1
2
3 1.GENEL ÖZET4
1.1Tasarım Süreci4
1.2 Temel Görev Gereksinimleri ve Tasarım Süreci4 1.3 Sistem Performans Özelikleri5
2.YÖNETİM ÖZETİ6
2.1 Takım Organizasyonu6 2.2 Zaman Akış Çizelgesi7 3.DETAYLI TASARIM8
3.1 Tasarımın Boyutsal Parametreleri8 3.2 Tasarımın Yapısal Özellikleri10
3.2.1 Gövde, Mekanik Sistemler10 3.2.2 Aerodinamik Özellikler12 3.2.3 Görev Mekanizması Sistemi13
3.2.4 Elektrik Elektronik Kontrol ve Güç Sistemleri Entegrasyonu15 3.3 Uçuş Performans Parametreleri17
3.4 Hava Aracı Maliyet Dağılımı20 4.PROTOTİP ÜRETİM SÜRECİ21
4.1 İHA İmalat ve Montaj Süreci21
4.2 Elektrik Elektronik Entegrasyon Süreci21 4.3 İHA Montaj ve Genel Kontroller22
4.4 Üretim İş Zaman Çizelgesi Planlanan ve Gerçekleşen24 5.TEKNİK ÇİZİMLER25
4 1. GENEL ÖZET
1.1 Tasarım Süreci
Literatür taraması yapıldıktan sonra yarışma şartnamesi detaylıca incelendiğinde üretilen aracın sırasıyla 1. görev içi mümkün olan maksimum hızda ve minimum ağırlıkta olması, 2. görev için ise yine maksimum hızda fakat yükü isabetli bir şekilde istenilen alana bırakabilen bir kabiliyette olması gerektiği belirlendi.
Belirtilen tasarım koşullarının belirlenmesinin ardından manevra kabiliyetinden ödün vermeyen en hafif konfigürasyon olan Quadcopter konfigürasyonu seçildi. Gövde malzemesi olarak yüksek mukavemetine rağmen bir yandan da hafiflik sağlayan karbon fiber plaka kullanılmasına karar verildi.
Malzemelerin rahat yerleştirebilmesi için gerekli alanı sağlayabilen ve manevra kabiliyeti yüksek olan HX çerçeve türü seçildi. Kullanılacak elektronikler belirlendikten sonra elektroniklerin ve sığabileceği minimum gövde boyutlarına sahip gövde Solidworks üzerinden tasarlandı. Statik analizler sonucunda ise gövde tasarımı revize edildi. Takım üyeleri tarafından özgün olarak tasarlanan gövde, karbon fiber plakadan CNC kesim ile üretildi.
1.2 Temel Görev Gereksinimleri ve Tasarım Süreci
Araç için 1. görevde yük ile birlikte görevi yapabilen ve 2. görevde yükü bırakılması gereken alana kadar rahatlıkla taşıyıp bırakılabilen bir yük bırakma mekanizması Solidworks üzerinden tasarlandıktan sonra 3D yazıcıdan PLA malzeme ile basıldı. Bu mekanizma, danışma değerlendirme kurulunun bildirdiği 178 mm uzunluğa ve 58 mm genişliğe sahip olan 330ml su şişesi yükünü kolaylıkla ve stabil olarak tutabilen bir şekilde tasarlandı. Yük bırakma mekanizmasının kapağı servo motor ile kontrol edilerek açık veya kaplı konuma getirilmektedir.
Yükün bırakılmasının ardından hızını düşürerek hedef alana zarar almadan inebilmesi için paraşüt eklentisi tasarlandı. Tasarlanan paraşüt şişenin kapak kısmındaki boğuma ip yardımı ile düğüm atılarak bağlanmaktadır.
Araç her iki görevi de otonom olarak gerçekleştirecektir. Araca otonom uçuş özelliği kazandırmak için harici olarak gps, pusula gibi sensörlerin bağlandığı
5 Pixhawk 4 mini kartına ardupilot yazılımı yüklenerek Mission Planner üzerinden uçuş rotası çizilmesi şeklinde otonom uçuş özelliği kazandırıldı.
Mekanik bir güvenlik önlemi olarak, kestirilen karbon plakaların olası kaza durumunda minimum zarar vermesi için köşeli tarafları zımparalandı. Elektronik olarak ise mümkün olduğunca makaron kullanılarak açıkta elektrik geçiren kablo ve bağlantı yerleri izole edildi. Ayrıca acil durumlarda elektriği kesmek için akım kesici ve kısa devre veya arızalı parçalardan dolayı oluşan yüksek akım durumları için sigorta kullanıldı. Yazılımsal olarak ise kumanda bağlantısının kesilmesi gibi acil durumlarda araç RTL moduna geçerek kalktığı konuma geri gelmektedir. Eğer kalktığı yere inecek kadar pil gücü yok ise olduğu konuma inmektedir.
