 İniş - Kalkış Alanı ... 20
Şekil 14 DORA Navigasyon Ekranı ... 21
Şekil 15 DORA Şarj İstasyonları ... 22
Şekil 16 DORA Elektronik Yerleşim ... 22
Şekil 17 DORA Kara Modu Perspektif Görünüm ... 22
Şekil 18 DORA Kara Modu Yandan Görünüm ... 23
Şekil 19 DORA Kara Modu Önden Görünüm ... 23
Şekil 20 DORA Hava Modu Perspektif Görünüm ... 23
Şekil 21 DORA Hava Modu Üstten Görünüm ... 24
Şekil 22 DORA Hava Modu Yandan Görünüm ... 24
Şekil 23 DORA Hava Modu Önden Görünüm ... 24
Şekil 24 DORA Kabin Görünümü ... 25
Şekil 25 DORA Konsol Görünümü ... 25
Şekil 26 DORA Kapılarının Açık Hali ... 25
Şekil 27 Ölçekli Model Çalışmaları ... 26
Şekil 28 Simulasyon Görselleri ... 26
Tablo 1 Sistemin Nihai Performans Özellikleri ... 2
Tablo 2 Sistem Elemanları ... 3
Tablo 3 Pil Hücreleri Karşılaştırması ... 4
Tablo 4. Şarj Tipleri Karşılaştırması [6[ [7] ... 5
Tablo 5 Hava İtki Motorları Karşılaştırması [8] ... 5
Tablo 6 Hava İtki Motorları İçin Motor Sürücü Karşılaştırması [10] ... 5
Tablo 7 Kara İtki Motorları Karşılaştırması [12] ... 6
Tablo 8 Hava İtki Motorları İçin Motor Sürücü Karşılaştırması [14] ... 6
Tablo 9 DORA Kütle Kırınımı ... 9
Tablo 10 Tahmini Pervane Boyutlandırması ... 10
Tablo 11 Güç-İtki-Tahrik Sistemlerinin Arıza Tablosu ... 13
Tablo 12 Yolcu Kabin İçi Gürültü Azaltma ... 14
Tablo 13 Çevresel Gürültü Azaltma ... 14
Tablo 14 Aracın Güvenlik ve Emniyeti Arıza Tablosu ... 17
1. DETAY TASARIM ÖZETİ
1.1. Sistem Tanımı
Şehir içi ulaşım sistemi içerisinde yeni bir alternatif olarak tasarlanan DORA, hava ve kara yolcu taşımacılığı yapan tam otonom elektrikli uçan araba tasarımıdır. DORA’nın temel tasar- lanma amacı trafiğin çok olduğu yerlerde hava yolunu kullanarak yolcu taşımacılığında har- canan süreyi en aza indirmektir. DORA 2 kişiliktir ve 50 kg bagaj kapasitesine sahiptir. Top- lamda 200 kg faydalı yük taşıma kapasitesine sahip olan aracın boş kütlesi 1050 kg, maksimum kalkış ağırlığı 1250 kg’dır. Aracın uçuş ve kara olarak iki modu bulunacaktır ve tam otonom sürüş gerçekleştirecektir. Araç uçuş modunda şehir içi ulaşım yapacağı için sabit kanata göre manevra yeteneği daha fazla olan, dar alanlarda iniş-kalkış yapabilen döner kanatlı 4x2 koaksiyel (her bir motor kolunda 2 adet ters dönüşlü pervane) yapıda tasarlanmıştır.
Şekil 1 DORA Hava Modu
4x2 Koaksiyel yapısı 4 motor kolunda toplam 8 adet REB90 model MGM Compro 70 kW BLDC motorlardan ve 2 bıçaklı pervanelerden oluşmaktadır Araç uçuş mo- dunda 5210x4560x1700mm (en, boy, yükseklik) boyutlarında olacaktır. Kara modunda aracın motor kolları katlanacaktır ve pervaneler bir hazneye kapatılacaktır. Bu sayede araç kara mo- dunda 1830x4560x1700mm (en, boy, yükseklik) boyutlarında olacaktır. Bu boyutlara bakıldığında DORA karayollarında standart bir C sınıfı otomobil fiziksel özelliklerinde olacak- tır [1]. Araç, karada 3 tekerlek üzerinde hareket edecektir ve bu tekerleklerin hepsinin içinde RET 60 model MGM Compro 25kW BLDC HUB motor bulunacaktır. Aracın 3 tekerlekli (önde 2 arkada 1) yapısı sayesinde, kara sürüşünde pervanelerin saklanması kolaylaşmıştır.
Tekerleklerin içinde bulunan HUB motorlar sayesinde güç aktarma organlarının ağırlığından tasarruf edilecektir. Araca özel tasarlanan, değişken basınçlı hidrolik aktif süspansiyon sistemi, araç iniş yaparken ve kara taşımacılığı esnasında farklı sıkıştırma oranları sağlayacaktır. Bu sayede aracın tekerlekleri iniş takımı olarak kullanılabilecektir.
Şekil 2 DORA Kara Modu
Aracın karadaki seyahatinde 2 çeşit fren sistemi bulunmaktadır. Bunlardan ilki önemli ölçüde enerji tasarrufu yapmayı sağlayan rejeneratif fren sistemidir. İkinci sistem ise aracın ani ya- vaşlamalarda devreye girecek olan ABS destekli disk fren sistemidir. Aracın yönlendirme sis- temleri ve motor kollarının hareketleri servo motorlar ile sağlanacaktır.
Aracın hava modundaki maksimum menzili 60 km (30 dk), karadaki maksimum menzili 400km (180 dk), aracın havadaki maksimum hızı 140 km/s, karadaki maksimum hızı 180 km/s’dir.
DORA tam şarj ile 30 km uçuş ardından 200 km kara yolculuğu gerçekleştirebilmektedir.
Araçta iki çeşit şarj sistemi mevcuttur. Araç kablosuz şarj ile 12 saatte, kablolu şarj ile 2.6 saatte, kablolu hızlı sarj ile 1.1 saatte şarj olacaktır. Araçta 130 kWh (325 Ah 400 V) kapasiteye sahip, Li-Ion hücrelerden oluşan batarya bulunacaktır.
DORA’nın uçuş modundaki boyutları düşünüldüğünde ve iniş-kalkışın güvenli gerçekleşmesi için şehrin belirli bölgelerinde iniş-kalkış alanları belirlenecektir. DORA bu bölgeler dışında kendini uçuş moduna almayacaktır. DORA ve tüm uçan araçlar şehirdeki kontrol merkezine bağlı olacaklardır.
1.2.Sistemin Nihai Performans Özellikleri
Tablo 1 Sistemin Nihai Performans Özellikleri ÖZELLİK
YAKIT TİPİ SÜRÜŞ ÖZELLİĞİ ARACIN BOŞ KÜTLESİ YOLCU KAPASİTESİ BATARYA
ŞARJ SÜRESİ GÖVDE-ŞASİ
KARA MODU HAVA MODU
ARAÇ BOYUTLARI 1830x4560x1700mm 5210x4560x1700mm
YAPI 3 Tekerlekli (Önde 2 Arkada 1) 4x2 Koaksiyel Döner Kanat Yapısı İTKİ MOTORLARI 3 x MGM Compro RET60(25 KW) (BLDC) 8 x MGM Compro REB90(70 KW) (BLDC)
İTKİ ELEMANI
TEKERLER Öndeki Lastikler 205/55 R16 Ölçülerinde
Arkadaki Lastik ise 255/70 R16 Ölçülerinde
PERVANE 68 inc Çap, 28 inc Hatve,
Maksimum RPM 3000, Karbonfiber
AZAMİ HIZ 180 km/saat 140 km/saat
MENZİL 400 km 60 km
Alüminyum ve Karbonfiber Karışımı SİSTEMİN NİHAİ PERFORMANS ÖZELLİKLERİ
Kablosuz şarj ile 12 saat, Kablolu şarj ile 2.6 saat, Yüksek hızlı kablolu şarj ile 1 saat Araç tamamen elektrik ile çalışacaktır.
Araç, hava ve kara modunda tamamen otonom sürüş gerçekleştirecektir.
