1
TEKNOFEST ULUSLARARASI
İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI YARIŞMASI DETAYLI TASARIM RAPORU
Takım Adı : ALKIN
Araç Türü : DÖNER KANAT Üniversite : Düzce Üniversitesi
Akademik D. : Öğr. Gör. Süleyman ÇEVEN
Takım K. : Mustafa BİLİM
2 1. PROJE ÖZETİ
Alkın İHA ekibi; Düzce Üniversitesi Meslek Yüksek Okulu ve Mühendislik Fakülteleri öğrencilerinden kurulup ve Teknofest destekleri ile faaliyet havuzunu genişletmek, havacılık ve uzay sistemlerinin modernizasyonu, üretimi, özel sistem entegrasyonlarını yapmaktadır.
Düzce Üniversitesinin Alkın İHA Takımı; 2021 TÜBİTAK Uluslararası İnsansız Hava Aracı yarışması döner kanat kategorisinde yarışmaya katılmaktadır. Akademik danışmanlığını ulusal ve uluslararası robot yarışmalarına katılmış ve tecrübelerinden de oldukça faydalanabildiğimiz Öğr. Gör. Süleyman ÇEVEN yapmaktadır. Takım kaptanı, Mühendislik Fakültesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği bölümü öğrencisi Mustafa BİLİM, Meslek Yüksekokulu Elektronik ve Otomasyon Teknolojileri Bölümü öğrencileri Dilan MİNTEŞ, Cengizhan KÖROĞLU olmak üzere üç kişiden oluşmaktadır.
Ekip, termin süreleri belirleyerek birçok iş konusunda öncü yol almış olup özel hayattan feragat ederek bu yolda özverili çalışmıştır. Ekip her şeyden önce, kâğıt üzerinde hazır olmadan uçuş yapılmaması prensibiyle çalışıp araştırma ve geliştirme yapmaktadır. Dolayısıyla yarışmaya odaklanarak önce havada kalmak daha sonra görev icrasını yapmak hedefindedir.
1.1 Tasarımda İzlenilen Yöntem
Tasarım süreçlerimizde hedef uçuş aerodinamik isterlerin yanında mekanik, elektronik ve görev mekanizması olmak üzere 3 bölümden oluşmaktadır. Mekanik tasarımda; hexacopter X model tasarım tercih edilip tasarlanan şasenin hafif ve dayanıklı olması için karbon fiber plaka tercih edilerek üretimi yapılmıştır. Elektronik donanımında; motor, elektronik hız kontrol kartı, uçuş kontrol kartı, NVİDİA Jetson Nano, GPS modülü, güç dağıtım kartı ve batarya gibi parçalar oluşturmaktadır. Seçilen malzemelerin yazılımsal olarak birbirleriyle uyumlu ve en yüksek performans gösterme durumları göz önünde bulundurularak tercih yapılmıştır.
Yarışmanın isterlerine uygun şekilde tasarımı yapılmış olup ayrıca Görev 2’ nin yerine getirilmesi için su haznesi özgün tasarlanmıştır. Görev esnasında kolayca entegre olabilen kullanılabilirlik/ağırlık doğrultusunda verimlilik arayışı ile 3D yazıcı plastik üretimi yapılmıştır.
1.2 Takım Organizasyonu
Akademik danışmanı Öğr. Gör. Süleyman ÇEVEN olup takımın kaptanlığını ve pilotluğunu Mustafa BİLİM üstlenmekte olup otonom kontrol yazılımlarını da yapmaktadır. Dilan MİNTEŞ, gerekli belgelerin ve raporların düzenlenmesini yapmakta ve aviyonik sistem tasarımında
TAKIM ADI : ALKIN
ARAÇ TÜRÜ : DÖNER KANAT
ÜNİVERSİTE : DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
TAKIM KAPTANI : MUSTAFA BİLİM
3
faaliyet göstermektedir. Cengizhan KÖROĞLU, İHA’ nın mekanik sistem tasarım ve üretim biriminden sorumlu olmakla beraber montaj süreci alanında faaliyet göstermektedir.
Malzemeleri araştırma/tedarik etme ve satın alma birimini de üstlenmektedir. Şekil 1.’ de organizasyon şeması verilmektedir.
Şekil 1. Organizasyon Şeması 1.3 İş- Akış Çizelgesi
İş-Akış Çizelgemizde planladığımız takvimde malzeme seçimi, prototip imalatı ve manuel/otonom uçuş testi süreçlerinde değişiklik olmuştur.
