2.
TÜBİTAK LİSELER ARASI İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI YARIŞMASI DETAYLI TASARIM RAPORU HAZIRLAMA KILAVUZU2021
2. TÜBİTAK LİSELER ARASI İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI YARIŞMASI DETAYLI TASARIM RAPORU
TAKIM ADI:ÇAİ TAKIM ID:73985
KATEGORİ: SABİT KANAT İNSANSIZ HAVA ARACI
KURUM ADI: NUH MEHMET KÜÇÜKÇALIK ANADOLU LİSESİ DANIŞMAN ÖĞRETMEN: YUNUS İLHAN
İÇİNDEKİLER DİZİNİ
Sayfa
İÇİNDEKİLER DİZİNİ ... 2
1. GENEL ÖZET ... 4
1.1 Tasarım Süreci ... 4
1.2 Temel Görev Gereksinimleri ve Tasarım Özellikleri (5 puan) ... 4
1.3 Sistem Performans Özellikleri ... 5
2. YÖNETİM ÖZETİ ... 6
2.1 Takım Organizasyonu ... 6
2.2 Zaman Akış Çizelgesi ... 7
3. DETAYLI TASARIM ... 8
3.1 Tasarımın Boyutsal Parametreleri ... 8
3.2 Tasarımın Yapısal Özellikleri ... 9
3.2.1 Gövde, Mekanik Sistemler ... 10
3.2.2 Aerodinamik Özellikler ... 10
3.2.3 Görev Mekanizması Sistemi ... 11
3.2.4 Elektrik Elektronik Kontrol ve Güç Sistemleri Entegrasyonu ... 12
3.3 Uçuş Performans Parametreleri ... 13
3.4 Hava Aracı Maliyet Dağılımı ... 15
4. PROTOTİP ÜRETİM SÜRECİ ... 15
4.1 İHA İmalat ve Montaj Süreci ... 15
4.2 İHA Elektrik Elektronik Entegrasyon Süreci ... 17
4.3 İHA Montajı ve Genel Kontroller ... 18
4.4 Üretim İş Zaman Çizelgesi Planlanan ve Gerçekleşen ... 19
5. TEKNİK ÇİZİMLER ... 20
6. RAPOR YAZIM KURALLARI ... 25
1. GENEL ÖZET 1.1 Tasarım Süreci
İHA tasarımı için yaptığımız araştırmalar sonucunda önden tek pervaneli ve üstten kanatlı uçakların da stabil uçtuğu ve üretilmesinin daha kolay olduğunu öğrendik. Bu nedenle tasarımımızda bu yolu izledik.
Uçağın tasarlanmasında Fusion360 programı kullanıldı. Tasarlanan uçağa akışkan testleri yine Fusion360 ile uygulandı. Yapılan test ve araştırmalar sonucunda önden tek motorlu konvansiyonel kuyruklu, yük taşıma bölümü kanat altında gövde içinde yer alan bir tasarıma karar verildi.
Gövde yapımında hafifliği ve işlenme kolaylığı nedeniyle 5mm fotoblok tercih edildi. Kanatların üretiminde EPS köpük bloklar sıcak tel ile kesilerek üretilmesi planlandı. Mukavemeti arttırmak için içine 2 adet karbonfiber boru ile desteklenecek.
İniş takımlarında tekerlekler hazır alınırken diğer aksam alüminyum çıtalardan üretilecek. Gövde güçlendirmesinde balsa plakaların kullanılması planlandı.
İHA’mızın tasarımında üstten görünümü ise bize diğer tasarımlara göre rüzgarın geliş açısından daha az etkilenecek olan firar kenarı öne açık tasarımını tercih ettik.
Kanat ile gövdenin birleşim yerine stabilite ve sağlamlık sağlaması için 3D yazıcıdan bastığımız montaj parçaları yerleştirildi.
İHA’mızın özgün yönlerini sıralayacak olursak; Elektronik donanım hariç diğer tüm aksam kendi tasarımımızdan oluşmaktadır. İniş takımları kendi üretimimizdir.
Kanatlar okulda hazırlanan kesim makinası ile kesildi.