2 Kişi + Bagaj (Toplam 200 Kilogram) 1050 Kilogram
130 kWh
1.3. Nihai Sistem Mimarisi
Şekil 3 Sistem Mimarisi
Tablo 2 Sistem Elemanları
Elektronik sistemler kendi aralarında I2C ve SPI protokolünü kullanarak haberleşeceklerdir [2] [3].
SİSTEM ÖZELLİK MARKA MODEL
BATARYA(1) 130 kWh LG 21700
BATARYA YÖNETİM SİSTEMİ (2) Orion BMS Orion BMS Orijinal
MOTOR SÜRÜCÜ (3) 33 kW MGM Compro HBC280120-3
KARA İTKİ MOTORU (4) 25 kW MGM Compro RET 60
KARA YÖNLENDİRME SİSTEMİ MOTORU(5) 20 Nm TORK
HABERLEŞME SİSTEMLERİ (6) V2X Modülü ALPSALPINE UMPZ
KANAT KATLANMA MEKANİZMASI MOTORU (7) 35 Nm TORK
MOTOR SÜRÜCÜ (8) 1000 kW MGM Compro HBC400400-3
HAVA İTKİ MOTORU (9) 70 kW MGM Compro REB 90
ARAÇ ŞARJ SİSTEMLERİ (10)
Kablolu Orta Güçte Şarj İstasyonu (10) 50 kW/H ZORLU ENERJİ ZES
Kablolu Yüksek Güçte Şarj İstasyonu (10) 120 kW/H TESLA V2 Tesla Supercharger
Kablosuz Şarj İstasyonu (10) 11 kW/H BMW SAE J2954 Standartı
Frenli Servo Motor 5.50 kW - SG-AS75BF Frenli Servo Motor 3.00 kW - SG-AS50BF
1.4. Alt Sistemler Özeti
1.4.1. Şasi ve Gövde
Aracın şasisi ve gövdesi ağırlıklı olarak karbon fiberden üretilecektir. Karbon fiber, çelik gibi diğer geleneksel malzemelerden daha güçlü ve çelikten %70 daha hafiftir. Karbon fiber, gerilme testin de çelikten 4 kat, alüminyumdan 8 kat daha dayanıklıdır [4]. Karbon fiberden üretilmesi mümkün olmayan parçalar ise alüminyumdan üretilecektir. Şasi kafes sisteminde karbon fiber çubuklardan oluşacaktır. Dış kaplama ise otoklav-vakum infüzyon metodu ile kar- bon fiber elyaj - epoksi karışımı kabuktan oluşacaktır. Menteşe gibi elemanlar üretim zorluğu sebebiyle alüminyumdan üretilecektir.
1.4.2. Güç Sistemi 1.4.2.1. Batarya
Mevcut şarj edilebilir pilleri incelediğimizde iyi performansları sebebiyle lityum-iyon pillerin tercih edilebilir olduğu görülmektedir. Bundan dolayı araçta hızlı şarj edilebilen ve verimli li- ion pillerin kullanımı uygun görülmüştür. Farklı modeller için araştırma yapılmış ve sonuçlar aşağıdaki tabloda verilmiştir.
MODEL mAh VOLTAJ BİRİM AĞIRLIK (gr) ADET TOPLAM AĞIRLIK
(kg)
18350 850 3.7 36.3 38235 1387.9
18650 2500 3.7 48.5 13000 630.5
21700 3700 3.7 65 8780 570
20700 3100 3.7 55 11354 624
21700 5000 3.7 60 6500 390
26650 5000 3.7 82 6500 533
Tablo 3 Pil Hücreleri Karşılaştırması
Pil modelleri ayrıntılı şekilde incelenerek ağırlık ve kapasite bakımından en iyi tercihin LG marka 21700 model kodlu 3.7 V ve 5000 mAh 7.3 A sürekli deşarj pili olduğu kararı verilmiştir.
100 adet seri ve 65 adet paralel hücreden oluşan bataryamızın toplam ağırlığı yaklaşık 390 kg’dir. Toplamda 130 kW olup araca 30 dakika uçuş süresi sağlamaktadır. Seri-paralel hücre hesaplamaları ve batarya ile alakalı diğer hesaplamalar uçuş zarfı bölümünde ayrıntılı olarak verilmiştir.
1.4.2.2.Batarya Yönetim Sistemi
Batarya yönetim sistemi bataryanın kontrolünü sağlayarak aşırı ısınma, fazla akım çekilmesi ve dengesiz yük gibi olumsuzlukların önlenmesini sağlayan sistemdir. Hücrelerin gerilim de- netimleri BMS tarafından yapılacaktır. Bu hem sistemin düzgün çalışmasını sağlayacak hem de batarya ömrünü uzatacaktır. Gerekli araştırmalar yapılarak araç için en uygun batarya yöne- tim sisteminin Orion marka BMS sistemi olduğu kararı verilmiştir. Orion marka BMS için arayüz görseli aşağıda verilmiştir. Bu arayüz ile her bir hücre için bilgiler görülmekte ve müdahale edilebilmektedir [5].
1.4.2.3. Şarj Sistemi
Araç kablolu ve kablosuz şarj istasyonlarda şarj edilebilmektedir. Otonom sürüş sayesinde araç, insan gücüne ihtiyaç duymadan kendini kablosuz şarj istasyonlarında şarj edebilecektir.
Tablo 4. Şarj Tipleri Karşılaştırması [6[ [7]
1.4.3. Hava İtki Sistemi 1.4.3.1.Hava İtki Motoru
Gereksinim: Motor; ihtiyaç duyulan gücü, torku ve rpm değerlerini sağlayabilmelidir.
Tablo 5 Hava İtki Motorları Karşılaştırması [8]
1.5.Uçuş Zarfı başlığında hesaplanan değerlere göre hava itki motoru olarak REB 90 motoru seçilmiştir [9].
1.4.3.2.Hava İtki Motor Sürücüsü
Gereksinim: Motor sürücüsü motorun ihtiyaç duyduğu gücü, akımı ve voltajı sağlayabilmeli- dir.
Tablo 6 Hava İtki Motorları İçin Motor Sürücü Karşılaştırması [10]
Hava itki motorunun değerleri baz alındığında HBC400400 motor sürücüsü seçilmiştir [11].
1.4.3.3.Motor Kolu Katlanma Mekanizması
Motor kolu katlanma mekanizması 2 ana parçadan oluşmaktadır. İlki motorların bağlandığı motor koludur. Motor kolu yüksek dayanımlı karbonfiber malzemeden kafes sistemi geometri-
MARKA/MODEL-STANDART ŞARJ TİPİ GÜÇ (kW) VOLT (V) AKIM (A) ŞARJ SÜRESİ
BMW / SAE J2954 KABLOSUZ 11 - - 12 Saat
ZORLU / ZES KABLOLU NORMAL HIZDA 50 400 125 2.6 Saat
TESLA V2 SUPERCHARGER KABLOLU YÜKSEK HIZDA 120 400 300 1.1 Saat
MOTOR GÜÇ(kW) VOLT(V) MAKS. RPM TORK (Nm)
REG 60 12 63–400 12 000 35
RET30 12 63–400 8000 35
RET 60 25 63–800 8000 100
REX 30 17 63–400 6000 70
REB 50 40 400–800 4000 200
REB 90 70 400–800 4000 300
MİNİMUM İSTER 55 - 3000 304
MGM COMPRO
MOTOR SÜRÜCÜ GÜÇ (kw) VOLT (V) AKIM (A)
HBC 18063 11 63 180
HBC 100120 12 120 100
HBC 25063 15 63 250
HBC 140120 16 120 140
HBC 50063 31 63 500
HBC 280120 33 120 280
HBC 400400 100 400 400
MİNİMUM İSTER 70 400 180
MGM COMPRO
sinde tasarlanmıştır. Dış kısmı ise kaplanarak motor kabloları ve sıvı soğutma boruları gizlen- miştir. İkinci parça hareketi sağlayan servo motorlardır. Servo motor 35 Nm torka ve 5.5 kW güce sahiptir. Servo motorun frenli olması ve kolların açıldığında kilit mekanizmasıyla kilit- lenmesi sayesinde hava modunda kollar sabit şekilde kalabilecektir.