Malzeme seçimi aşamasında alınacak ürünlerin kalite ve fiyat araştırmaları yapılarak maksimum verim sağlayan ve maliyeti uygun ürünler tercih edilmiştir. Prototip İmalatı sürecinde malzeme seçimi için uygun görülen ürünlerin siparişi ve kargo sürecinde teslim edilme sürelerinde değişiklik meydana gelmiştir.
İmalat sürecinde hedeflenen zaman aralığında gerçekleşmediğinden süreç uzamıştır. İHA’ nın üretim aşamaları haziran ayı içerisinde tamamlandığından takvimde belirtilen temmuz ayında gerçekleşmesi planlanan manuel/otonom uçuş haziran ayı içerisinde gerçekleşmiştir.
Planlanan iş akış çizelgesi Tablo 1.’de, gerçekleşen iş akış çizelgeleri ise aşağıda Tablo 2.’ de verilmiştir.
4
Tablo 1. Planlanan İş Akış Çizelgesi DÖNER KANAT/ALKIN, DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
İŞ-ZAMAN ÇİZELGESİ
İş Paketleri Başlangıç
Tarihleri ŞUB. MART NİS. MAY. HAZ. TEM. AĞU. EYLÜL 1 Kavramsal ve Taslak
Tasarımının Oluşturulması 1.02.2021
1.Oca Literatür Taraması
1.Şub Kavramsal Tasarım
1.Mar Taslak Tasarım
2 Detaylı Tasarım ve Malzeme Seçimi 15.03.2021
2.Oca Detaylı Tasarım
2.Şub Malzeme Seçimi
2.Mar Tasarım Güncellenme
3 Prototip İmalatı ve Sistem Entegrasyon 18.04.2021
3.Oca Prototip İmalatı
3.Şub Elektrik Elektronik Sistem Entegrasyonu 3.Mar Tutma-Bırakma Sistem İmalatı ve Montajı 4 Prototip ve Sistem Testleri 30.06.2021
4.Oca Batarya ve Pervane Testi
4.Şub Manuel Uçuş Testleri
4.Mar Otonom Uçuş Testleri
4.Nis Görev İcra Sistemleri Testi Tablo 2. Gerçekleşen İş Akış Çizelgesi
DÖNER KANAT/ALKIN, DÜZCE ÜNİVERSİTESİ İŞ-ZAMAN ÇİZELGESİ
İş Paketleri Başlangıç
Tarihleri ŞUB. MART NİS. MAY. HAZ. TEM. AĞU. EYLÜL 1 Kavramsal ve Taslak
Tasarımının Oluşturulması 1.02.2021
1.Oca Literatür Taraması
1.Şub Kavramsal Tasarım
1.Mar Taslak Tasarım
2 Detaylı Tasarım ve Malzeme Seçimi 15.03.2021
2.Mar Detaylı Tasarım
2.Nis Malzeme Seçimi
2.May Tasarım Güncellenme
3 Prototip İmalatı ve Sistem Entegrasyon 20.05.2021
20.May Prototip İmalatı
22.May Elektrik Elektronik Sistem Entegrasyonu 12.Haz Tutma-Bırakma Sistem İmalatı ve Montajı 4 Prototip ve Sistem Testleri 21.06.2021
21.Haz Batarya ve Pervane Testi
26.Haz Manuel Uçuş Testleri
10.Tem Otonom Uçuş Testleri
15.Tem Görev İcra Sistemleri Testi
5 2. Detaylı Tasarım
İnsansız hava aracımız sahip olduğu itme kuvveti ve sorunsuz iniş yapabilmesi göz önünde bulundurularak hexacopter tercih edilmiş ve tasarlanmıştır. Altı rotorlu insansız hava aracı tasarımının şase seçiminde hafiflik ve yüksek dayanıklılık dikkate alınarak karbon fiber yapı tercih edilmiştir. İHA’ nın ağırlık merkezi, şasenin orijin noktası için malzeme yerleştirmesinde optimizasyon ön planda tutulmuştur. Böylece İHA’ nın dengeli ve sabit uçmasını sağlamak amaçlanmıştır. Yarışma görevlerini en iyi şekilde tamamlamak için istenilen parametreler ve uçuş süresi hesaplanarak EMAX MT2213 935 KV motor ve motorlardan alınacak en verimli itki için 10*45 karbon fiber pervaneler tercih edilmiştir. Görev 1 şartlarında maksimum uçuş süresi 15,9 dakika olarak belirlenmiştir. Görev 2 için faydalı yük alanını belirlemek görüntü işleme ile gerçekleşecektir. Görüntü işleme Nvidia Jetson Nano kartı ve Nvidia Jetson Nano kartı uyumlu kamera kullanılmıştır. Faydalı yük ağırlık kapasitesi 250 gr olarak belirlenmiştir.