1.2 Temel Görev Gereksinimleri ve Tasarım Özellikleri (5 puan)
İHA önden tek motorlu, 150 cm kanat açıklığı ve 100 cm gövde uzunluğu olan konvansiyonel kuyruklu olarak tasarlanmıştır. Yük taşıma mekanizması aerodinamik avantaj için gövde içinde ağırlık merkezinde kanat altına yerleştirilmiştir. Başlangıçta tasarlanan ortadan kanatlı yapı yük mekanizmasının ölçülerinden dolayı üstten kanatlı forma dönüştürülmüştür. Sabit kanatlı olduğu için kanat profili büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle uçağımız taşıma oranı ve dengesi nedeniyle ClarkY profili ile uçta 23cm gövde birleşiminde 28 cm chord uzunluğuna sahip olacak şekilde tasarlandı.
İHA’mızın yapacağı bırakma görevi için yapılan tasarımın resmi aşağıda verilmiştir. Bu tasarımda gövdenin içinde yer alan tek kapaklı bir kutu SG 90 adlı 9 gramlık servo motor ile kontrol edilecektir. Cismi bırakma zamanı geldiğinde servo motor çalışacak ve kapak açılıp içindeki cisim aşağı doğru düşecektir. Olası bir elektrik arızasında yük
kapağı açılmayarak yükün kontrolsüz düşmesi engellenmektedir. Görev amaçlı olarak 65 cm yarıçaplı paraşüt üretildi.
Şekil1 : Görev Mekanizması Şekil2 : Kullanılan Servo Motor
1.3 Sistem Performans Özellikleri
PARAMETRE DEĞER
İHA’nın Max. Sürati 60 km/h
Gövde Malzemesi Fotoblok ,Balsa ve Köpük
Kalkış Ağırlığı 2000 g Uçuş Süresi Max. 6 dk Yük Taşıma Kapasitesi 500 g İHA’nın Uzunluğu 100 cm Kanat Açıklığı 150 cm Kalkış Mesafesi 200 cm
2. YÖNETİM ÖZETİ
Bu bölümde, başvuran takımların Akademik danışmanı, üyeleri ve takımın yetenekleri hakkında genel tanıtıcı bilgiler verilmelidir.
2.1 Takım Organizasyonu
Melih AKDENİZ: Arduino ve kodlama eğitimi aldı. Takım Kaptanı. Takım içerisindeki iletişimden ve yazılımdan sorumlu.
Mustafa YILDIZ: AutoCAD ve Fusion360 eğitimi aldı. Tasarımdan sorumlu.
Özcan Egemen USLU: Ardunio, kodlama ve Fushion360 eğitimi aldı.
Tasarımdan sorumlu.
Kerem GELDEŞ: Arduino, kodlama ve elektronik eğitimleri aldı. Elektronik tasarımdan sorumlu.
Mehmet Efe ÖZEV: Arduino ve elektronik eğitimleri aldı. Elektrik tesisatı ve montajdan sorumlu.
Melih AKDENİZ: Arduino ve elektronik eğitimler aldı. Lehim işleri ve montajdan sorumlu.
Mert ÖZALLI: Arduino ve kodlama eğitimi aldı. Simülatör ile pilotluk eğitimi alıyor. Takım pilotu. Yazılımdan sorumlu.
Yunus İLHAN: Takımın danışman öğretmeni. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Öğretmenliği bölümü mezunu. Yazılım Geliştirme Uzmanlığı, İleri Seviye Robotik, Bilgisayar Destekli tasarım, Bilgisayar Destekli 3D Tasarım ve Mobil Programcılık eğitimleri aldı.
Danışman Yunus İLHAN
Kaptan Melih AKDENİZ
Tasarım Mustafa YILDIZ
Özcan Egmen USLU
Elektronik Kerem Geldeş
Melih AKDENİZ Mehmet Efe
ÖZEV
Programlama Mustafa YILDIZ
Kerem GELDEŞ7Mert
ÖZALLI Melih AKDENİZ
Mert ÖZALLI
2.2 Zaman Akış Çizelgesi
İp No 1 2 3 4 5 6 7 8
İp Tanımı Görev Analizi Ve Literatür Taraması Tasarım Boyutsal Parametrelerinin Belirlenmesi Tasarımın Yapısal Özellikleri Kontrol ve Güç Sistemler, Tasarımı Uçuş Performans Parametreleri Hava Aracı Maliyet Hesaplama Üretim Proje Yönetimi
Kimler Tarafından Yapılacağı Melih AKDENİZ Özcan Egemen USLU Mustafa YILDIZ Özcan Egemen USLU Mustafa YILDIZ Kerem GELDEŞ Melih AKDENİZ Mehmet Efe ÖZEV Kerem GELDEŞ Mert ÖZALLI Yunus İLHAN Melih AKDENİZ Mert ÖZALLI Kerem GELDEŞ Mustafa YILDIZ Özcan Egemen USLU Yunus İLHAN Melih AKDENİZ
Haftalar
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Proje onayından yarışma tarihine kadar olan 20 haftalık süre planlanmıştır.