1.4.4. Kara İtki Sistemi 1.4.4.1.Kara İtki Motoru
Gereksinim: Motor; ihtiyaç duyulan gücü ve torku sağlayabilmelidir.
Kara sürüşünde 1250 kilogramlık bir aracın ortalama 100 beygir (75 kW) güçte, 200 Nm tork değerinde olması sürüş performansını yeterli kılacaktır. Bu da motor başına 25 kW güç, 65 Nm tork demektir.
Tablo 7 Kara İtki Motorları Karşılaştırması [12]
Hesaplanan değerlere göre kara itki motoru olarak RET 60 motoru seçilmiştir [13].
1.4.4.2.Kara İtki Motor Sürücüsü
Gereksinim: Motor sürücüsü motorun ihtiyaç duyduğu gücü, akımı ve voltajı sağlayabilmeli- dir.
Tablo 8 Hava İtki Motorları İçin Motor Sürücü Karşılaştırması [14]
Kara itki motorunun değerleri baz alındığında HBC280120 motor sürücüsü seçilmiştir [15].
MOTOR GÜÇ(kW) VOLT(V) MAKS. RPM TORK (Nm)
REG 60 12 63–400 12 000 35
RET30 12 63–400 8000 35
RET 60 25 63–800 8000 100
REX 30 17 63–400 6000 70
REB 50 40 400–800 4000 200
REB 90 70 400–800 4000 300
MİNİMUM İSTER 25 - - 65
MGM COMPRO
MOTOR SÜRÜCÜ GÜÇ (kw) VOLT (V) AKIM (A)
HBC 18063 11 63 180
HBC 100120 12 120 100
HBC 25063 15 63 250
HBC 140120 16 120 140
HBC 50063 31 63 500
HBC 280120 33 120 280
HBC 400400 100 400 400
MİNİMUM İSTER 25 100 250
MGM COMPRO
1.4.4.3.İniş Takımı ve Tekerler
Tekerler aynı zamanda iniş takımının parçaları da olacağı için yüksek kuvvetlere dayanabilecek şekilde tasarlanmıştır. Buna bağlı olarak tekerlerin çapları ve taban genişlikleri büyük seçilmiş- tir. Ayrıca arka tarafta tek teker olduğu için arka taraftaki tekerin genişliği ön taraftaki tekerler- den daha büyük olacaktır. İniş esnasında araç ilk önce ön tekerleri üzerine inecektir.
1.4.4.4.İniş Takımı ve Süspansiyon Sistemi
Süspansiyon sistemi, araç tekerleri üzerine iniş yapacağı için iniş esnasındaki yüksek kuvvetleri sönümleyebilirken, kara sürüşü esnasında da konforlu sürüş sağlayabilecektir. Bu isterler de- ğişken basınçlı hidrolik aktif süspansiyon sistemi sayesinde karşılanacaktır. Aracın viraj alırken devrilmemesi için arka tekerin süspansiyon sistemi çift kollu yapıda tasarlanmıştır. Dönüşlerde kol basınçları değiştirilerek tekerin zemine teması maksimumda tutulacaktır.
1.4.4.5.Fren Sistemi
Araçta iki çeşit fren sistemi yer almaktadır. Ani duruşlarda ABS disk fren sistemi kullanılırken, yavaşlamalarda rejeneratif fren sistemi kullanılacaktır. ABS fren sistemi sayesinde araç ani durmalarda aynı zamanda manevra yeteneğine de sahip olacaktır. Rejeneratif fren sistemi sa- yesinde ise önemli ölçüde enerji tasarrufu yapılacaktır. Geri kazanım oranının günümüzde aktif olarak kullanılan araçlarda %8 - %15 arasında olduğu gözlenmiştir [16]. Bu da kara sürüşün- deki menzili en az 30 km artıracaktır.
1.4.4.6.Kara Yönlendirme Sistemi
Aracın kara yönlendirme sistemi frenli servo motorlardan oluşmaktadır. Bu redüktörlü dc mo- torlar sayesinde birçok aktarma elemanından tasarruf edilmiştir. Servo motorların frenli olması sayesinde maruz kalınan kuvvetlerde titreşim veya dönüş açısı kaybı yaşanmayacak- tır. Servo motorlar 20 Nm torka ve 3 kW güce sahiptir [17].
1.4.5. Haberleşme Sistemi
Araç kontrol merkezi ile Alpsalpine marka DSRC modülü kullanarak IEEE802.11p protokolü üzerinden V2X haberleşmesi yapacaktır. Bu modül I2C haberleşmesi yapmaktadır. Yakın- daki diğer araçlar ile V2V yöntemi ile haberleşme sağlanacaktır. Araçların birbirleri ve merkez ile haberleşmeleri sırasında aktarılan veriler şifrelenerek aktarılarak güvenlik problemlerinin önüne geçilecektir.
Haberleşme sisteminde yaşanabilecek olumsuzluklar düşünülerek araca yedek haberleşme sis- temi eklenmiştir. Yedek haberleşme sistemi otomatik olarak devreye girerek kesintisiz bir ha- berleşme sağlamaktadır. Bu sayede aracın kaybolması ve haberleşmenin kesilmesi gibi durum- lar en aza indirilmiştir.
1.4.6. Araç Elektroniği Ve Merkezi Yönetim Sistemi
Aracın tek merkezden yönetilmesi için merkezi bir araç yönetim kartı ve yazılımına ihtiyaç duyulmaktadır. Nihai sistem mimarisi bölümünden de ayrıntılı olarak görüleceği gibi sistemin en ortasında merkezi kontrol kartı yani araç yönetim kartı bulunmaktadır. Araç ile ilgili bütün kararlar bu yönetim kartından verilmektedir. Aracın elektronik sistemleri bu merkezden kontrol
edilerek sürüş gerçekleştirilmektedir. Ayrıca yönetim kartında ve yazılımında oluşabilecek her- hangi bir arıza senaryosunda yaşanabilecek olumsuz olayların önüne geçilebilmek için yedek yönetim kartı da sisteme eklenmiştir.
1.4.7. Otonom Araç Kontrol Sistemi
Araç karada seyir yaparken otonom olarak hareket edebilmesi için otonom sürüş sistemine ve algoritmasına gerek duymaktadır. Tam otonomluğu sağlamak için sisteme uçuş kontrol kartı, otonom uçuş kartı, kara otonom sürüş kartı, seyrüsefer sistemi ve gerekli sensörler araca eklen- miştir. Tüm bunların yanına gelişmiş algoritmaya sahip otonom sürüş yazılımı da sürüş kartla- rına eklenmiştir. Bu yazılım sayesinde araç görüntü işleme yaparak çevresindeki nesneleri ta- nıyacaktır.
Yapılan araştırmalar sonunda görüntü işleme metodu olarak Faster R-CNN seçilmiştir [18]. Faster R-CNN metodu hem hızından gem de yüksek doğruluk oranından dolayı çok yay- gın olarak kullanılan metottur. Sistemin doğruluğunu arttırmak için yapay zeka algoritması sü- rekli olarak eğitilecektir. Görüntü işleme yapılırken kısa mesafede ultrasonik sensörler, uzun mesafede radar ve tüm mesafelerde lidar sensörleri kullanılacaktır. DSRC modülü ile çevredeki araçlarla haberleşip olası çarpışmaların engellenmesi amaçlanmıştır [19].
1.4.8. Kabin
Aracın kabini, yolcuların güvenli ve konforlu şekilde yolculuk etmeleri dikkate alınarak tasar- lanmıştır. Ses konforu için kabin ses yalıtımı yapılmıştır. Yolcuların hava ve ısı konforunu sağ- lamak için araçta iklimlendirme sistemi bulunacaktır. Hava kirliliğinin yüksek olduğu yerlerde filtre sistemi devreye girerek kabin içi hava kalitesinin düşmesini engelleyecektir. Yolcuların karşısında dokunmatik bir konsol yer alacaktır ve gidilmek istenen hedef bu ekrandan belirle- necektir. Koltuklar uçuş açısına göre açısını değiştirerek yolcuların en ergonomik şekilde otur- masını sağlayacaktır. Kabin camları, kırılmalarda yolculara zarar vermeyen ve ses yalıtımı sağ- layan lamine camlardan iki katlı olarak üretilecektir [21] .