Çalışmalarımızı yaparken COVID-19 salgını önlemlerine uyarak mümkün olduğunca kapalı alanda kalmayarak kaldığımız durumlarda ise sosyal mesafe mümkün
olduğunca korunarak maske takıldı. Bunu yanı sıra gözlük eldiven gibi koruyucu ekipmanlar kullanılarak kapalı alanda pervaneler takılı iken test yapılmadı.
1.3 Sistem Performans Özelikleri
Aracın sistem performans özellikleri profesyonel xcopterCalc programı üzerden aracın özelikleri ve kullanılan malzemeler girilerek hesaplanmıştır. Hesaplanan değerler tablo x te verilmektedir.
Performans Parametreleri
Yüksüz Ağırlığı 1325 g
Yük Taşıma Kapasitesi 3675 g
Maksimum Hız 32 m/sn
Tırmanma Hızı 17m/sn
Ortalama Uçuş Süresi 2.5 dk
Maksimum Menzil 2.4 km
Havada Asılı İken Verimlilik 83.90%
Makimum Gazda Verimlilik 72%
Maksimum Yatış Açısı 74°
Maksimum Çekilen Güç 4460 W
Maksimum Çekilen Amper 180A
Tablo 1
6 2. YÖNETİM ÖZETİ
2.1 Takım Organizasyonu
Şekil 1 te KİTT Alaca Doğan takımı takım şeması tablo 2’de ise takım üyelerini tanıtan bilgiler verilmektedir.
Şekil 1
İsim Soyisim Tanıtıcı Bilgi
Zafer KARAGÖZ 9 Yıldır okulumuzda İngilizce öğretmenliği yapmaktadır.
Alperen ÖZALP
1 yıl İngilizce hazırlık okuyan Alperen şu an 11.sınıfa geçen bir sayısal öğrencisidir.
Birçok robotik yarışmaya katılan Alperen Robotex yarışmasında çizgi izleyen kategorisinde 1. olarak Estonyada düzenlenen yarışmada ülkemizi temsil
etmiştir.Ayrıca 1.liseler arası iha yarışmasında finalede yarışmıştır.
Muhammed Emre
KOCAMAN Emre 12.sınıfa geçen sayısal öğrencisidir. 1. Liseler Arası İHA yarışmasında finalede yarışmıştır.
Yusuf ERKOÇ Yusuf 9. sınıf öğrencisi olup, 3D tasarım programlarında tecrübelidir.
Halil İbrahim AYGÜN
1 yıl İspanyolca hazırlık okuyan Halil şu an 11. sınıfa geçen eşit ağırlık öğrencisidir. Bir çok robotik yarışmaya katılmış olan Halil, Robotex yarışmasında çizgi izleyen kategorisinde 1. olarak Estonya’da düzenlenen yarışmada ülkemizi temsil etmiştir.
Tablo 2
7 2.2 Zaman Akış Çizelgesi
Tablo 3’te planlanan zaman çizelgesi verilmiştir.
Tablo 3
Ağustos Eylül
14 Proje Yönetimi Alperen ÖZALP
Aylar
Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz
12 Görev Test Uçuşları Tüm Takım Üyeleri
13 Yarışma Tüm Takım Üyeleri
10 Detaylı Raporun
Hazırlanması Tüm Takım Üyeleri
11 Uçuş Videosu Tüm Takım Üyeleri
8 İlk Üretim Tüm Takım Üyeleri
9 Yazılımın hazırlanması M. Emre KOCAMAN 6 Kavramsal Rapor
Hazırlanması Tüm Takım Üyeleri
7 Ön Tasarım
Optimizasyonu Tüm Takım Üyeleri 4 Tasarımın yapılması Yusuf ERKOÇ 5 Malzeme Seçimleri Alperen ÖZALP 2 Görev Dağılımları Alperen ÖZALP
3 Boyutsal
Parametrelerinin Alperen ÖZALP No İş Paketleri Kimler Tarafından Yapılacağı
1 Görev analizi ve Literatür
Taraması Tüm Takım Üyeleri
8 3. DETAYLI TASARIM
3.1 Tasarımın Boyutsal Parametreleri
Aracı oluşturan tüm komponentlerin adet ve ağırlıkları tablo 4 te verilmiştir.
No Parça Adı Ağırlık (gram) Adet Toplam Ağırlık(gram)