2.1 Tasarımın Boyutsal Parametreleri
Hedeflenen İHA ’da minimum parça ile imalat amaçlanmaktadır. Ancak olması gerekenlerin yanında yarışma isterleri ile birlikte birçok farklı ürün keşfi yapılmıştır. Nihai üretimi yapılan İHA 21 ana parça olmak kaydıyla 130 farklı parçadan oluşmaktadır. Görev 1 esnasında İHA’ nın toplam ağırlığı 1996 gr’ dır. Görev 2 için faydalı yük ile beraber İHA’ nın ağırlığı 2631 gr’ dır.
İHA’ nın yatay düzlem uzunluğu 612,84 mm, dikey düzlem uzunluğu 540 mm ve eğik düzlem uzunluğu 297 mm’ dir. Görev 1 için İHA’ nın ağırlığı Tablo 3.’ de, Görev 2 için İHA’ nın ağırlığı Tablo 4.’ te verilmiştir. Şekil 2’ de ise boyutsal genel görüntüsü verilmiştir.
Tablo 3. İHA Görev 1 Ağırlık Tablosu
No Parça Adı Ağırlık Adet
Toplam Ağırlık
(gr)
X uzaklığı
(mm)
Y uzaklığı
(mm)
Z uzaklığı
(mm) 1 935 KV Fırçasız Motor 55 gr 6 330 gr 290 -0.05 68.25
2 10x4,5 Pervane 9 gr 6 54 gr 290 -0.05 78.25
3 40A ESC 39 gr 6 234 gr 185 1.27 55.65
4 Güç Dağıtım Kartı 8 gr 1 8 gr -52.33 -25.60 48
5 Pixhawk 4 Uçuş Kontrol
Kartı 49 gr 1 49 gr -40.95 3.40 63.15
6 GPS M8N 51 gr 1 51 gr 81 -8.5 107
7 XBEE Modülü 7 gr 1 7 gr -27.33 31.74 58
8 Güç Modülü 9 gr 1 9 gr 37.64 --46.47 50
9 Sigorta ve Buton 60 gr 1 60 gr 47.80 -56.34 30
10 3S 40C 7000 mAh 11.1
V Li-Po 530 gr 1 530 gr 87.5 29.5 13
11 Frame 274 gr 1 274 gr 0.81 -0.17 -43.41
12 Cıvata ve Somun 2 gr 72 144 gr - - -
13 Ayraç 4 gr 24 96 gr 38.62 -87.40 18
14 İniş Takımı 150 gr 1 150 gr 165.65 -0.58 -223.50
TOPLAM 1247 gr 123 1996 gr
6
Tablo 4. İHA Görev 2 Ağırlık Tablosu
No Parça Adı
Ağırlık (gram)
Adet Toplam Ağırlık (gram)
X uzaklığı
(mm)
Y uzaklığı
(mm)
Z uzaklığı
(mm) 1 NVİDİA Jetson Nano 126 gr 1 126 gr -14.07 11.36 79.45 2 Jetson Uyumlu Kamera 10 gr 1 10 gr -50.30 -53.12 52
3 Arduino Nano 10 gr 1 10 gr -13.27 41.72 62.80
4 Mini Dalgıç Motoru 110 gr 1 110 gr 31.50 -1.13 -125.40 5 L298N Motor Sürücü 24 gr 1 24 gr 51.72 40.15 56.90
6 Su Seviye Ölçer 3 gr 1 3 gr 37.35 33.50 -50
7 Su Haznesi 56 gr 1 56 gr 0.11 -0.14 -55
8 Hortum 40 gr 1 40 gr 84.40 -1.13 -240
9 Faydalı Yük 250 gr 1 250 gr -40.95 3.40 13.15
TOPLAM 1882 gr 130 2631 gr
Şekil 2. İHA Fusion 360 ile Genel Boyutsal Render’ı 2.2 Gövde ve Mekanik Sistemler
İnsansız hava aracımızın şase gövde üretimi özgün olarak tasarlanmış olup tasarım sürecinde Autodesk Fusion 360 geliştirme programı kullanılmıştır. Gövdede genel anlamda karbon fiber, plastik ve metal bağlayıcılar kullanılmıştır. 50*50 cm karbon plaka, tasarımlara uygun olarak cnc router da işlenerek parçaların üretimi gerçekleşmiştir. Hexacopter X modele uygun, altıgen biçiminde üst ve alt bölge tasarlanarak İHA’ nın ana gövdesi oluşturulmuştur. İHA’ nın kanat kol kısmında karbon fiber boru tercih edilmiştir. Karbon fiber borular, gövdeye özel tasarlamış olduğumuz 5 mm et kalınlığında plastik kelepçeler yardımı ile bağlanmaktadır. Kelepçeler m3 cıvata ve ayraçlar ile sabitlenmiştir. Alt gövde tasarımında pil yuvası olarak kullanılabilen Li-Po ölçüleriyle uyumlu parça kesilerek Li-Po pili sabitlemek için alan açılmıştır. Alt gövde ayraçlara m3 somunlar yardımı ile bağlanmaktadır. Bu parçalar üzerine çeşitli formlar verilerek ve üretim
7
sürecinde bu formlara uygun kesim işlemi gerçekleştirilerek ağırlık kazancı sağlanmıştır. Üst gövde üzerinde hem ağırlık hem de elektronik bileşenler için çeşitli formlar oluşturulmuştur.