1.4.9. Paraşüt Ve Taban Hava Yastığı Sistemi
Alınan mekanik ve elektronik önlemlerin yetersiz kaldığı durumda aracın tavanında yer alan paraşüt ve tabanında yer alan hava yastığı sistemi açılır. Bu sayede yere iniş yumuşatılır. Para- şüt sistemi ve taban hava yastığı yedek bataryaya da bağlı olacaktır ve kabinde yer alan bir düğme ile yolcular tarafından da aktifleştirilebileceklerdir [22] [23].
1.4.10. Soğutma Sistemleri
Aracın hava itki motorları, motor sürücüleri ve kontrol kartları sıvı soğutma sistemi ile soğutu- lurken; kara motorları hava soğutma sistemi ile soğutulacaktır. Aracın ön kısmına açılan hava kanalları ve kanallara bağlanan sıvı soğutma radyatörü gerekli soğutmayı gerçekleştirecektir.
Sıvı soğutma için etandiol (antifiriz) sıvısı kullanılcaktır [24] .
1.5.Uçuş Zarfı
1.5.1. Araç Kütle Kırınımı
Tablo 9 DORA Kütle Kırınımı
1.5.2. Tahmini Pervane Boyutlandırması
Aracın itki ve güç hesaplamalarına geçmeden pervane çapı, hatvesi ve RPM değerleri için Denklem 1 kullanılarak bir yaklaşım yapılmıştır. Araç ağırlığının %160’ını taşıyacak şekilde hesaplama yapıldığında rotor başına düşen itki miktarı 240 kg’dır. Buna göre yapılan denemeler sonucunda Tablo 10’daki değerlere ulaşılmıştır.
Denklem 1 Dinamik İtki Formülü [25]
SİSTEM ADET KÜTLE(Kg) TOPLAM KÜTLE(Kg)
1. GÖVDE 1 175 175
1.1. ŞASE 1 100 100
1.2. KOMPOZİT KAPLAMA 1 75 75
2. KABİN 1 58 58
2.1. KAPILAR 2 8 16
2.2. KOLTUKLAR 2 8 16
2.3. KONSOL 1 4 4
2.4. İKLİMLENDİRME 1 6 6
2.5. CAM 1 8 8
2.6. KABİN SES VE ISI YALITIMI 1 8 8
3. MOTOR KOLU KATLANMA MEKANİZMASI 1 56 56
3.1 MOTOR KOLU 4 10 40
3.2 SERVO MOTOR 4 4 16
4. HAVA İTKİ SİSTEMİ 1 149 149
4.1. HAVA İTKİ MOTORU 8 12 96
4.2. PERVANE 8 6 48
4.3. HAVA İTKİ MOTOR SÜRÜCÜ (YEDEKLİ) 10 0,5 5
5. KARA İTKİ SİSTEMİ 1 92,1 92,1
5.1. KARA İTKİ MOTORU 3 7,2 21,6
5.2. TEKER 3 8 24
5.3. SÜSPANSİYON SİSTEMİ 3 10 30
5.4. KARA YÖNLENDİRME SİSTEMİ 1 15 15
5.5. KARA MOTOR SÜRÜCÜ 3 0,5 1,5
6. ELEKTRONİK SİSTEM 1 18 18
6.1. KONTROL KARTLARI - 10 10
6.2. SENSÖRLER - 4 4
6.3. HABERLEŞME KARTLARI - 2 2
6.4. SEYRÜSSEFER KARTLARI - 2 2
7. GÜÇ SİSTEMİ 1 437 437
7.1. BATARYA 1 400 400
7.2. YEDEK BATARYA 1 25 25
7.3. BATARYA YÖNETİM SİSTEMİ 1 6 6
7.4. ŞARJ ÜNİTESİ 1 6 6
8. DİĞER 1 60 60
8.1. ARAÇ PARAŞÜTÜ VE TABAN HAVA YASTIĞI SİSTEMİ 1 50 50
8.2. MOTOR VE SÜRÜCÜ SOĞUTMA SİSTEMLERİ - 10 10
9. YOLCU VE BAGAJ (2 KİŞİ + 50 KG BAGAJ) 1 200 200
TOPLAM - - 1245,1
Tablo 10 Tahmini Pervane Boyutlandırması
1.5.3. Aracın İtki ve Güç ihtiyacı
Şekil 4 Araç Serbest Cisim Diyagramı ve SI Birim Sistemi
Denklem 2 Momentum Disk ve Momentum-Blade Theory [26]
İtki (kg) Pervane Çapı(inc) Hatve(inc) RPM (devir/dk)
231 68 28 3000
Şekil 5 DORA'nın Güç Tüketim Hesaplamaları
1.5.4. Batarya Boyutlandırması
Şekil 6 DORA'nın Batarya Boyutlandırma Hesaplamaları
1.5.5. Tasarım Doğrulama
Şekil 7 DORA’nın Hava İtki Sistemi Doğrulaması
Pervane için 1.5.2. başlığındaki bulunan tahmini değerlerin, yapılan hesaplamalar sonucunda tutarlı olduğu gözlenmiştir.
1.5.6. Uçuş performansı Tablosu
DORA kuvvetli rüzgar limitlerine kadar uçuş yapabilecektir. Daha şiddetli rüzgarlar aracın kontrolünü zorlaştıracağı için yolcuların ve şehirdeki insanların zarar görmesine neden olabile- cektir.
GÜÇ(kW) TORK (Nm) AKIM(A) VOLTAJ(V) RPM(devir/dk)
MOTOR VERİSİ SINIRI 70 300 200 800 4000
ESC VERİSİ SINIRI 100 - 400 800 -
HESAPLANAN VERİ
(MAKSİMUM) 59.3 304 148,25 400 3000
UYUMLULUK UYUMLU
MOTOR YAPISI SAĞLAMLAŞTIRILARAK KÜÇÜK
FARK GİDERİLEBİLİR.
UYUMLU UYUMLU UYUMLU
Şekil 8 DORA'nın Uçuş Performans Tablosu
2. KULLANICI VE ARAÇ GÜVENLİĞİ
2.1.Güç-İtki-Tahrik Sistemlerinin Güvenilirliği 2.1.1. İtki Sistemlerinin Güvenilirliği
DORA, 4x2 koaksiyel motor düzeni sayesinde motorlardan herhangi birinde oluşabilecek arıza durumunda diğer motorlar ile güvenli bir şekilde uçuşuna devam edebilecektir. Araç kara kul- lanımında iken, motor kollarının katlanarak bir hazneye alınması motorların ve pervanelerin kullanım sürelerini uzatmış, aracın kara modundaki boyutlarını küçültmüştür. Bu sayede uçuş esnasında güvenlik açısından en kritik öneme sahip olan motorlar ve pervaneler karada olası bir olumsuzluktan korunarak uçuş güvenliği arttırılmıştır. Rpm sınırlaması ile motorların aşırı ısınması önlenecektir. Aracın ön tarafına açılan hava kanalları ile kara motorları soğutulurken hava itki motorları sıvı soğutma sistemleriyle soğutulacaktır.
2.1.2. Sürücülerin Güvenilirliği
Motorlar, motor sürücüler ve tüm elektronik sistemler akım değerleri dikkate alınarak ve gü- venlik payı bırakılarak tasarlanmıştır. Bu sayede yetersiz güç, fazla akım çekme, aşırı ısınma ve yanma gibi olası durumların önüne geçilmiştir. Sıvı soğutma sistemi sayesinde sürücülerin soğutulması sağlanacaktır. Ayrıca araçta hava itki motorları için ekstra 2 adet sürücü yedekte bulunacaktır.
2.1.3. Batarya Güvenilirliği
Araçta bulunan batarya sistemi gruplara bölünerek farklı batarya paketleri elde edilmiştir. Bu batarya paketlerinde oluşabilecek olası bir arıza durumunda batarya yönetim sistemi üzerinden ilgili batarya paketinin akımı otomatik olarak kesilecektir. Bu sayede bataryada oluşan arıza büyümeden diğer batarya paketleri ile aracın en yakın acil iniş noktasına inişi sağlanacaktır. Ba- tarya yanmaz bir kılıf ile kaplanacaktır ve yanmayı engellemek için aşırı ısınma durumlarında batarya haznesi oksijenden arındırılacaktır. Araçta bir adet yedek batarya bulunacaktır ve gü- venlik sistemleri kısa bir süre bu batarya ile çalışabilecektir.