Tasarımın oluşturulmasını takiben gerekli malzeme ve ölçüler hesaplanarak üretim için hazırlık yapılmıştır. Gövdenin üretimini takiben elektronik sistemlerin montaj yapılmış İHA uçuşa hazırlanmıştır. Üretim yarışma gününe kadar planlanarak olası kırımda hızlı müdahale ve tadilat işlemi için hazırlık yapılmıştır.
3. DETAYLI TASARIM
Bu bölümde, sabit veya döner kanatlı İHA’nın detay tasarımı ve tasarımın özgün yönlerine yönelik bilgiler verilmelidir.
3.1 Tasarımın Boyutsal Parametreleri
7
NO PARÇA ADI AĞIRLIK(GRAM) ADET TOPLAM AĞIRLIK(GRAM)
1 Sigorta 80 1 80
2 Pixhawk the cube + GPS 110 1 110
3 ESC 60 1 60
4 Motor 282 1 282
5 Lipo pil 352 1 352
6 MG 90 S servo motor 13 6 78
7 Pervane 5 1 5
8 İniş Takımı 100 1 100
9 Gövde 130 1 130
10 Kanat 500 1 500
TOPLAM 1632 1697
Ağırlık merkezi burundan 35cm kuyruktan 65 cm uzaklıktadır.
3.2 NO PARÇA ADI AĞIRLIK(GRAM) X
UZAKLIĞI
Y UZAKLIĞI
Z UZAKLIĞI
1 Motor 282 -35 0 0
2 Aileron servo 26 0 10 40
3 Elevatör servo 13 65 10 0
4 Rudder servo 13 65 10 0
5 Pixhawk+GPS 110 -25 0 0
6 Sigorta 80 -25 5 5
7 Pil 352 35 0 0
8 ESC 60 -30 0 0
3.2.1 Gövde, Mekanik Sistemler
Mekanik sistem olarak yön hareketlerini yapacağımız rudder, elevatör ve aileron bulunmaktadır. Bu bölümler aşağıda resmi verilen MG 90 S servo motor ile kontrol edilmiştir.
Resim1 : Kullanılan Servo Motor
2. görevimiz ve diğer bir mekanik sistem olan bir cismi bırakma mekanizması ise 2 tane MG 90 S servo motor ile yönetilmiştir. Tasarımı ise tek kapaklı bir kutu gibi yapılmıştır resmi aşağıda verilmiştir.
Şekil2 : Kullanılan Servo Motor
İHA’ mızın gövdesi ise çoğunlukla fotobloktan yapılmıştır. Baştan sona uzunluğu 100 cm olan gövdemizin teknik çizimi aşağıda verilmiştir.
3.2.2 Aerodinamik Özellikler
İHA’mızın kanadında CLARK Y kanat profilini kullandık. Bu seçim İHA’ mızın kalkışını çok rahat şekilde yapmamızı sağladı. Ayrıca İHA’ mızın daha stabil şekilde uçmasını sağladı. Kanat profilimiz ve kendisine ait grafikler aşağıda verilmiştir.
0.
1
0
Aracın motor seçiminde mevcut uçuş ağırlığının %10 fazlası güce sahip Emax3526-04 motor tercih edildi. Pervane seçiminde üretici tarafından önerilen pervane tercih edilmiştir. ESC olarak maximum motor akımı olan 69A göz önüne alınarak %10 opsiyon verilerek 80A ESC kullanıldı.
3.2.3 Görev Mekanizması Sistemi
İHA’mızın görev mekanizması sisteminde 18 cm boyunda , 8 cm gnişliğinde ve 10 cm yüksekliğinde tek kapaklı bir hazne kullanılmıştır. Görev mekanizması uçağın
x x x x x
xx
x x x x x x x x x x x
Y
işlem otonom bir şekilde oto pilotumuz Pixhawk the Orange Cube ve Here 3 GPS’imiz ile kolay bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Mission Planner adlı uygulamadan hedef işaretlenmektedir. Hedefe ulaşıldığında servo motorun çalışması sağlanmıştır. Oto pilotumuzun, GPS’ imizin kullanılan servo motorun ve tek kapaklı haznenin resimleri aşağıda verilmiştir.