İHA üzerinde iniş takımı, karbon fiber boru kelepçeleri, görev mekanizma sistemi gibi özel üretim istenilen parçalar da 3D yazıcı ile tasarlanmıştır. Üretim malzemesi olarak PLA ve PLA+
gibi plastik filamentler kullanılmıştır. Gövde tasarım süreci Şekil 3.’ te gösterilmiştir.
a) Üst gövde tasarımı b) Alt gövde tasarımı
c) 50*50cm karbon fiber plaka cnc kesimi d) Alt ve üst plaka kesilmiş hali Şekil 3. Gövde Tasarım Süreci
Alt ve üst gövde arasında İHA’ nın kanatları bulunmaktadır. Karbon fiber boru iç çapı 14 mm ve dış çapı 16 mm olacak şekilde seçilmiştir. Her bir borunun uzunluğu 235 mm’ dir. Borular, alt ve üst gövde arasına 3D yazıcı ile üretmiş olduğumuz kelepçeler ile sabitlenmiştir.
Kelepçeler ile alt gövde arasında ayraç (distans) bulunmaktadır. Şekil 4.’ te süreç gösterilmiştir.
a) Gövde ve boru tasarımı izometrik görüntü b) Kol üzerinde bulunan bileşenler Şekil 4. Karbon Fiber Boru Tasarım ve Üretimi
8
İHA’ nın üzerinde bulunan motor ve ESC yuvaları için kullanılabilirlik dikkate alınarak uygun tasarlanmıştır. Motor yuvaları İHA’ nın kanat ucuna konumlanacak şekilde tasarlanmıştır. ESC, kanat merkezine konumlandırılıp montajı tasarıma uygun bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Motor ve ESC yuvaları karbon fiber plakadan üretilmiştir. Bu yuvalar yine 3D yazıcı ile tasarlanan kelepçeler ile sabitlenmiştir. Yapılan tasarımlar Şekil 5.’ te yer almaktadır.
a) Motor üst ve alt yuva b) Kelepçe tasarım
c) Kelepçelerin üretim aşaması d) Kanat, motor, alt, üst kelepçe boru Şekil 5. Motor Yuvaları, Kelepçe Tasarımı, Üretimi ve Demontaj Hali
Gerekli parçaların tedarik edilmesinden sonra ana gövdenin montaj işlemi gerçekleştirilmiştir.
Şekil 6.’ da ana gövde tasarımı ve montaj işlemi yer almaktadır.
a) Ana Gövde Tasarımı b) Montaj işlemi Şekil 6. Ana Gövde Tasarımı ve Montaj İşleminin Gerçekleştirilmesi
9
İHA iniş takımı gövde merkez noktasına entegrasyonu sağlanabilecek şekilde tasarlanmıştır.
İniş takımı karbon fiber borulardan oluşmaktadır. Aynı zamanda görev mekanizmasının entegre edilebilmesi için kızaklı sistem için elverişli koşul sağlayan tutamaçlar 3D yazıcı kullanılarak üretimi yapılmıştır. Şekil 7.’ de iniş takımı tasarımı verilmektedir.
a) İniş Takımı ve Kızak Tasarımı b) Montaj İşlemi Şekil 7. İniş Takımı Tasarım ve Montaj Süreci
Gerekli tüm parçalar tedarik edilerek İHA’ nın gövde montaj işlemi elektronik bileşenler ve görev mekanizması dahil olmak üzere gerçekleştirilmiştir. Şekil 8.’ de elektronik bileşenlerin montaj işlemi verilmiştir. Şekil 9.’ da tüm bileşenlerin entegre edilmiş son hali gösterilmiştir.
Şekil 8. Elektronik Bileşenlerin Montaj İşlemleri
Şekil 9. Tüm Bileşenlerin Entegre Edilmesi
10
İHA 3 (Ön, Yan ve Üst) Görünüş ve Perspektif Görünüş Teknik Çizimleri
Autodesk Fusion 360 programında tasarladığımız İHA’ nın teknik çizimleri Şekil 10., Şekil 11., ve Şekil 12.’ de verilmektedir.
