2. TÜBİTAK LİSELER ARASI İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI YARIŞMASI
DETAYLI TASARIM RAPORU 2021
TAKIM ADI: SIMURG TAKIM ID: 44199
KATEGORİ: SABİT KANAT
KURUM ADI: ŞEHİT MEHMET ŞENGÜL FEN LİSESİ DANIŞMAN ÖĞRETMEN: MUSA ÖZPARÇA
1. GENEL ÖZET 1.1 Tasarım Süreci
Sabit kanatlı İnsansız hava aracımızın tasarımını yaparken hafiflik, stabilite, ağırlık taşıma kapasitesi, hız gibi değişkenleri göz önünde bulundurarak en uygun insansız hava aracını tasarlamayı amaçladık. İnsansız hava aracımız üstten trapez kanat tipine ve geleneksel tip kuyruğa sahiptir. Yaptığımız gözlemler sonucunda önden pervaneli İnsansız Hava Araçlarının daha düşük hızlarda uçabildiğini gördüğümüzden önden pervaneli bir model tasarladık. İHA’mızın kanat tasarımı düzenlenirken hem manuel uçuşta hızlı ve dengeli hareket edebilmesi hem de otonom uçuşta stabil ve verimli bir uçuş sergileyebilmesi istenmiştir. Kanat açıklığı, kanat alanı, gövde uzunluğu, ağırlık merkezi gibi parametreler bu amaç ile belirlenmiş ve uçağın tasarımına uygulanmıştır. Sağlam gövde yapısı ve trapez kanat şekli sayesinde hem yüksek ağırlık taşıma kapasiteli hem de hafif ve hızlı bir model olmasıyla özgün bir tasarımdır.
İnsansız hava aracımızda depron malzemesi kullanılmıştır.
Depron diğer malzemelere göre yapısal özelliği dolayısıyla; esnek, imalatta oluşturulacak gerekli destekler ile rijit bir yapıya kolaylıkla ulaştırabilecek, darbe sönümleme oranı yüksek bir malzemedir. İmalatta sunduğu kolaylıklar (rahat kesilebilme, işlenebilme, tesviye edilebilme) ayrıca
birçok yapıştırma elemanı ile uyumlu olması sebebiyle avantajlı bir malzemedir.
1.2 Temel Görev Gereksinimleri ve Tasarım Özellikleri
İHA’mız görev uçuşlarına olabildiğince uygun, en iyi performansı sağlayabilecek şekilde tasarlanmaya çalışılmıştır. Yük mekanizması tasarımında ise olabilecek en hafif, karmaşıklıktan uzak ve yük bırakma görevini en iyi şekilde gerçekleştirecek mekanizmanın kurulması amaçlanmıştır.
Uçuş seyri sırasında taşınan yükün sabit durarak uçağın stabilitesini bozmaması ve uçak yavaşlayarak görev mekanizmasını çalıştırdığında şişenin
rahatça mekanizmadan kurtularak tasarlanan paraşütle birlikte güvenli düşüş gerçekleştirmesi gerekmektedir. Bu nedenle uçağın gövde uzunluk parametreleri belirlenen şişe ölçülerine göre tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Aynı zamanda uçağın kanadına bağlı olaran kaldırma ve motorun gücüne bağlı olan ittirme gibi kuvvet parametreleri de uçağın yüklü ağırlığına göre hesaplanmış ve denenmiştir.
1.3 Sistem Performans Özellikleri Tasarım Konfigürasyonu
Kanat Açıklığı 900mm
Gövde Uzunluğu 900mm
Yüksüz/Yüklü Kalkış Ağırlığı 430g//780g Maksimum Uçuş Hızı 31 m/s
Stol Hızı 10 m/s
Uçuş Süresi 3.2 dk.
Uçuş Tipi Otonom
Hafif ve hızlı gerçekleşen uçuşların puanlamasında ciddi farklar olduğu için uçak performans özelliklerini etkileyecek faktörler belirlenirken yüksek otonom verimliliği ve uçuş hızının yanında taşınacak olan şişenin ağırlığını kaldırabilecek ve stabil bir seyir ortaya koyabilecek, hafif ve dayanıklı bir tasarım konfigürasyonu oluşturulmuştur.
Bu bağlamda kanat gövde oranı manevra kabiliyetini en üst seviyede tutabilecek aynı zamanda yüklü ağırlıkla bile yeterli tutunmayı sağlayabilecek şekilde imal edilmiştir. Ayrıca maksimum uçuş süresini karşılayabilecek ve olabilecek en hafif kapasitede pil(850 mAh) tercih edilmiştir. İtki sistemi de hafif bileşenlerden seçilerek yüklü kalkış ağırlığı olan 780g yaklaşık %180’i kadar kuvvet uygulayarak ihtiyacımız olan gücü karşılamaktadır. Trapez kanadın da getirdiği etki ile birlikte ortalama 18 m/s hız ile otonom uçuş planlanmaktadır.