1 Alt Gövde 109 1 109
2 Üst Gövde 16.4 1 16.4
3 Motor 47.5 4 190
4 Pervane 9 4 36
5 GPS 106 1 106
6 GPS Tutucu 36 1 36
7 Aralayıcılar 1.4 8 11.2
8 6mm Vidalar 0.4 22 8.8
9 10mm vidalar 0.7 4 2.8
10 Somunlar 0.2 8 1.6
11 Lipo 230 1 230
12 Telemetri 18 1 18
13 Radyo Alıcı 1.5 1 1.5
14 Güç Modülü 20 1 20
15 Akım Kesici 13 1 12
16 Sigorta 11 1 12
17 Pixhawk 4 Mini 37.2 1 37.2
18 4in1 ESC 17.5 1 17.5
19 5V UBEC 1 1 1
20 Yük Bırakma Sistemi 76.5 1 76.5
21 Yük Bırakma Sistemi Kolu 15 1 15
22 Yük Bırakma Servosu 17 1 17
23 330 ml Su Şişesi (Yük) 350 1 350
TOPLAM 1325.5
Tablo 4
9 Aracın temel boyutları şekil 2’de verilmiştir.
Şekil 2
Aracın maksimum stabilitede olması için itki merkezi ile ağırlık merkezi çakışık olcak şekilde komponentler yerleştirilmiştir.Bu komponentlerin yerleşimi tablo x te gösterilmiştir. Aracın x ve z eksenlerinde paralel olarak yerleştirilen motor, pervane , aralayıcılar ,aralayıcı vidaları; ağırlık merkezine yerleştirilen kontrol kartı ,esc ,pil ,yük bırakma mekanizması ve yük ;ağırlık merkezini değiştirmediği için tabloda verilmemiştir.
No Parça Adı Ağırlık(gram) X uzaklığı(mm) Z uzaklığı(mm) Y uzaklığı(mm)
1 GPS 106 -54 0 130
2 GPS Tutucu 36 -54 0 17
3 Telemetri 18 -55 0 -24
4 Radyo Alıcı 1.5 -74 0 -15
5 Güç Modülü 20 39 0 -14
6 Akım Kesici 13 75 0 -25
7 Sigorta 11 42 0 -20
8 5v Ubec 1.5 32 0 -25
9 Yük Bırakma Servosu 17 0 46 -43
Tablo 5
10 Bu yerleşim sonucunda ağırlık merkezi yüksüz durumda itki merkezinden y
ekseninde 8mm yukardadır. Z ve x ekseninde ise çakışıktır. Yüklü durumda ise x , y ve z eksenlerinde çakışıktır.
3.2 Tasarımın Yapısal Özellikleri 3.2.1 Gövde, Mekanik Sistemler
Tablo 5’de gövde konfigürasyonları karşılaştırılmış ve quadcopter konfigürasyonu seçilmiştir.
Özellik Katsayı Tricopter Quadcopter Hexacopter Octocopter
Ağırlık 5 5 4 2 1
Manevra Kabiliyeti 4 1 3 4 5
Üretim Zorluğu 1 2 4 2 1
Maliyet 2 4 3 2 1
Güvenlik 3 1 2 3 4
Yük Taşıma Kapasitesi 2 1 2 3 5
Toplam - 44 52 47 50
Tablo 6
Şekil 3’te gösterildiği gibi +,X,H,HX gibi gövde türleri vardır.HX gövde türünün hem hareket kabiliyetinin fazla olması hem de kullanılacak elektronikler için diğerlerine nazaran daha fazla alan sunmasından ötürü seçilmiştir.
Şekil 3
Aracın gövde ve kolları şekil 4’teki gibi ayrı biçimde kestirilip daha sonradan birleştirilebilir. Bu yöntem gövde onarımı ve mali açıdan avantajlı olsa da gövdenin şekil 5’teki gibi yekpare bir şekilde kestirilmesi ağırlık, sağlamlık, tasarım ve üretim kolaylığı açısından avantaj sağladığı için yekpare gövde olarak üretildi.
11 Şekil 4 Şekil 5
Aracımız ana üretim malzemesi, piyasada kullanılan malzemelerin yoğunluk, dayanım, üretim zorluğu ve mali açısından karşılaştırılarak karbon fiberin diğerlerine göre avantajlı olmasından ötürü seçildi. Malzemelerin karşılaştırılması tablo 7’de verilmiştir
Özellikler Katsayı Karbon Fiber PLA Alüminyum G10 ABS
Yoğunluk 5 3 4 1 2 4
Dayanıklık 5 5 1 3 5 2
Üretim Zorluğu 2 2 4 2 2 2
Maliyet 3 2 4 2 2 3
Toplam 50 45 30 45 43
Tablo 7
Gövde karbon fiber plakadan üretilecektir. Karbon fiber örgü türü olarak en çok kullanılan 2 çeşidi örgü vardır twill örgü ve plane örgü. İkisi arasında marjinal bir fark olmasa da twill örgünün daha az esneme yapmasından dolayı tercih edildi.
Aracımızın tasarımı solidworks üzerinden yapılmıştır. Tasarım dwx formatı ile CNC router da kesilmiştir. CNC en ince ucu 1mm olduğundan ötürü tasarımda 1mmden daha küçük detay bulunmamaktadır.
Aracımızın alt plakası 5mm plakadan kesildi. Alt plakaya dahil olan kolların genişliği ise 12 mmdir. Solidworks üzerinden statik analiz yapılarak gerçekte gelecek olan yükün 1.5 katı verilerek statik analiz yapıldı. Analizle gövdeye yük binmeyen yerlere ağırlığı azaltmak için boşaltmalar yapıldı. Analiz ve malzeme özellikleri şekil 6’verilmiştir.