Şekil 10. İHA Ön Görünüm ve Teknik Çizimi
Şekil 11. İHA Yan Görünüm ve Teknik Çizimi
Şekil 12. İHA Üst Görünüm ve Teknik Çizimi
11 2.3 Aerodinamik Stabilize ve Kontrol Özellikleri
İHA’ da Kavramsal Tasarım Raporu’ nda belirtilen motor ve frame modelinde güncellemeler yapıldığından yapılan yük testi ve ecalc.h analizleri sonucunda uygun motor ve pervane boyutu belirlenmiştir. Tercih edilen motor 860g thrust, Li-Po pil ise 3 hücreye sahiptir. Bu seçime göre 10*45 boyutunda pervane kullanılması İHA’ nın istenilen verimde uçmasını ve uçuş esnasında oluşacak girdaplardan kaçınmasını sağlanmaktadır. Bütün güncellenmeler sonucunda önceki PID değerleri de deneme yanılma işlemi ile güncellenmiştir. Aşağıda pervaneye ait yük testi, tam itki durumunda motor analizleri ve PID değişkenleri verilmiştir.
Tablo 5. Pervane Yük Testi Voltaj
(V)
Pervane Boyutu
Akım (A)
İtme (G)
Güç (W)
Verimlilik (G/W)
Hız (RPM)
11.1 V 10*4.5
1 130 11 11.8 2940
3 290 33 8.8 4400
6 480 66 7.3 5720
8 590 88 6.7 6170
9,6 670 106 6.3 6530
Şekil 13. Sırasıyla Görev 1 ve Görev 2 İçin Tam İtki Durumunda Oluşan Motor Grafiği
Şekil 14. Default PID Değerleri ve Yeni PID Değerleri
12 2.4 Görev Mekanizması Sistemi
Görev 2’ de belirtilen kurallar doğrultusunda hazne içerisine su alıp bırakma işlemi gerçekleştirilecektir. Görev mekanizması İHA’ nın merkez noktasıyla uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır. Görev mekanizması alt gövdenin altına konumlanmaktadır. Alt gövdeye iniş takımı ile beraber entegre edilmektedir. İstenilen su miktarına göre bir su haznesi tasarımı yapılmıştır. Bu haznenin iç boyutları 100*70*50 mm’ dir. Dış boyutları 104*74*52 mm’ dir.
Tasarımın iç ölçülerinin hacim hesaplamasına göre 350 santimetreküp hacme sahip bir hazne üretimi yapılmıştır. Hazne gövdesi, kapak ve motor tutacağı gibi bileşenler 3D yazıcı ile üretimi gerçekleştirilmiştir. Yapılan tasarım Şekil 15., Şekil 16. ve Şekil 17.’ da yer almaktadır.
Şekil 15. Su Haznesi Tasarımı ve İniş Takımı Montaj Tasarımı
Şekil 16. Su Haznesi Teknik Çizimleri ve Üretim Aşaması
Şekil 17. Su Haznesi Montaj İşlemi
Tasarımda İHA’ nın su haznesi, dikdörtgen prizma şeklinde olup 350 ml hacimli yapıya
13
sahiptir. İHA tespit edilen havuza ulaştığında iniş yaparak mini dalgıç motor, hortum yardımıyla haznenin kapasitesi kadar suyu haznesine vakumlayacaktır. Su alma işlemi başladıktan sonra hazne içerisinde bulunan sıvı seviye sensörü aracılığıyla haznenin doluluk oranı maksimum seviyeye ulaştığında mini dalgıç motoru su alma işlemini sonlandıracaktır.
Kalkış yaparak belirlenen rotada otonom uçuşu gerçekleştirdikten sonra su bırakma havuzuna geldiğinde tekrar dikey iniş yaparak fırçasız mini dalgıç motor yardımıyla haznenin içindeki taşıdığı suyu vakumlayarak hortum yardımıyla su bırakma konumuna boşaltacaktır.
Sıvı seviye sensörü tahliye işleminden sonra hazne içerisinde su bulunmadığına dair analog sinyal gönderdiğinde İHA Görev 2’ yi tamamlamak için bitiş çizgisine yönelecektir.