2. YÖNETİM ÖZETİ
Pilot Barış
TORUN
Okulumuzda verilen RC uçak kursuna katıldı. İHA1 Ticari ehliyetine sahip. 1. Liseler arası İHA yarışmasına katıldı, takımca 5. oldular.
Kaptan Burak KARA
Okulumuzda verilen RC uçak kursuna katıldı. DENEYAP öğrencisi. 1. Liseler arası İHA yarışmasına katıldı, takımca 5.
oldular.
Teknik Eleman
Semih YILDIRIM
FAI-THK Model Uçak Başlangıç-C ve Tekamül belgesine sahip.2020 ve 2021'de Teknofest'e katıldı. Oyun geliştirme ve 3 boyutlu modellemeye hakim.
Teknik Eleman
Mete H.
GÖZÜKARA
Okulumuzda verilen RC uçak kursuna katıldı. İnsansız Hava Araçlarına ilgi duymakta. Radyo kontrollü uçaklar yapmakta.
Danışman Öğretmen
Musa ÖZPARÇA
19 yıldır görsel sanatlar öğretmenliği yapmakta, 15 yıldır profesyonel olarak radyo kontrollü hava araçları ile ilgilenmekte. Görev yaptığı okullarda da öğrencilerine bu alanda aktif olarak kurs vermektedir. Daha önce lise düzeyinde düzenlenen birçok hava araçları yarışmalarına katılmıştır. Geçen seneki Liseler Arası İnsansız Hava Araçları Yarışması’na hak kazanarak, sabit kanat kategorisinde takımıyla beraber 5.liği elde etmiştir.
2.1 Takım Organizasyonu
İP*
NO
Kimler Tarafından Yapılacağı
İP*
Adı/Tanıtımı İP*nin Açıklaması
1 Barış
Torun
Görev Analizi ve
Literatür Taraması
Öğrencimiz bu görevi yaparken genel bir harita çıkaracaktır. “Tasarımımız daha önce çalışılmış mı?
Kimler çalışmış? Eksileri nelerdir?” gibi detayları araştıracaktır. Ayrıca yarışmaya hazırlık sürecinde hangi öğrencinin hangi görevi yapabileceğini, tüm bu görevlerin analizini yapacaktır.
2 Burak
Kara
Tasarımın Boyutsal Parametreleri
nin Belirlenmesi
Tasarıma geçmeden önce yarışma kurallarına uygun olarak tüm görevleri yerine getirebilecek denge, boyut ve ağırlıkları gövdenin belirlenmesi gerekmektedir.
3 Semih Yıldırım
Tasarımın Yapısal Özellikleri
İHA’nın hafiflik de göz önünde bulundurularak hangi malzemeden yapılması gerektiği, İHA yük bırakırken hangi görev mekanizması sistemini kullanacağı belirlenecektir.
4 Burak
Kara
Kontrol ve Güç Sistemleri
Tasarımı
Motor, pervane, ESC, batarya gibi malzemeler araştırılıp yarışma kurallarını yerine getirecek en hafif, hızlı ve manevra kabiliyeti yüksek olacak İHA için uygun sistemler belirlenecektir. Bu doğrultuda İHA’nın ağırlığı ve hedeflenen hızı sağlayabilecek sistemler araştırılır.
5 Semih
Yıldırım
Uçuş Performans Parametreleri
Kontrol ve güç sistemlerinin uçuştaki performanslarının ne olacağı ve ne kadar başarılı olacağı belirlenecektir.
Uçuş hızı, gerekli akım değerleri, batarya değerleri, görevleri gerçekleştirirken İHA’nın havada kalma süresi gibi parametreler analiz edilecektir.
6 Mete Han Gözükara
Hava Araçları
Maliyet Hesaplama
Tasarımı, ağırlığı ve elektronik bileşenleri belirlenen İHA’mızın toplam maliyetini çıkaracaktır. TÜBİTAK’ın vereceği desteğin bu maliyeti karşılayıp karşılamadığına bakılacaktır.
7 Mete Han Gözükara
Teknik Çizimler
Boyutları ve elektronik bileşenlerinin belirlendiği aracın gövde ve yük mekanizmasının teknik çizimleri (boyutlar, ölçüler) bu aşamada yapılacaktır.
8 Musa
Özparça
Proje Yönetimi
Danışman öğretmen sürecin takibi ve etkili verimliliği için projeyi koordine edecektir. Bu koordinasyonda öğrencilere gerekli desteği verecektir.