12 Şekil 6
3.2.2 Aerodinamik Özellikler
Pervaneler AA*BB*C şeklinde isimlendirilir. AA pervanenin uçtan uca inç biriminde uzaklığı ,BB pervanenin bir dönüşünde kat ettiği inç biriminde mesafe, C ise pervanenin yaprak sayısını ifade eder. Araçta kullanılacak olan pervane ,motor boyutları ve gövdenin izin verdiği boyutlar göz önünde bulunarak seçildi. Burada öncelikle gövde boyutu belirlendi. Daha sonra gövdeye göre pervane, pervaneye göre de motor ölçüleri belirlendi. Genel on kabul olarak piyasada gövde ölçüsüne göre kullanılan motor ve pervane ölçüleri tablo 8’de verilmiştir.
Gövde Boyutu Pervane Ölçüsü Motor Boyutu Kv Değeri 150mm ya da daha
küçük
3" ya da daha küçük
1105-1306 ya da daha küçük
3000kv ya da daha yüksek
180mm 4" 1806-2204 2600kv-3000kv
210mm 5" 2205-2208,2305-2306 2300kv-2600kv
250mm 6" 2206-2208,2306 2000kv-2300kv
350mm 7" 2506-2806.5 1200kv-1600kv
450mm 8",9",10" yada daha büyük
26XX ya da daha büyük
1200kv ya da daha düşük Tablo 8
Özellikleri Karbon Fiber Yoğunluk 1.5
g/cm3 Çekme
dayanımı 775Mpa Sıkıştırma
dayanımı 475 Mpa Bükülme
mukavemeti 725 Mpa Eğilme
Modulü 60 Gpa
13 Araçta 7 inç pervane kullanılacaktır. Pervaneler 2,3 hatta 4 yapraklı
olabilmektedir fakat piyasada en çok 2 ve 3 yapraklı pervane kullanılmaktadır.
Pervanenin yaprak sayısının artması daha fazla itki üretirken daha fazla sürtünme ve sürüklemeye sahip olduğu için daha az verimliliğe sahiptir. Araç için itkinin önemi verimlilikten fazla olduğu için 3 yapraklı pervane tercih edildi.
Pervanenin hatve değeri arttıkça daha fazla hava iterek daha fazla itki sağlar buda maksimum hızı artırır fakat bu daha küçük hatveli pervaneler göre daha fazla güç harcatır. Düşük hatveli pervanelerde ise iteceği hava azalmasın karşın torku artmaktadır buda hızlanmayı iyleştirir. Tablo 9’da iki farklı hatve değerine sahip 7*3.5*3 pervane ve 7*4*3 pervanenin brotherhobby 2806.5 1300kv motor ve 6s lipo ile test değerleri
verilmiştir ve araçta yüksek hatveli 7*4*3 pervane seçildi.
Tablo 9 3.2.3 Görev Mekanizması Sistemi
Bırakma mekanizması ve mekanizma kapağı pla malzemeden 3d yazıcı ile basıldı. Basılan mekanizma plastik kelepçe ile gövdeye bağlandı. Kapağın açılıp kapanmasını servo motor ile yapıldı.Servo motor mekanizmadaki yuvasına oturtulup sıcak silikon ile sabitlendi. Bırakma mekanizmasının kolunu, servo koluna vida ile bağlandı. Servonun yanında plastik servo kolu gelmektedir. Sağlamlığı artırmak için
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
7*3.5*3 0 353 596 947 1290 1585 1940 2290 2520
7*4*3 0 310 530 750 1130 1430 1865 2210 2360
0
353 596
947
1290 1585
1940
2290 2520
0 310 530 750
1130 1430
1865
2210 2360
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
İTKİ (g)
Gaz kolu(%)
7*3.5*3 7*4*3 Polinom. (7*3.5*3) Polinom. (7*4*3)
14 plastik servo kolu yerine alüminyum servo kolu kullanıldı. Görev mekanizmasına maille belirtilen 174 mm uzunluğunda 58mm genişliğinde 330 mllik su şişesi hava
sıcaklığından genleşme ve büzülmesi de göz ününde bulundurularak rahatlıkta
girebilmekte ve kaplı konumda iken herhangi bir şekilde düşmemekte açık konumda ise rahatlıkla düşmektedir. Görev mekanizmasının açık ve kapalı görüntüsü şekil 7’de gösterilmiştir.
Şekil 7
Yükün zarar almadan istenilen alana inmesi için paraşüt ve iple bırakmak üzere 2 yöntem düşünüldü tablo 10’daki karşılaştırma sonucu paraşüt seçildi.
. Katsayı Paraşüt Sistemi İp ile Bırakma
Maliyet 1 4 2
Bırakma
Süresi 5 5 1
Hasar Oranı 4 3 4
Toplam 41 23
Tablo 10
Farklı türlerde paraşütler bulunmaktadır tablo 11’deki karşılaştırma sonucunda daire paraşütün kullanılmasına karar verildi.