Testlerde şartnameye uygun 3 metre çapında, 70 cm derinliğinde ve 2 metre çapında, 100cm derinliğinde su geçirmez branda kullanılacaktır. İHA yarışma kurallarında Görev 2 için verilen şemada su alma alanı mavi ve su bırakma alanı kırmızı olarak işaretlenmiştir. Faydalı yük alma ve bırakma noktalarının renkli olması görev esnasında görüntü işleme yapma olanağı sağlayacaktır. Görüntü işlemek için NVIDIA Jetson Nano kartı ve NVIDIA Jetson Nano uyumlu kamera kullanılarak 1. turda su alma ve su bırakma alanları tespit edilecektir. Phyton yazılım programında görüntü işleme için gereken algoritma kullanılarak testler yapılacaktır. 2. tur esnasında 1. turda tespit edilen su alma ve bırakma alanları GPS’ den alınan koordinatları kaydederek Pixhawk kartı ile haberleşecektir.
Şekil 18. NVIDIA Jetson Nano ve Kameranın İHA Üzerine Yerleşimi 2.5 Elektrik Elektronik Kontrol ve Güç Sistemleri
Görev 1 ve Görev 2’ nin yerine getirebilme amacıyla üretilen İHA’ nın en verimli şekilde uçuş sağlaması ve görevleri başarıyla yerine getirebilmesi için seçilen elektrik-elektronik
14
malzemeler ecalc.ch analizleri sonucu değerlendirilip en uygun seçim yapılmıştır. Aşağıdaki Tablo 6.’da Görev 1 ve Tablo 7.’de Görev 2 için kullanılan genel malzeme listesi bulunmaktadır.
Tablo 6. Görev 1 İçin Kullanılacak Elektronik Malzemeler
Malzeme Parametreler Avantaj ve Dezavantaj
Pixhawk 2.4.8 Uçuş Kontrol Kartı
Komut işleme hızı, Uyumlu donanım, Yazılım desteği
Mission Planner ile programlanabilme, karmaşık görev ve uçuş komutları, tüm işlemler arasında sıkı zamanlama, düşük enerji tüketimi sağlamaktadır.
EMAX MT2213 935 KV DC Motor
860g itme kuvveti, 11.1 V çalışma gerilimi,
15 A anlık akım tüketimi
Verimli ve titreşimsiz çalışma olanağı sağlamaktadır. Düşük sıcaklıkta yüksek performanslı çalışma için silikon çeliğinden üretilmiştir. Yüksek tork elde etmektedir.
SKYWALKER 40A Elektronik Hız
Kontrolcüsü
40 A anlık akım için yeterlilik, 2S-3S Li-Po pil
uyumluluğu
Hassas motor kontrolü sağlayarak kontrol kartı tarafından belirtilen seviyede enerjinin motorlara iletilmesini sağlar. Akım değerinin %10 üzerinde olması.
Leopard Power 3s 11.1V 7000 mAh
Li-Po Batarya
11.1 V gerilim, 40C 7000 mAh Akım
Uzun süreli uçuş sağlama yüksek enerji yoğunluğu ve dengeli deşarj performansına sahiptir. Yanıcı ve patlayıcı özelliğe sahip olduğundan uygun ortam sıcaklığı sağlanmalıdır.
Karbon Pervane
10x45 inç boyut, Dingil mesafesi, Motora uyumluluk
Pervaneler hafif ve yüksek mukavemete sahip olmalarının yanında uçarken girdaptan kaçınmak için 15° açıya sahiptir.
Radiolink SE100 GPS
Kontrolcü ile uyumluluk, 4G Akselerasyon,
515 m/s Hız
PIX uyumluluğu ile 0.1m/s yüksek hız hassasiyeti ve düşük güç tüketimine sahiptir.
Matek Güç Dağıtım Kartı
3S-4S Li-Po giriş voltajı,
15x6 sürekli çıkış akımı 5V/2A – 12V/3A çıkış
ESC için yeterli çıkış sayısına sahip güç dağıtım kartı üzerinde bulundurduğu çıkışlar ile sensörlere enerji sağlayabilmektedir.
Flysky İ6 Kumanda ve Alıcı
6 kanal, 1024 hassasiyet, İ-Bus & S-Bus seçeneği
Kumanda da bulunan güncelleme özelliği aracılığıyla kumanda 10 kanallı olma özelliği kazanmaktadır. Yüksek irtifada kesintisiz sinyal sağlamaktadır.
15
Uçuş kontrol kartı; uygulama esnasında yüksek işlem gücü, GPS, pusula, SPI haberleşme için olanak tanıma ve yazılım desteği sağlama, STM32 işlemciye sahip, dahili sensörleri bulunan açık kaynak kodlu PX4 2.4.8 tercih edilmiştir. Motor; yapılan incelemeler sonucu maliyet ve isterler göz önünde bulundurularak EMAX MT2213 935 KV model motor seçimi yapılmıştır.