2.1.4. Yapısal Elemanlarının Güvenilirliği
Aracın pervaneleri ve motor kolları karbon fiber malzemeden seçilerek, dayanımı arttırılmış, yüksek devirlerde ve yüksek sıcaklıklarda görev yapacak şekilde tasarlanmıştır. Kullanılan kar- bon fiber malzeme sayesinde pervanelerdeki sarsıntı en aza indirilerek motorların daha stabil
DURGUN HAVA (1,8 km/s)
HAFİF RÜZGAR 11,8 km/s)
ORTA DERECELİ RÜZGAR (26,64 km/s)
KUVVETLİ RÜZGAR (44,64 km/s) Asgari İrtifa
Azami İrtifa
Maksimum Şehir Mesafesi Maksimum 2 Durak Arası Mesafe
MAksimum Seyir Hızı 140 km/s 130 km/s 115 km/s 100 km/s
Normal Seyir Hızı 125 km/s 115 km/s 100 km/s 85 km/s
Menzil 60 km 50 km 40 km 30 km
Havada Kalma Süresi 30 dakika 27 dakika 24 dakika 20 dakika
85 kilometre 55 kilometre
Şehirdeki en yüksek binalar ve asgari emniyet irtifası kurallarına göre 1200 m Aracın yapısal özelliklerine göre 2000 metre.
çalışması ve daha uzun ömürlü olması sağlanmıştır. Ayrıca motor kolları özel profil yapısı ka- natların yapısal güvenliği arttırılmıştır. Aracın boyutlandırması kanatların dönme eksenindeki güvenliği düşünülerek yapılmıştır. Pervaneler titreşim payı bırakılarak hiçbir nesneye çarpma- yacak şekilde konumlandırılmıştır.
Tablo 11 Güç-İtki-Tahrik Sistemlerinin Arıza Tablosu
SİSTEM ELEMANI
BAKIM PERİYODU
ORT.
ÖMÜR ÖNLEM ARIZA TİPİ ÖNEM
SEVİYESİ UÇUŞ İZNİ KARA SÜRÜŞÜNE
İZİN YEDEK SİSTEM MOTORUN
PERFORMANSININ DÜŞMESİ VEYA
DURMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
MOTORDAN SES- KOKU GELMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
MOTOR SARGILARINDA MEYDANA GELEN
HASAR
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
PERVANELER 6 AY 10 YIL
PERVANELERİN KATLANARAK BİR HAZNE İÇERİSİNE ALINMASI PERVANELERİN YAPISAL HASAR GÖRMESİNİ ENGELLEMİŞTİR.
PERVANELERDE YAPISAL HASAR GÖRÜLMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR YOK
SİSTEMDE SIVI KAÇAĞI OLMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
MOTORLARIN FAZLA ISINMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
KOLLARIN HASAR GÖRMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
SERVO MOTOR ARIZASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
SİSTEM ÇALIŞIRKEN SES GELMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
BATARYANIN ARIZALANMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
BATARYA YÖNETİM SİSTEMİNİN DÜZGÜN
ÇALIŞMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
MOTORUN PERFORMANSININ
DÜŞMESİ VEYA DURMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
MOTORDAN SES- KOKU GELMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
FREN SİSTEMİNİN ZAYIFLAMASI- ÇALIŞMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
FRENLERDEN SES GELMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
TEKER 6 AY 2 YIL
TEKERLERE YERLEŞTİRİLEN BASINÇ SENSÖRÜ ÜZERERİNDEN
KONTROL SAĞLANARAK UYARI SİSTEMİ GELİŞTİRİLMİŞTİR.
ARACA HARİCİ YEDEK TEKERLEK EKLENMİŞTİR.
TEKERLERİN BASINCININ
AZALMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
YEDEK TEKERLEK ARACIN ÜZERİNE
EKLENMİŞTİR.
KONTROL KARTLARININ ÇALIŞMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
SİSTEME SIVI TEMASI ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
20 YIL
4X2 KOAKSİYEL MOTOR DÜZENİ SAYESİNDE MOTORLARDAN
HERHANGİ BİRİNDE OLUŞABİLECEK ARIZA DURUMUNDA DİĞER MOTORLAR
İLE GÜVENLİ BİR ŞEKİLDE UÇUŞUNA DEVAM EDEBİLECEKTİR. SOĞUTMA SİSTEMİ VE SICAKLIK SENSÖRÜ
SAYESİNDE MOTORUN SICAKLIĞI SÜREKLİ KONTROL
ALTINDA TUTULACAKTIR.
3 AY HAVA İTKİ
MOTORLARI
HAVA İTKİ MOTORLARININ
SOĞUTMA SİSTEMLERİ
20 YIL
RPM SINIRLAMASI İLE MOTORLARIN AŞIRI ISINMASI
ÖNLENEREK SOĞUTMA SİSTEMLERİNİN DAHA AZ DEVREYE GİRMESİ SAĞLANMIŞ
VE SENSÖRLER İLE SICAKLIK UYARI SİSTEMİ ARACA
EKLENMİŞTİR.
3 AY
MOTOR KOLLARI
MEKANİZMASI 6 AY 10 YIL
KOLLARIN KARBONFİBER GİBİ DAYANIKLI BİR MALZEMEDEN ŞEÇİLEREK DAYANIKLILIĞI
ARTTIRILMIŞTIR.
BU SİSTEMDE OLUŞACAK HATALARI BİLDİREN BİR SİSTEM
EKLENMİŞTİR. OLASI BİR ARIZADA GÜÇ KESİLMELİDİR.
YEDEK BARYA SİSTEMİ DE EKLENMİŞTİR. AŞIRI DURUMUNDA BATARYANIN OLDUĞU BÖLÜMDEKİ OKSİJEN
BOŞALTILARAK OLASI YANGINLARIN ÖNÜNE GEÇİLMİŞTİR. AYRICA GÜÇ GRUBU SİSTEMİ YANMAZ KILIF
İLE KAPLANACAKTIR.
10 YIL GÜÇ GRUBU 6 AY
SİSTEMİ
MOTOR SÜRÜCÜLERİNİN
GÜVENİLİRLİĞİ
6 AY 20 YIL
SIVI DAYANIKLILIĞI İÇİN ELEKTRONİK SİSTEME KAPLAMA
YAPILMIŞTIR.ANA KARTLARIN YEDEKLERİ SİSTEME
EKLENMİŞTİR.
OLASI BİR PROBLEME KARŞI MOTOR KORUMALARI EKLENMİŞTİR. ARIZAYI BİLDİREN GÖSTERGELER VE
SENSÖRLER DE SİSTEME EKLENMİŞTİR.
20 YIL KARA İTKİ 6 AY
MOTORLARI
OLASI BİR FREN ARIZASI İÇİN EL FRENİ VE HARİCİ BİR FREN
MEKANİZMASI SİSTEME EKLENMİŞTİR.
20 YIL FREN SİSTEMİ 6 AY
YEDEK KARTLAR SİSTEME EKLENMİŞTİR.
YOK
EL FİRENİ VE HARİCİ BİR FREN SİSTEMİ
EKLENMİŞTİR.
YOK
ARACA YEDEK SOĞUTMA FANLARI
EKLENMİŞTİR.
PERVANELER İLE BİRLİKTE BİR ADET
YEDEK KOL SİSTEME EKLENMİŞTİR.
ARAÇTA EN YAKIN İNİŞ NOKTASINA GİTMEYE YETECEK
KADAR YEDEK BATARYA VE BATARYA YÖNETİM
SİSTEMİ EKLENMİŞTİR.