.
3.2.4 Elektrik Elektronik Kontrol ve Güç Sistemleri Entegrasyonu
Uçuş otonom olarak planlanmaktadır. Pixhawk The Cube Orange Ardupilot alt yapısını kullanması nedeniyle Misson planner ile programlanabilmektedir. GPS ile alınan başlangıç konumundan Takeoff komutu ile uçağın 3 metre irtifaya havalanması sağlanacak. 2. Nokta da uçağın 7 metre irtifaya çıkması hedeflenmektedir. Daha sonra uçuş alanında planlanan görev rotasını takip ederek Land komutu ile yere inmesi sağlanacak. Yük görevinde ise hedef nokta üzerinde Do set sorvo komutu ile 7 nolu
Örnek uçuş rotası aşağıda verilmiştir.
3.3 Uçuş Performans Parametreleri
İHA’ mızın motor, batarya ve pervane gibi yerlerinin performansları hesaplanıp aşağıdaki tablo ve grafikte verilmiştir.
Uçağımızın manevra görevindeki parametreleri:
Uçağımızın yük görevindeki parametreleri:
3.4 Hava Aracı Maliyet Dağılımı
NO Parça Adı Birim Fiyatı Miktarı Toplam Fiyat
1 SUNNY SKY X 3520 343 1 343
2 12X6 APC ELEKTRİK PERVANESİ GOODWAY
43,22 5 216.10
3 PİLOT RC 90 CM SERVO UZATMA KABLOSU
17,7975 4 71,19
4 4 MM BULLET CONNECTOR 14,4 3 43,22
5 60 CM SERVO UZATMA KABLOSU 14,4 6 86
6 4 MM BALSA 16,5 7 115,68
7 1X50X600 IHLAMUR LEVHA 7,628 5 38,14
8 5S 35C 2600 MAH LEOPARD BATARYA
348,3 1 348,30
9 RADİOLİNK SE 100 GPS MODÜLÜ 316,80 1 316,80 10 PİXHAWK THE ORANGE CUBE ADS-
B BOARD
3176,27 1 3176,27
11 EMAX GT 35 26/04 MOTOR 447,015 1 447,015
12 80 A SİGORTA 189,28 1 189,28
13 İNİŞ TAKIMI 164 1 164
14 KARBON FİBER BORULAR 315,41 1 315,41
15 5 MM FOTOBLOK 128,64 1 128,64
16 SARF MALZEMESİ 138,96 1 138.96
Deneme uçuşu sırasında zarar gören SUNNY SKY X 3520 motor aynı ürün bulunamadığı için yerine uçağımızın değerlerine uygun olan EMAX GT 35 26/04 motor kullanılmıştır.
4. PROTOTİP ÜRETİM SÜRECİ
4.1 İHA İmalat ve Montaj Süreci
İHA mızın gövdesi fotoblokların kesilip yapıştırılması ile hazırlandı.
Kanatlar 6cm Köpükten sıcak tel ile kesilerek hazırlandı.
Yeke ve benzeri plastik malzemeler internetten temin edilerek kullanıldı. Pushrot için bisiklet jant teli kullanıldı.
Fotobloklar sıcak silikon kullanılarak bir birine yapıştırıldı. Kanatların İçerisine karbonfiber borular yerleştirilerek güçlendirildi. Daha sonra kanatların üzeri vinil ile kaplanarak sürtünme azaltıldı.
İniş takımı alüminyum çıtadan üretilerek hazırlandı ve gövdeye vida ile bağlandı.
4.2 İHA Elektrik Elektronik Entegrasyon Süreci
İHA’ ya ilk olarak motor bağlanmıştır. Motorun kabloları 4mm muz(banana) soketler ile bağlanarak gerektiğnde müdahale kolaylaştırılmış ve yalıtım makaron ile sağlanmıştır.
2. sırada esc bağlanmış, motor ve uçuşkartına bağlanmıştır. Yerine çift taraflı bant ile sabitlenmiştir.
3. sırada Pixhawk uçuş kontrolcüsü ve GPS yerleştirilmiş ve ESC bağlantısı yapılmıştır. Yerine çift taraflı bant ile sabitlenmiştir.