. Katsayı Kubbe Paraşüt Kare Paraşüt Üretim
Kolaylığı 2 5 4
Maliyet 1 3 2
Stabilite 3 4 4
Toplam 25 22
Tablo 11
15 Paraşütün ana malzemesi olarak büyük çöp poşeti kullanıldı. İp olarak ise rahatlıkla bükülebilen ince kopmayan örgü ip kullanıldı. Paraşütümüzün çapı 25cmdir.
İpler paraşüte koli bandı yardımı ile yapıştırılıp tek noktada birleştikten sonra şişenin kapağının altındaki boğuma düğümlenmektedir.
1. görevde önceden pist güzergahının GPS ile koordinatları alınıp mission planner üzerinden uçulacak rota belirlenecektir. Yükümüz araca yüklendikten sonra önceden içine yüklenen rotayı izleyip görevi tamamlanacaktır.
2. görevde ise yine önceden izlenecek rota ve yükün bırakılacağı alanın
koordinatları alınacaktır. Önceden içine yüklenen rota takip edilerek yükün bırakılacağı alana gelip DO_GRIPPER komutu 1 yapılarak mekanizmanın kapağı açılacak ve yine bu komut 0 yapılarak kapak kapanacaktır ve bitiş çizgisini geçip iniş yaparak görev tamamlanacaktır.
3.2.4 Elektrik Elektronik Kontrol ve Güç Sistemleri Entegrasyonu
Araçta öncelikle uçuş kontrol kartı seçildi. Kart seçilirken boyutlarına , işlem gücüne , içerisindeki sensörlere ve yeterli giriş çıkışa sahip olmasına dikkat edilmiştir.
Bunun sonucunda en uygun kartın holybro pixhawk 4 mini olduğuna karar verildi.
Yarışmada en çok puana sahip olan kriter yükün hedefe doğru bırakılması bu sebepten ötürü en önemli parçalardan biri gps. Gpslerin içerisinde kullanılan modüller karşılaştırıldığında m8n 2.5 metre, m9n 2 metre , f8p standart olarak 2.5 metre ve rtk ile 25 cm, f9p ise standart olarak 1 metre rtk ile 10 cm pozisyon doğruluğuna sahiptir.
Aracımızda f9p modülünü kullanan holybro h rtk gps kullanılmasına karar verildi. Gps modülünün yenileme hızı 20 hz ye kadar çıkmaktadır bu bize yüksek hızlarda güvenli bir şekilde otonom uçmamıza olanak sağlar. Rtk özelliğini kullanabilmemiz için arca takılan gps in yanı sıra yer kontrol istasyonuna da yer modülünün takılması gerekmektedir. Yer modülü açık olarak bekletilmesi hassasiyeti artırmaktadır bu yüzden uçuş yapmadan 1 saat önceden yer modülü çalıştırılacaktır. Ayrıca aracımız yönünü bulmak için pusula
16 kullanmaktadır. Kontrol kartı aracın merkezinde olduğu için yüksek akım geçen kablolar gibi manyetik kirlik yaratan şeylerden etkilenerek yanlış sonuç verme olasılığından dolayı kartın içerisindeki pusula iptal edilerek gpste bulunan pusula kullanılacaktır. Gps üzerindeki pusulanın minimum derecede manyetik parazitlerden etkilenmesi için aracın mümkün olduğunca üzerinde konumlandırılmıştır.
Kullanılacak olan kumdan Radiomaster tx16s alıcı ise FrSky R-XSR Ultradır.
Alıcımız sbus protokolüne sahiptir bu sebepten ötürü kontrol kartının sbus girişine bağlandı.
Aracın kalibrasyon, parametre değişimi, konum ve yükseklik bilgilerinin gibi anlık bilgiler, otonom rotanın yüklenmesi gibi şeyleri kablo bağlantısı olmadan yer kontrol istasyonundan yapmak için telemetri kullanılmaktadır. 915 mhz türkiyede yasak olduğu için 433mhz iletişim bandına sahip olan 1000mw yrc telemetri seçilmiştir. Telemetrinin mw artması iletişim mesafesini artırmaktadır.
Fırçasız motorların fırçalı motorlara göre fazla tork ,hız, elektriksel gürültü meydana getirmeme, sessiz çalışma, uzun ömürlü ve bakımları kolay olduğundan fırçasız motor kullanıldı. Fırçasız motorların boyutları aabb şeklinde gösterilir aa motorun statör çapını mm cinsinde vermektedir.bb ise statör boyunu mmm cinsinde ifade etmektedir. Statör çapının artması düşük devirlerdeki torkunu boyunun artması ise yüksek devirlerdeki torkunu artırmaktadır. Düşük devirlerde torkun fazla olamsı
dönüşleri hızlı ve keskin bir şekilde yaptıracağından ötürü yüksek statör çapına sahip olan motor seçilmiştir.Kullanılacak motor brotherhobby 2806.5 1300kv fırçasız motordur.