2.2.Gürültü Azaltma
2.2.1. Yolcu Kabin İçi Gürültü Azaltma
Tablo 12 Yolcu Kabin İçi Gürültü Azaltma
2.2.2. Çevresel Gürültü Azaltma
Tablo 13 Çevresel Gürültü Azaltma
2.3.Aracın Güvenlik ve Emniyeti 2.3.1. Uçuş Güvenliği
2.3.1.1.Araç Genel Güvenliği
Aracın genel güvenliğini sağlamak için günümüz arabalarında olan birçok özel- lik DORA’ya eklenmiştir. Bunlara örnek olarak şerit takip sistemi, otomatik fren sistemi ve birçok sensörler verilebilir. Araçta normal hava yastıkları haricinde uçuş esnasında oluşabile- cek olumsuz senaryolarda kullanılmak üzere taban hava yastığı bulunmaktadır. Olası bir yıldı- rım durumunda aracı ve yolcuları korumak için yıldırım engelleyici sistem de araca eklenmiş- tir.
2.3.1.2.Elektronik (Donanım) Sistem Güvenliği
Olası bir sıvı teması durumunda sistemin korunması için sistem sıvı temasına korunaklı olarak kaplanmıştır. Kablolar yanmaz malzemeden tercih edilerek güvenlik üste seviyeye çıkarılmış- tır. Elektromanyetik uyumsuzlukların önüne geçilebilmesi için elektromanyetik uyumluluk testleri (MIL-STD-461) yapılarak sistem buna göre yerleştirilmiştir.
2.3.1.3.Yazılımsal Güvenlik
Araçta bulunan yazılım sayesinde yaşanabilecek her türlü olumsuzluğun önüne geçilmiş olup gelecek güncellemeler ile araçlar yazılımsal olarak güncel tutulmalıdır. Araçta bulunan ya- pay zeka algoritması sayesinde araç sürekli öğrenme içerisinde olacaktır. Algoritma esnek tu- tularak algoritmanın gelişimi sağlanacaktır. Aracın yazılımındaki kestirim sistemi saye- sinde sensörlerden alınan veriler karşılaştırılacak ve sensör arızalarından kaynaklanan kaza riski en aza indirilecektir.
2.3.1.4.Haberleşme Güvenliği
DORA haberleşme sistemi üzerinden gerçekleşecek saldırılara karşı güvenlikli olarak tasarlan- mıştır. Araç kontrol merkezi ile DSRC modülü kullanarak IEEE802.11p protokolü üzerinden V2X haberleşmesi yapacaktır. Yakındaki diğer araçlar ile V2V yöntemi ile haberleşme sağla- nacaktır. Araçların birbirleri ve merkez ile haberleşmeleri sırasında aktarılan veriler şifrelene- rek aktarılarak güvenlik açığı oluşturmasının önüne geçilmiştir. Ayrıca yedek haberleşme sis- temi sayesinde haberleşme sisteminde oluşacak olası bir problemin önüne geçilmiştir.
2.3.1.5.Acil Durum Güvenlik Sistemleri
Araçta, yıldırımlardan korunmak için static deşarj fitilleri bulunmaktadır. Kuş çarpması, itki sistemleri arızası, güç sistemleri arızası gibi durumlarda DORA, araç paraşüt ve hava yastığı sistemini devreye sokacaktır. Paraşüt aracın tavanında, hava yastığı ise tabanda yer alacaktır.
Paraşüt iniş hızını azaltırken, hava yastığı suya ve bozuk zeminlere inişi sağlayacaktır.
2.3.2. Siber Güvenlik
Akıllı araçlar internete ve diğer akıllı cihazlarla bağlantı kurmakta ve bu da birçok siber tehdi- din önünü açmaktadır. Araçlar ele geçirilerek uzaktan kontrol ile kaçırılabilir, fiziksel olarak zarar görebilirler. Bu tarz tehditlerin önüne geçebilmek için araçta sürekli kimliklendirme ve farklı katmansal korumalar içeren bir siber güvenlik sistemi bulunacaktır. Bu sistem aracın kontrolünü ve konsolunu ele geçirmeye amaçlı siber saldırıları tespit ederek, müdahale edecek- tir. Sistemin siber güvenliğini sağlamak için güvenilir tek bir kaynak üzerinden güncellemeler
yayınlanarak araçların güvenli kalması sağlanacaktır. Birden çok kimlik doğrulama sistemi ile aracın hırsızlık gibi kötü olaylardan korunması sağlanmıştır. Sensörlerden alınan verilerin ka- rıştırılmaması , kötü amaçlı kişilerin eline geçmemesi için şifreleme yöntemi kullanılarak veri- lerin güvenliği sağlanmıştır. Araçta güvenlik sorunu ve dışarıdan müdahale tespit edilirse araç kendini koruma moduna alarak en yakındaki güvenli iniş noktaya indirecek ve güvenlik prob- lemini çözmek için sistemi kilitleyecektir.
SİSTEM ELEMANI BAKIM PERİYODU
ORTALAMA
ÖMÜR ÖNLEM ARIZA TİPİ ÖNEM
SEVİYESİ UÇUŞ İZNİ KARA SÜRÜŞÜNE
İZİN
YEDEK SİSTEM
PARAŞÜTÜN AÇILMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
PARAŞÜTÜN YILTILMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
HAVA YASTIĞININ AÇILMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
HAVA YASTIĞININ AÇILMADAN YIRTILMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
GEREKEN GÜVENLİĞİ SAĞLAMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
SIKILIĞINI VE YAPISAL ÖZELLİĞİNİ KAYBETMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK
KÜTLE SENSÖRÜ 6 AY 20 YIL
SÜREKLİ 2 ADET KÜTLE SENSÖRÜ DEVREDE OLACAKTIR. BU SAYEDE
FAZLA YÜK İLE SÜRÜŞ ENGELLENECEKTİR.
SENSÖRÜN DÜZGÜN ÇALIŞMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK YEDEK KÜTLE
SENSÖRÜ VAR
CAMLARIN KIRILMASI ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
DÜZGÜN ŞEKİLDE AÇILIP KAPANMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR
PARMAK İZİ SENSÖRÜ 6 AY 20 YIL
BÖYLE BİR DURUMDA ARAÇ KENDİNİ KORUMA MODUNA ALARAK OLASI AKSİLİKLERİN ÖNÜNE
GEÇİLECEKTİR.
SENSÖRÜN DÜZGÜN ÇALIŞMAMASI
ÇOK
YÜKSEK VAR VAR VAR
SENSÖRLERDEN ALINAN VERİLERİN SABOTE EDİLMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK YOK
SİSTEMİN ARIZALANMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK YOK
HABERLEŞME SİSTEMİ 6 AY 10 YIL
SİSTEMİN DÜZGÜN ÇALIŞMAMA OLASILIĞINA
KARŞIN YEDEK HABERLEŞME SİSTEMİ
ARACA EKLENMİŞTİR.
HABERLEŞME SİSTEMİNİN DÜZGÜN
ÇALIŞMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK YOK VAR
ARAÇ AYDINLATMA-
IŞIKLI İKAZ SİSTEMLERİ 6 AY 10 YIL
AYDINLATMA SİSTEMİNİN ARIZALANMASI DURUMUNDA SİSTEME EN YAKIN BÖLGEYE GİTMEYE YETECEK KADAR YEDEK
AYDINLATMALAR EKLENMİŞTİR. İKAZ
SİSTEMLERİNİN ARIZALANMAMASI İÇİN
YÜKSEK KALİTEDE MALZEMELER TERCİH
EDİLMİŞTİR.
AYDINLATMA SİSTEMİNİN VE İKAZLARIN DÜZGÜN
ÇALIŞMAMASI
YÜKSEK YOK YOK VAR
UÇUŞ KONTROL
KARTI 6 AY 5 YIL
KARTTA OLUŞACAK OLASI BİR ARIZAYA KARŞI YEDEK UÇUŞ KONTROL KARTI SİSTEME EKLENMİŞTİR.
AYRICA KARTIN KORUNMASI İÇİN GEREKLİ
ÖNLEMLER ALINARAK KARTIN HASAR GÖRMESİ
ÖNLENMİŞTİR.