4. sırada Aileron,ruder, elevator ve yük mekanizması servoları monte edilmiş uçuş kartına bağlanmışlardır. Kablolar dupond kablolar ile uzatılarak güvenlik sağlanmıştır.
Son olarak pil ve sigorta yerleştirilmiştir.
Pil yerleştirilirken motorun ağırlığını dengelemesi amacıyla aracın arka tarafına yerleştirildi. Pil ile diğer donanımların arasına 80A gücünde akım kesici düğmesi bulunan sigorta yerleştirildi. Aileronların bağlantısında ve yük kapağı bağlantısında Y çoğaltıcı dupond kablo kullanıldı. Tüm servoların kabloları dupond kablo ile uzatılarak
müdahale gerektiğinde sigorta üzerindeki düğmeye basıldığında uçak içindeki hiçbir donanıma güç gitmemektedir. Kumanda alıcısı uçuş kartına SBUS protokolü ile bağlanmaktadır.
Montaj esnasında güvenlik amaçlı sigorta kkapalı durumda tutulmalı ve işlemler sırasında yalıtak özellikli nitril eldiven kullanılmalıdır. Uçu anına kadar motora pervane ve sabitleme somunları takılmamalıdır. Devreye güç verilmeden önce kumanda aktive edilmeli ve throttle 0 a çekilmelidir.
4.3 İHA Montajı ve Genel Kontroller
İş Paketi Evet Hayır
Tüm bağlantı noktaları yapıştırıldı mı?
Vidalar kontrol edildi mi?
İniş takımı sabitlendi mi?
Hareketli parçalar ve kapaklar lifli bant ile desteklendi mi?
Sigorta bağlı ve kapalı mı?
Pil Şarjı kontrol edildi mi?
Kablolar kontrol edildi mi?
Kumanda alıcısı bağlı mı?
Pervaneler motordan söküldü mü?
Pil bağlandı mı?
Alıcı SBUS ayarlı mı?
ESC kalibre edildi mi?
Servolar hareket ediyor mu?
Ağırlık merkezi kontrol edildi mi?
4.4 Üretim İş Zaman Çizelgesi Planlanan ve Gerçekleşen
İş Paketi Planlanan Gerçekleşen
Görev Analizi Ve Literatür Taraması
2 Zamanında Tamamlandı
Tasarım Boyutsal Parametrelerinin Belirlenmesi
2 Gövdeye taşıma
mekanizması sığmadığı için tasarım değişikliği yapılması nedeniyle 1 haftalık gecikme yaşandı.
Tasarımın Yapısal Özellikleri
2 Zamanında Tamamlandı
Kontrol ve Güç Sistemler, Tasarımı
3 Zamanında Tamamlandı
Uçuş Performans Parametreleri
4 Zamanında Tamamlandı
Hava Aracı Maliyet Hesaplama ve Ürün Temini
4 Bayram tatili ve bazı
ürünlerin yurt dışından temin edilmesi nedeniyle
haftalık gecikme yaşandı.
Üretim 14 Yaşanan kırımlar
nedeniyle üretim sürekli tekrarlandı. Bu nedenle 1 haftalık gecikme yaşandı.
Proje Yönetimi 20 Halen devam ediyor
5. TEKNİK ÇİZİMLER
6. RAPOR YAZIM KURALLARI
Hazırlanan raporun aşağıdaki kurallara uyması gerekmektedir.
• Raporun 40 MB dosya boyutundan fazla olmaması,
• Sayfa büyüklüğünün A4 olarak seçilmesi ve yazıların Arial fontunda, 12 punto büyüklüğünde olması,
• Kapak ve ekler dâhil 30 sayfayı geçmemesi,
• Satır aralıklarının 1,5 satır olarak düzenlenmesi,
• Sayfa sağ, sol, alt, üst kenar boşluklarının 2,5 cm (0.984 inç) olarak ayarlanması
• Tablolardaki bilgilerin Times New Roman biçiminde ve 11 punto büyüklüğünde olması
• Şekillerde verilen bilgi ve detayların herhangi bir büyütme işlemine gerek olmadan okunabilir olması,
• Formüllerin 11 punto olması.
NOT: Raporun 30 sayfadan fazla olması durumunda, fazla olan her bir sayfa başına toplam puan üzerinden %2 puan kırılacaktır.