Pil olarak lityum iyon, lityum polimer gibi seçeneklerden anlık olarak yüksek amper vermesinden dolayı lipo pil kullanılacaktır. Lipo olarak 100c devamlı, 200c anlık akım verebilen CNHL 6s 1300mah lipo, istenilen voltaj ve gerekli uçuş süresini verebildiğinden dolayı kullanılacaktır. Liponun yüzde 80 verimlilikte verebileceği anlık akım değeri;
formülüyle sürekli 104 amper, anlık 208 amper verebileceği hesaplanmıştır.
17 Motorlarımızın hızını kontrol etmek için ESC (elektronik hız kontrolcüsü)
kullanıldı. Tekli ve 4in1 olmak üzere 2 tür ESC vardır. Pdb ihtiyacını ortadan kaldırdığı kabloların azalmasından ötürü manyetik parazitin tekli esclere göre az olduğu ve maliyetinin daha uygun olmasından ötürü 4in1 ESC kullanıldı. 6s destekleyen ve ESC’nin desteklediği maksimum akım değeri motorun çekeceği akımın güvenlik katsayısı nedeni ile yüzde 20 fazlası olmalıdır. Bunun sonucunda T-motor f55a pro 2 ESC seçilmiştir. Blheli32 yazılımını desteklediği için motorların ters çevrilmesi gibi şeyleri yazılım üzerinden kolaylıkla yapılabilmektedir. ESC de dshot 1200e kadar olan protokoller bulunmaktadır. Biz şuan en stabil ve hızlı çalışan dshot600 protokolünü kullanacağız ve bu protokol sayesinde ESC kalibrasyonu ihtiyacı ortadan kalkmıştır.
Pixhawka güç vermek ve pilden çekilen akım ve voltajı görebilmek için holybro pm02 v3 güç modülü kullanılmaktadır.
Yük bırakma mekanizmasını açılıp kapanmasını sağlayacak olan servo analoğa göre yüksek hassasiyete sahip olması, yüke daha iyi karşı gelmesi, motorun yönü, merkezi, hareket sınırları, hareket hızı, hareket toplam açısı gibi özellikler programlama ile ayarlanabilmesinden ötürü dijital servo kullanıldı. Seçilen emax 3054 dijital servo 3.5 kg zorlanma torku ile yükümüzü rahatlıkla taşıyabildiği için seçildi.
Servomuza bağlayacağımız main out 8 girişine pixhawk içerisinden güç verilmediği için harici olarak 5v 3a lik ubec ile main out hattının 5v ve toprak hattı beslenecektir.
Yarışmadan olabilecek en yüksek puanı alabilmek için otonom uçulacaktır.
Otonom uçuş özeliği ardupilot yazılımı ile kazandırılacaktır. Ayrıca bu yazılım ile birlikte yer kontrol istasyonu olarak misseon planner kullanılacaktır. Ardupilot yazılımın
kullanmamızdaki sebep kontrol kartımızla uyumlu , yazılımın stabil ve isterlerimize uygun çalışmasıdır. Ayrıca uzun zamandır piyasada olduğu için oluşturduğu topluluk sayesinde yaşanılan herhangi bir sorunun çözümünü internette kolaylıkla
bulunmaktadır. Aracımızla yer kontrol istasyonunu misseon planner üzerinden telemetri ile bağladıktan sonra öncelikle gövde türü seçilmiş ardından accel kalibrasyonu
maksimum doğrulukta olması ile su terazisi ile kalibrasyonu yapıldıktan sonra manyetik alandan mümkün olduğunca uzaklaşıp olabilecek tüm eksenlerde aracı çevirerek pusula
18 kalibrasyonu yapılıp kumanda kalibrasyonunu yaparak aracımızı uçuşa hazır hale
getirdik. Kumanda ile aracın bağlantısının kesilmesi gibi acil durumlarda duruma göre eve dön yada bulunduğu yere inmesini sağlayacak olan fail safe ayarlandı. Mükemmel bir uçuş performansı için Autotune ile pid ayarları ayarlandı. Sırası ile stabilize ,altitude hold ,loiter, RTL ve auto mod test edilmiştir. Bunun sebebi manuelden otonoma doğru test ederek aracımızdaki olası bir arızanın tespitinin kolaylaşmasıdır.Otonom görevelrin yapılması için misseon planer üzerinden izlenecek rota yük bırakılacağı alan dışında spline way point ile çizilmiştir. Spline way point kullanılmasındaki sebep gidilecek yolu radiuslayarak aracın hızı kesmeden kolayca rotayı tamamlanmasıdır.
Acil durumlarda istenilenden fazla akım çekilmesi durumunda sigorta yardımı ile aracın gücü kesilmektedir bunun yanı sıra manuel olarak akımı kesebileceğimiz akım kesicide bulunmaktadır. Araçta motorlar ve elektronikler ile birlikte yaklaşık 180 amper akım çekmektedir bu değerin yüzde 10 fazlası kadar akıma izin veren 200 amper sigorta kullanıldı. Akım kesici olarak pozitif hattına seri bir şekilde dişi xt-60 lehimlendi.