Motorların sahip olduğu tork değerlerine göre 10*45 model pervane seçilip uçuştan yüksek verim alınması sağlanmıştır. Batarya değerleri yapılan analizler sonucu yetersiz kaldığından hedeflenen görevlerin icrası sonucunda kapasite olarak 3S 40C 7000 mAh 11.1V şarj edilebilir Li-Po pil kullanılmasına karar verilmiştir. Elektronik hız kontrolü; itme gücü üretmesi bataryanın uyguladığı ani akım hesaplamaları göz önünde bulundurularak 40A elektronik hız kontrolcüsü seçilmiştir. GPS, PX4 ile uyumlu pusula sensörü içeren Radiolink SE100 modülü seçilmiştir.
XBEE telemetri modülü; bilgisayarlar ve seri porta sahip cihazlar da sorunsuz ve sağlam bir bağlantı kurabilmeye olanak tanır. Noktadan noktaya veya çok noktalı haberleşme modlarını da desteklemektedir. Kumanda, 6 kanala sahip olsa da 10 kanala çıkarılarak Flysky İ6 kumanda tercih edilmiştir.
Tablo 7. Görev 2 İçin Ek Elektronik Malzemeler
Malzeme Parametreler Avantaj ve Dezavantaj
NVİDİA Jetson Nano ve Uyumlu
Kamera
2 GB, Kamera girişi HDMI çıkış portu, 3280x2464 Çözünürlük
8 milyon piksel
Yüksek görüntü kamerası ve çözünürlüklü Jetson Nano uyumlu kamera ile görüntü alınıp NVİDİA Jetson Nano da görüntüler işlenmektedir.
Arduino Nano
A0-A7 8 analog giriş, 14 dijital giriş portu,
5-12V harici güç
Üzerinde bulunan analog girişlerden alınan sinyalleri farklı komutlara dönüştürerek işlem yapmayı sağlar.
L298N Motor Sürücü Kartı
5-12V Giriş gerilimi, 2 adet dc motor kontrolü, Kanal başına
2A verme
Dc motor kontrolü için oldukça kullanışlı olan motor sürücü kartı 12 volt gerilim ile beslenen motorlara gereken enerji verebilecek düzeydedir.
Mini Su Pompa Motoru
6-12V Giriş gerilimi, 0,5–0,7 A ile 2m’den
pompalama
Su pompalama işlemi yapılırken oldukça sessiz çalışan dc motor belirli yüksek- likten suyu rahatlıkla pompalamaktadır.
Sıvı Seviye Sensörü
3–5V Besleme girişi, 20 mAh akım çekme
Su seviyesini belirlemek için analog sinyaller ile ölçebilmektedir.
Görev 2 için yük alma-bırakma mekanizması için NVİDİA Jetson Nano kullanılacaktır. Karttan alınan su alma-bırakma alanının görüntü parametreleri Pixhawk a iletilerek GPS konumları kaydedilecektir. 2. turda, Pixhawk uçuş kartında kayıtlı GPS alanlarına ulaşıldığında su
16
bırakma mekanizmasında mini dalgıç motor ters yönde çalışarak suyun boşaltılmasını gerçekleştirecektir.
Şekil 19. İHA Elektronik Şeması
Sigorta-buton bağlantısı yapıldıktan sonra buton bacakları yalıtılarak gövde üzerine montajı gerçekleştirilmiştir. Şekil 20.’ de sigorta ve akım kesici verilmiştir. Şekil 21.’ de elektronik hız kontrolcülerinin motorlara, güç dağıtım kartına ve Pixhawk kartına bağlantıları gösterilmiştir.
Şekil 20. Sigorta- Buton Bağlantı ve Entegrasyonu
Şekil 21. ESC Motor ve Güç Dağıtım Kartı Entegrasyon İşlemi
17
Mission Planner üzerinden ESC, pusula, kumanda kalibrasyonu ile birlikte motor kalibrasyonu yapılır. Motor kalibrasyonu verileri Şekil 22.’ de verilmiştir.
Şekil 22. Pusula Motor Kalibrasyonu
2.6 Hedef Tespit ve Tanıma Sistemi
Görev 2’ de NVİDİA Jetson Nano kartı ile Jetson Nano uyumlu kamera aracılığıyla su alma ve su bırakma alanının tespit edilerek Pixhawk kartı ile haberleşerek bilgi göndermektedir. 2. turda tespit edilen alanlara geldiğinde su alma alanında alçalarak yeterli mesafeye indiğinde Pixhawk, Arduino Nano ile haberleşerek mini dalgıç motorunu çalıştırarak suyu hazneye çekecektir. Haznede maksimum doluluğa ulaştığında bulunan sıvı seviye sensörü Arduino Nano analog çıkışından bilgi akışı sağlayarak mini dalgıç motorunun durmasını sağlayacaktır.