KARTIN GÖREVİNİ YERİNE GETİREMEMESİ
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR VAR
SİSTEME SÜREKLİ GÜNCELLEME YAPILARA
KSİSTEM GÜVENDE TUTULMALIDIR. ZAMAN ZAMAN KİMLİK DENETİMİ YAPILMALIDIR. SİSTEMDE YÜKSEK GÜVENLİK SEVİYESİNE SAHİP DOĞRULAMA SİSTEMİ VE
ŞİFRELER OLMALIDIR.
10 YIL SİBER GÜVENLİK 6 AY
SİSTEMİ EMNİYET KEMERİ
SİSTEMİ
KIRILMALARA KARŞI DAYANIKLI LAMİNE CAM KULLANIMI İLE BİRLİKTE YAŞANAN OLUMSUZLUK SONUCU ARAÇTAKİ YOLCULARIN ZARAR
GÖRMESİ ENGELLENMİŞTİR 20 YIL
6 AY CAMLAR
EMNİYET KEMERİ MALZEMESİ DAYANIKLI MALZEMEDEN SEÇİLEREK DAYANIMI ARTTIRILMIŞTIR.
20 YIL
6 AY YOK
YOK YEDEK PARAŞÜT SİSTEMİ MEVCUT
YOK PARAŞÜT
PARAŞÜT MALZEMESİ DAYANIKLI SEÇİLEREK KOLAY YIRTILMASININ ÖNÜNE GEÇİLMİŞTİR.
ELEKTRONİK SİSTEM İLE AÇILMAMA SORUNUN KARŞIN EL İLE AÇMA KOLU
SİSTEME EKLENMİŞTİR.
5 YIL
HAVA YASTIĞI ARIZA SENSÖRÜ SİSTEM
EKLENMİŞTİR.
20 YIL TABAN HAVA YASTIĞI 6 AY
6 AY
Tablo 14 Aracın Güvenlik ve Emniyeti Arıza Tablosu
3. SENARYO VE HAVA TRAFİK YÖNETİMİ 3.1.Şehir Senaryosu Çıkarımları
Şekil 9 Şehirdeki Ortak İniş-Kalkış Alanları
Şekil 10 Örnek Rota Bilgileri
ALTİMETRE 6 AY 10 YIL
ALTİMETRENİN DÜZGÜN ÇALIŞMAMA OLASILIĞI GÖZE ALINARAK SİSTEME HARİCİ BİR IMU SENSÖRÜ EKLENEREK SİSTEMİN
YEDEĞİ OLUŞTURULMUŞTUR.
YÜKSEKLİĞİN DOĞRU BİR ŞEKİLDE ÖLÇÜLEMEMESİ
YÜKSEK YOK VAR VAR
LİDAR/RADAR
SENSÖR 6 AY 10 YIL
SENSÖRLERİN ARIZALANMAMASI İÇİN
YÜKSEK KALİTELİ ÜRÜNLER TERCİH EDİLMİŞTİR. SİSTEME
YEDEK SENSÖRLER EKLENEREK OLASI BİR
ARIZA DURUMUNDAN ARACIN ETKİLENMESİNİN
ÖNÜNE GEÇİLMİŞTİR.
SENSÖRLERDEN DÜZGÜN VERİ ALINAMAMASI
ÇOK
YÜKSEK YOK VAR VAR
Şekil 11 DORA Araç Rutini
Verilen senaryoda şehir içi ulaşım altyapısında, sadece karayolu ulaşımı bulunan şehir için ulaşım ağının parçası olacak uçan araba tasarımı oluşturulmuş ve ulaşım altyapısına dahil etmek için bir uçan araba ekosistemi hazırlanmıştır. Aracın havadan karaya, karadan havaya geçişi sırasında ihtiyaç duyduğu iniş-kalkış noktaları, trafik akışının olduğu karayolun dışında olacak- tır. Aracın iniş ve kalkış yapacağı alanlar şehrin yerleşim planına göre belirlenmiştir. İniş-kalkış alanlarının sayıları şehirdeki nüfus dağılımına bağlı olarak nüfusun fazla olduğu bölgelere göre olası trafik yoğunluğunun azaltılması için değişkenlik göstermektedir. Şehirdeki nüfus dağılımına bağlı olarak nüfusun fazla olduğu bölgelerde ve hastane, üniversite, sanayi bölgesi, havalimanı gibi yerlerde iniş kalkış alanları daha fazla olacaktır. Trafik akışının olduğu yolların başlangıçlarında yer alan iniş kalkış alanları sayesinde şehir trafiği rahatlatılacaktır. Ayrıca has- tane, gökdelen gibi çatısı elverişli yapıların çatılarına iniş kalkış alanları yapılacaktır. Acil du- rumlarda aracın iniş yapması için genel kullanıma kapalı acil iniş alanları belirlencektir. Araç bataryası belli bir enerjinin altında kalırsa uçuşa geçemeyecektir. Bu nedenle şehirde bir çok
noktada kablolu ve kablosuz şarj istasyonları bulunacaktır. Kablosuz şarj istasyonları sayesinde araç dışardan müdahale olmadan kendi kendini şarj edebilecektir. Araçların havada ve karada güvenli bir şekilde ulaşımı sağlayabilmeleri için bir kontrol merkezi olacaktır. Bu merkez hava trafiğinin kontrollü bir şekilde akışının sağlanabilmesi amacıyla uçuş esnasında varış noktaları arasında bir hava köprüsü oluşturacak şekilde sabit rotalar belirleyecektir. Aracın karada ve havada rota planlaması belirli paremetreler baz alınarak kontrol merkezi tarafından belir- lencektir. Araçlar kontrol merkeziyle sürekli veri alışverişi gerçekleştireceklerdir. Şehirdeki diğer hava araçlarının anlık bilgileri de bu merkeze iletilecektir. Bu sayede kontrol merkezinin hava trafiğini yönetmesi sağlanacaktır.
3.2.Hava Trafik Yönetimi Sistemi
Günümüzde tüm taşıtlar belirli kurallara tabi olmaktadır. Uçan araçlarda hataların sonuçları daha büyük felaketlere yol açabileceğinden bu kuralların sınırları iyi belirlenmiştir ve kural ihlallerinde ağır yaptırımlar uygulanmaktadır. Tasarlayacağımız uçan arabanın da diğer uçan taşıtlarla ve çevreyle güvenli uçuş yapması için bir hava trafik yönetim sistemi tasarlanmıştır.
3.2.1. Araçların Havada Hareket Kuralları
DORA’nın hava araçları kategorisinde olması sebebiyle servis periyotları diğer ulaşım araçlarına göre daha sık olacaktır. Araç otonomluğu sayesinde kendini servis noktalarına götü- rerek kullanıcıların zaman kaybetmesini önleyecektir. DORA her uçuştan önce sistemlerini test edecektir ve üzerindeki sensörler sayesinde arızalar tespit edilecektir. DORA üzerindeki ka- mera sistemleriyle kontrol merkezindeki yapay zekaya sahip bilgisayarlar tarafından 7/24 izlenecektir. Bunun sebebi araca yetkili servisler dışında bir müdahalenin tamamen yasak ol- masıdır. Yapılan bir müdahalenin büyük sonuçları olabileceğinden, yasadışı müdahale edenler hakkında hukuki süreç başlatılacaktır. Müdahale gören araç ise servis onayı almadığı sürece uçuş yapamayacaktır. DORA otonom uçuş yapacağı için yolcuların uzun uçuş eğitimlerinden geçmelerine gerek yoktur aynı zamanda otonom uçuş sayesinde insan kaynaklı kazalar en aza indirgenecektir.
Şekil 12 İniş -Kalkış Alanları Kullanım Konsepti
Şekil 13 İniş - Kalkış Alanı
3.2.2. Araçların Haberleşmesi
DORA, sürüş için gerekli tüm bilgilerini (trafik, hava durumu, rota bilgileri vb.) alacağı ve durum bilgilerini (şarj durumu, konum bilgisi, araç arıza durumları vb.) ileteceği kontrol merkezi ile sürekli V2N(Araçtan-Ağa) iletişimde olacaktır. DORA, yakındaki diğer araçlarla V2V(Araçtan-Araca) yöntemi ile sürekli iletişimde olacaktır ve kontrol merkezi ile iletişimin kesilmesi durumunda öncelikle yakındaki araçlar üzerinden iletişim sağlanmaya çalışılacaktır.