Artı ve eksi hattı birbirine kısa devre olacak şekilde lehimlenen erkek xt-60ın dişi xt-60 a takılması ile akım açılmış çıkarılarak da akım kesilmektedir.
3.3 Uçuş Performans Parametreleri
Şekil x te 1. görev şekil x te ise 2. görev için izlenecek rotanın planı yarışma şartnamesinden alınarak verilmiştir.
Şekil 7
Şekillerde yola çıkılarak f 1 formülü ile 1. Görev için f 2 formülü ile 2. Görev için kat edilecek tahmini mesafe verilmiştir.
19 𝐹𝐹1 → 1. 𝐺𝐺ö𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟ç𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟ğ𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟 = 2 ∗ (40 + 35 + 40 + 28 + 40 + 35 + 50) ≈ 516
𝐹𝐹2 → 2. 𝐺𝐺ö𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟ç𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟ğ𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟 = 2 ∗ (40 + 35 + 80 + 35 + 40) ≈ 460 Tablo 12’de 1. Ve 2. Görev için öngörülen uçuş performans parametreleri verilmiştir.
Görev Performans Parametreleri 1.Görev 2.Görev Kalıkış Ağırlığı 1300gram 1300gram Ortalama Uçuş Hızı 20m/sn 20m/sn
Maksimum Hız 30m/sn 30m/sn
Taşınan Yük 350gram 350gram
Uçuş Modu Otonom Otonom
Kat edeceği Mesafe 516 460
Tamamlayacağı Süre 26 saniye 23 saniye Tablo 12
Şekil 13’de brotherhobby 2806.5 1300kv fırçasız motorun hqprop 7*4*3 pervane ile yapılmış itki testi verilmektedir
Gaz Kolu(%) Voltaj(V) Amper(A) RPM İtki(g) Harcanan
Güç Verimlilik(G/W)
30 25 2.3 8270 352 57.5 6.122
40 25 4.6 10517 596 115 5.183
50 25 7.2 12132 947 180 5.261
60 25 12.7 14922 1290 317.5 4.063
65 25 15.1 16785 1430 377.5 3.788
70 25 18.3 19216 1940 457.5 4.240
75 25 24.6 19837 2140 615 3.480
80 25 28.8 20631 2290 720 3.181
90 25 37.5 21049 2380 937.5 2.539
100 25 44.4 21691 2520 1110 2.270
Tablo 13
Aracımız her iki görev içinde ortalama yüzde 65 güç ile 20 metre/saniye hızında tamamlanması planlanmaktadır. Bu güçte iken uçuş süresi f3 formülü ile ve havada asılı kalış süresi formül 3 te gösterildiği gibi hesaplanmıştır.
𝑃𝑃𝑟𝑟𝑃𝑃𝑃𝑃𝑖𝑖𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟�𝑄𝑄𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝� = 1,3𝐴𝐴ℎ𝑇𝑇𝑖𝑖𝑃𝑃𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖Ç𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑃𝑃𝑟𝑟𝑖𝑖𝐴𝐴𝑖𝑖𝑒𝑒𝑖𝑖(𝐼𝐼| |𝑖𝑖𝑖𝑖𝑒𝑒𝑖𝑖)
𝐹𝐹3 → 𝐺𝐺ö𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟ç𝑟𝑟ş𝑆𝑆ü𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟 =𝑄𝑄𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝∗ 𝑉𝑉𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖
𝐼𝐼𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 ∗ 60 = 1,3 ∗ 0,8
60,4 ∗ 60 = 1𝑖𝑖𝑖𝑖3𝑖𝑖𝑖𝑖
20 𝐹𝐹4 → 𝐻𝐻𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝐴𝐴𝑖𝑖𝑒𝑒𝑃𝑃𝑒𝑒𝑃𝑃𝑖𝑖𝑃𝑃𝑒𝑒ş𝑆𝑆ü𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟 =𝑄𝑄𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝∗ 𝑉𝑉𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖
𝐼𝐼𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 ∗ 60 = 1,3 ∗ 0,8
9.2 ∗ 60 = 6𝑖𝑖𝑖𝑖47𝑖𝑖𝑖𝑖 Aracımız yüzde 65 güçte 20 metre bölü saniye ile kat edebileceği maksimum mesafe formül 5 te verilmiştir.
𝑟𝑟ç𝑟𝑟ş𝐻𝐻𝑒𝑒𝐻𝐻𝑒𝑒(𝑟𝑟ℎ𝑎𝑎𝚤𝚤) = 20𝑖𝑖
𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟ç𝑟𝑟ş𝑆𝑆ü𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟(𝑖𝑖𝑠𝑠ü𝑟𝑟𝑟𝑟) = 63𝑖𝑖𝑖𝑖 5 → 𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖𝐾𝐾𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟ğ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑟𝑟 = 𝑟𝑟ℎ𝑎𝑎𝚤𝚤 ∗ 𝑖𝑖𝑠𝑠ü𝑟𝑟𝑟𝑟 = 1.26𝑖𝑖𝑖𝑖
Hesaplamaların sonucunda 1300mahlik bir pillin görevler için yeterli fazlasının ağırlığı artırarak alacağımız puanı düşüreceğine karar verildi.