Su bırakma alanına geldiğinde İHA alçalarak mini dalgıç motorunu ters yönde çalıştıracak ve su tahliye işlemi gerçekleşecek. Tahliye işlemi bittiğinde sıvı seviye sensörü analog pinler yardımıyla Arduino Nano üzerinden Pixhawk’ a iletecek ve İHA uçuş rotasında devam ederek görevi tamamlayacaktır. Şekil 23.’ te görüntü tespit ve tanıma sistemi gösterilmiştir.
Şekil 23. Hedef Tespit ve Tanıma Sistemi Algoritması
18 2.7 Uçuş Performans Parametreleri
Elektronik ve mekanik donanımımızın ölçütleri göz önünde bulundurularak ecalc.ch analizi yardımı ile uçuş esnasında elde edilecek uçuş süresi, motorların maksimum ve optimum durumda sahip olduğu akım, gerilim ve verim gibi parametreler Tablo 8.’ de yer almaktadır.
Tablo 8. Ecalc.ch analizleri GÖREV 1
Batarya Motor Max. Verim Motor Opt.
Verim
Motor Uçuş Verileri
Yükle 9.18 C Akım 12.25 A Akım 5.53 A Akım 4.27 A
Gerilim 11.3 V Gerilim 11.23 V Gerilim m
11.52 V
Gerilim 11.58 V Kapasit
e
7000mA h
Güç/Ağırlı k
403W/kg Verim 82.1
%
Güç/Ağırlı k
147.5W/k
Uçuş 15.9 dk Verim 75.7 % - - Verim 75.8 % g
GÖREV 2
Batarya Motor Max. Verim Motor Opt.
Verim
Motor Uçuş Verileri
Yükle 12.08 C Akım 16.11 A Akım 8.62A Akım 6.21 A
Gerilim 11.16 V Gerilim 11.06V Gerilim 11.39 V
Gerilim 11.49 V Kapasit
e
7000mA h
Güç/Ağırlı k
411.2W/k g
Verim 80.3% Güç/Ağırlı k
168.5W/k
Uçuş 11 dk Verim 76% - - Verim 75.4% g
Tüm motorların sağladığı itki kuvveti maksimum 5160 gr’ dır. Ancak İHA’ dan maksimum verim alabilmek için motorların uyguladığı 5160 gr thrust değerinin yarısı kadar maksimum uçuş ağırlığı sağlanmıştır. Görev 1’de İHA’ nın ağırlığı 1996 gramdır, Görev 2 için ise faydalı yük dahil 2631 gr olarak hesaplanmıştır. Ağırlığımızdan 45 gram fazla ağırlık ile maksimum verimli uçuş parametrelerine yakın performans sergilemektedir. Görev 1’de 15,9 dakika boyunca kesintisiz uçuş yapılabiliyorken Görev 2’de 11 dakika uçuş yapılabilmektedir.
Şekil 24. Görev 1 Uçuş Süresi Grafiği
19
Şekil 25. Görev 2 Uçuş Süresi Grafiği 2.8 Hava Aracı Maliyet Dağılımı
Tablo 9.’da Alkin takımının nihai insansız hava aracının maliyeti verilmiştir.
Tablo 9.İHA’nın Malzeme Maliyet Tablosu Mekanik
No Parça Adı Birim Fiyatı Miktar Toplam Fiyat
1 Frame 1500₺ 1 1500₺
2 Malzeme Çantası 222,5₺ 2 445₺
3 Mekanik Bileşenler(Cıvata, somun vs) 30-50₺ 10 300₺
4 1045 Pervane 10₺ 18 180₺
Elektronik/Donanım
1 EMAX MT2213 935KV Motor 180₺ 6 1080₺
2 Pixhawk ve Donanım Seti 1680₺ 1 1680₺
3 SKYWALKER 40A ESC 159₺ 6 954₺
4 NVIDIA Jetson Nano ve Kamera 1050₺ 1 1050₺
5 7000 mAh 11.1 v Li-Po Pil ve Şarj Cihazı
1055₺ 1 1055₺
6 XBee Modülü 362₺ 1 362₺
7 Kumanda ve Alıcı 596₺ 1 596₺
8 32 gb ve 64 gb SD Kart 195₺ 1 195₺
9 Matek Güç Dağıtım Kartı 55₺ 1 55₺
Görev Gereksinimleri
1 Mini Dalgıç Motor 72₺ 3 216₺
2 Sigorta ve Buton 120₺ 1 120₺
3 Elektronik Bileşenler (Sürücü vs) 30-50₺ 4 150₺
TOPLAM 9938₺