V2V haberleşme yöntemi 5.9 GHz frekansta DSRC üzerinden çalışacaktır. Bu yöntem ile araçların göreceli hız, ivme, yön ve mesafe verileri alınarak çarpışma önleyici güvenlik sistemi oluşturulacaktır. DORA’daki yolcuların olağandışı durumlar haricinde kontrol merkezi ile iletişime geçmelerine gerek yoktur. Merkezi sistem ile iletişimin kesildiği senaryo 3.2.5’de işlenmiştir.
3.2.3. Araca Biniş ve İnişin Nasıl Olacağı
DORA bireysel kullanım için tasarlanmıştır ancak ortak iniş- kalkış alanlarını kullanacaktır. Bu iniş-kalkış alanlarındaki trafik kontrol merkezi tarafından yönetilecektir. DORA’nın otonom sürüş kabiliyeti sayesinde yolcu hedef noktada araçtan inecek, DORA ise kendini uygun bir yere park edebilecektir. Aynı şekilde araç park ettiği noktadan biniş yapılacağı noktaya çağırıla- bilecektir.
3.2.4. Rota Planlamanın Nasıl Yapılacağı
DORA karayollarında ve havada otonom sürüş gerçekleştireceği için yolcu sadece hedef nok- tasını seçecektir. Yolcu hedef noktasını araç içindeki sürüş ekranından yapabileceği gibi araç ile eşlenmiş akıllı telefon uygulaması ile de yapabilecektir. Hedef seçildikten sonra merkezi sistem hava trafik durumuna, kara trafik durumuna, iniş-kalkış alanlarındaki trafik durumuna ve hava durumuna göre bir rota belirleyecektir. Rota 5 aşamalı olacaktır. Birincisi başlangıç noktasından kalkış alanına karayoluyla gidiş aşamasıdır, ikincisi kalkışın nereden ve ne zaman yapılacağının belirlendiği aşamadır, üçüncüsü hava seyahatidir, dördüncüsü inişin nereden ve ne zaman yapılacağının belirlendiği aşamadır ve son aşama ise iniş alanından hedef noktaya karayoluyla gidiş aşamasıdır. DORA’nın uçuş menzili her zaman 10 km emniyet menzili
bırakılarak hesaplanacaktır. Bu sayede iniş bölgesindeki olağan dışı durumlarda acil iniş bölg- elerine iniş yapılabilecektir. Rota, sistem üzerinden alternatif rota çıktığında yolcu onayı ile değişebilecektir. Yolcu varış noktasını değiştirdiğinde ise merkez tekrar rota hesaplaması yapacaktır ve uygun olduğu takdirde varış noktasının değişmesine izin verecektir.
Şekil 14 DORA Navigasyon Ekranı
3.2.5. İdeal Olmayan Durumlara Karşı Tepki
DORA merkezden sürekli hava durumu bilgilerini alacağı için uçuşa elverişsiz durumlardan her an haberdar olacaktır. Kontrol merkezi, hava trafiğindeki yoğunluğu önleyecek şekilde uçuşlara izin vereceği için beklenmeyen bir hava trafiği yoğunluğu ihtimali düşüktür. Kötü du- rum ihtimalleri yapılan tasarımla azaltılsa da uçuş esnasında kontrol merkezi ile iletişimin kesilmesi, kötü hava koşulları, kuş çarpması, araç üzerindeki sistemlerdeki bozukluklar, beklenmedik trafik yoğunluğu gibi kötü durumlarda DORA kendini AES (Acil Emniyet Sis- temi) moduna alacaktır. AES modunda DORA müsait olan en yakın iniş bölgesine iniş yapar.
Ayrıca her 20 km de bir yerleştirilen normal inişe kapalı acil iniş noktaları aracın güvenle iniş yapmasını sağlayacaktır. Araçta aynı zamanda bir araç paraşüt sistemi ve araç altına 12 yer- leştirilen bir hava yastığı sistemi bulunacaktır. Kontrolün tamamen yitirildiği durumda araç paraşütünü ve tabanındaki suda batamayacak şekilde üretilecek hava yastığı sistemi sayesinde her türlü bölgeye iniş yapabilecektir. Yolcuların acil tıbbi müdahaleye ihtiyaç duyduğu sen- aryoda araç kontrol merkezi tarafından öncelikli konuma getirilecektir ve en yakın hastaneye hızlıca gidecektir. Şehirdeki hastane çatısındaki iniş alanı sayesinde yolcu bir karayolu ambu- lansından daha hızlı hastaneye ulaşabilecektir.
3.2.6. Yakıt/Batarya Durumu
DORA’nın hem karayolunda hem de havada seyahat etmesi nedeniyle bataryasının doluluk oranı her zaman kontrol altında olmalıdır. DORA’nın sahibi aracın içinde olmadığı durumlarda bile akıllı telefon uygulaması sayesinde aracın şarj durumunu kontrol edebilecek ve kendini şarj etmesini isteyebilecektir. Kablosuz şarj özelliği sayesinde DORA kullanılmadığı zaman- larda otonom şekilde kablosuz şarj istasyonlarına gidecek ve sonraki seyahat için bataryasını
dolduracaktır. Bu sayede araçtan her zaman en yüksek verim alınacaktır. Kablosuz şarj istasy- onları yeni nesil otoparklarda yer alırken, kablolu şarj istasyonları şehrin birçok yerinde bulunacaktır. Şarj istasyonları ödemeyi aracın plakası üzerindeki karekod sayesinde ala- bilecektir.
Şekil 15 DORA Şarj İstasyonları
4. TASARIM VE ÖLÇEKLENDİRİLMİŞ MODEL
4.1.Tasarım Görselleri
Şekil 16 DORA Elektronik Yerleşim
Şekil 17 DORA Kara Modu Perspektif Görünüm
Şekil 18 DORA Kara Modu Yandan Görünüm
Şekil 19 DORA Kara Modu Önden Görünüm
Şekil 20 DORA Hava Modu Perspektif Görünüm
Şekil 21 DORA Hava Modu Üstten Görünüm
Şekil 22 DORA Hava Modu Yandan Görünüm
Şekil 23 DORA Hava Modu Önden Görünüm
Şekil 24 DORA Kabin Görünümü
Şekil 25 DORA Konsol Görünümü
Şekil 26 DORA Kapılarının Açık Hali
4.2.Ölçeklendirilmiş Model
4.2.1. Bitirilmiş Faaliyetler
Model 1:16 ölçeğinde olup (35x13x6)cm boyutlarındadır. Araç kavisli yüzeylere sahip olduğu için aracın gövdesi, motor kolları, tekerler gibi parçalar 3 boyutlu yazıcı ile PLA malzemesin- den üretilmeye çalışılmıştır ancak baskı hatası vermesi nedeniyle rapor teslim tarihine yetişe- memiştir. Ölçek model pervaneleri alınmış olup 1:16 ölçeği doğrultusunda 100 mm çapa sahip- tirler.
Şekil 27 Ölçekli Model Çalışmaları
4.2.2. Planlanan Faaliyetler
Baskı kalitesinin kötü olması nedeniyle parçaların yeniden üretilmesi planlanmıştır. Aracın ka- bin camının ve kapılarının, şeffaf pleksi levhaya ısı ile şekil verilerek üretilmesi planlanmakta- dır. Şekil verme esnasında özel tasarlanmış ve 3B yazıcı ile üretilmiş kalıplar kullanılacaktır.
Araç üzerindeki sensörlerin konumları boyanarak veya küçük parçalar tasarlanarak gösterile- cektir. Araçtaki motor kollarının açılması, kapılar gibi hareketli mekanizmalar küçük servo mo- torlar kullanılarak hareketli hale getirilecektir. Aydınlatma sistemleri led lambalar ile gösteri- lecektir. Modeldeki sistemlerin kontrolü Arduino UNO ve bluetooth modülü sayesinde uzaktan kontrol edilebilecektir. Modeldeki batarya kısmına LiPo veya Li-ion pil yerleştirilerek modelin ihtiyaç duyduğu güç sağlanacaktır.
4.3.Simülasyon
Şekil 28 Simulasyon Görselleri
Youtube Linki: https://youtu.be/Qr_qHNjuTGw