3.4 Hava Aracı Maliyet Dağılımı
Aracımızı oluşturan elektronik ve yapısal malzemelerin maliyeti tablo 14’de verilmiştir.
No Malzeme Birim Fiyatı(TL) Adet Toplam Fiyat(TL)
1 Holybro Pixhawk 4 Mini 1443 1 1443
2 Holybro PM02 v3 Güç Modülü 200 1 200
3 Holybro H-RTK f9p Rover Lite 3431 1 3431
4 Holybro h rtk f9p Base Modül 3985 1 3985
5 BrotherHobby 2806.5 1300kv Motor 270 5 1350
6 HQProp 7.0*4.0*3 4 lü Pervane
Takımı 49 8 392
7 T-Motor f55a Pro 4in1 ESC 810 1 810
8 Radimaster TX16s Kumanda 1600 1 1600
9 Frsky R-XSR Radyo Alıcı 215 1 215
10 Emax 3054 17gr Dijital Servo 147 2 294
11 Yrc 433mhz 1000mw Telemetri 515 1 515
12 Sigorta 40 1 40
13 Kablo ve Konnektörler 150 1 150
14 CNHL 1300mah 6s Lipo 270 4 1080
15 50cm*50cm 5mm Karbon Fiber Plaka 1100 1 1100
16 25cm*25cm 2mm Karbon Fiber Plaka 300 1 300
Toplam Fiyat 16905
Tablo 14
21 4. PROTOTİP ÜRETİM SÜRECİ
4.1 İHA İmalat ve Montaj Süreci
Şekil 7’de aracın imalat sürecinin fotoğrafları verilmiştir.
Şekil 1 4.2 Elektrik Elektronik Entegrasyon Süreci
Şekil 8’de aracın elektronik entegrasyon sürecinin fotoğrafları verilmiştir.
22 Şekil 8
4.3 İHA Montaj ve Genel Kontroller
Araçta yaşanacak olası kırımları minimuma indirerek malzemelerde oluşabilecek zararın maddi ve zaman olarak bizi etkilememesi için uçuş yapmadan önce kontrol edilmesi gereken üretim süreci kontrol listesi hazırlanmıştır.Bu kontrol listesi tablo 15 de verilmektedir.
Üretim Süreci
Litaratür Taraması
Görev Gereksinimlerinin Belirlenmesi ve Kural Analizi
Üretim Malzemelerinin Belirlenmesi
Gövde Tasarımın Yapılması
Yapılan Tasarımların Analizi
Anlize Göre Tasarım Revizyonu
Gövde İçin Plaka Kesimi
23
Gövde Montajı
Görev Mekanizması Tasarımı
Görev Mekanizması Üretimi
Görev Mekanizmasının Araca Montajı
Elektirik ve Elektronik Parçaların Yerleşimi ve Sabitlanmesi
Kablolamaların Yapılması
Yazılımın Yüklenmesi
Kalibrasyonların Yapılması
Arac Göre Uygun Parametrelerin Değiştirilmesi
Tablo 15
24 4.4 Üretim İş Zaman Çizelgesi Planlanan ve Gerçekleşen
Tüm dünyayı etkileyen pandemi koşullarından ötürü özellikle üretime geçtikten planlanan tarihlerde gecikme yaşanmasına rağmen DTR son tarihinden önce iki görevde dahil olmak üzere her şey tamamlanmıştır ve geliştirmeye devam etmekte.
Planlanan Süre = Gerçekleşen Süre = No İş Paketleri Kimler Tarafından Yapılacağı
1 Görev analizi ve Literatür Taraması Tüm Takım Üyeleri 2 Görev Dağılımları Alperen ÖZALP
3 Boyutsal
Parametrelerinin Alperen ÖZALP 4 Tasarımın yapılması Yusuf ERKOÇ 5 Malzeme Seçimleri Alperen ÖZALP 6 Kavramsal Rapor
Hazırlanması Tüm Takım Üyeleri
7 Ön Tasarım
Optimizasyonu Tüm Takım Üyeleri
Tüm Takım Üyeleri
8 İlk Üretim Tüm Takım Üyeleri
9 Yazılımın hazırlanması M. Emre KOCAMAN
Aylar
Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül
14 Proje Yönetimi Zafer Karagöz
12 Görev Test Uçuşları Tüm Takım Üyeleri
13 Yarışma Tüm Takım Üyeleri
10 Detaylı Raporun
Hazırlanması Tüm Takım Üyeleri 11 Uçuş Videosu
25 5. TEKNİK ÇİZİMLER
Bu bölümde aracın görselelri ve elektronik şema verilmiştir
26
27
28
29
30