İP*: İş Planı
2.2 Zaman Akış Çizelgesi
İP No
İP Adı/Tanımı
Kimler Tarafından Yapılacağı
HAFTALAR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
1 8
1 9
2 0
2 1
2 2
2 3
2 4
1 Görev Analizi ve Literatür Taraması Barış Torun Burak Kara 2 Tasarım Boyutsal Parametrelerinin
Belirlenmesi
Barış Torun Semih Yıldırım 3 Tasarımın Yapısal Özellikleri Semih Yıldırım
Burak Kara 4 Kontrol ve Güç Sistemleri Tasarımı Mete Han Gözükara
Semih Yıldırım 5 Uçuş Performans Parametreleri Barış Torun
Mete Han Gözükara 6 Hava Aracı Maliyet Hesaplama Burak Kara
Mete Han Gözükara
7 Teknik Çizimler Musa Özparça
Burak Kara
8 Proje Yönetimi Musa Özparça
(MAVİ= PLANLANAN)
3. DETAYLI TASARIM
3.1 Tasarımın Boyutsal Parametreleri
Uçak tasarımı ve şeması çizilirken özellikle ağırlığın büyük bir kısmını oluşturan yük için tasarlanan görev mekanizması tam ağırlık merkezine ve denge bütünlüğünü bozmayacak şekilde yerleştirilmiştir. Aynı şekilde uçuş kartı, GNSS modülü gibi bileşenlerin yerleri belirlenirken de bu bütünlük göz önünde bulundurulmuştur. Ayrıca kanat-gövde oranı belirlenirken yüksek manevra kabiliyeti ve maksimum kaldırma kuvveti göz önünde bulundurularak bu hesaplamalar yapılmıştır (Bu hesaplar dahilinde kanat ve gövde uzunluğu eşit oranlanmıştır).
Stabiliteyi arttırmak adına kanat ve kuyruk arasındaki mesafe artırılmıştır.
3.2 Tasarımın Yapısal Özellikleri 3.2.1 Gövde, Mekanik Sistemler Gövde
Gövde tasarlanırken uçakların aerodinamik yapısı göz önüne alınmıştır.
Havanın oluşturduğu direnç ve sürtünme en aza indirilirken uçağın performansından
aldığımız verim en çoğa çıkarılmıştır. İHA imalatında uçuş ağırlığını olabildiğince düşük tutmak, yüksek uçuş hızı, yüksek manevra kabiliyeti ve yük taşıma özelliği düşünüldüğünde de uçuş stabilitesini ön planda tutacak bir tasarım yapılmıştır.
Kanat-gövde oranı olarak yeterli kanat boyuna göre uygun gövde uzunluğu, 900 mm olarak tasarlanmıştır. Bunun yanında elektronik sistem ve yük boyutuna bağlı olarak 110 mm yükseklik ve 73 mm genişlik belirlenmiştir.
Ayrıca görevde belirtilen yükün uygun konumlandırılması ve bırakma sırasında sorun yaşanmaması için gövde yükseklik ve derinliği faydalı yük ölçülerinin ve ağırlık merkezinin konumuna göre inşa edilmiş, denenmiştir.
Gövde içerisinde bulunacak elektronik sistemler için gereken alanlar ve devreler için açılacak delikler ayarlanmış ve tasarlanan inşa şemasına göre uygulanmıştır.
Bu noktada yerleştirilen otonom ve GNSS sistemleri için düz ve sağlam bir zemin tasarlanarak doğru veri akışı sağlamalarına özen gösterilmiştir.
Kanat ve Kuyruk
İHA’da trapez kanat kullanılmıştır. Yüksek mukavemet, yüksek hızlarda düşük sürüklenme ve imalat kolaylığı nedenleriyle bu kanat biçimi belirlenmiştir.
Kanat 900mm açıklığa; merkez genişliği 180 mm, kanat uçları ise 150mm olarak belirlenmiştir. Gövde yapısına uygun olarak kanadın konumu da düşünüldüğünde yeterli kaldırma kuvvetini oluşturacak ölçülendirmeye ulaşılmıştır.
Bunun yanında manevra kabiliyeti de göz önünde bulundurulmuştur.
Yatay stabilizatörün kanat açıklığına oranı yaklaşık %40 civarında olup, bu oran İHA’ya keskin manevra yeteneği ve stabil bir uçuş kazandırmak amacıyla belirlenmiştir.
Yatay stabilizatörün trapez formunda olması ise uçağın genel çizgilerine uygunluğu ve oluşturduğu düşük sürüklenme kuvveti sağlamasıdır. Yatay stabilizatörün dikey stabilizatöre oranı ise %37’dir. Bunun sebebi, uçağın yapısal bütünlüğüne uygun olarak dikey stabilizatörün yüzey alanının İHA’nın uçuş karakteristiğine yeterli etkiyi oluşturacak ölçüde belirlenmiştir.
Mekanik Sistemler
Kanatlar ve kuyrukta bulunan kanatçıklar için yekeler, bu yekelere bağlanarak kanatçık hareketlerini sağlayacak servo motorlar; kanat ve gövde üzerine rahat ve verimli bir hareket ortamı oluşacak şekilde yerleştirilmiştir. Kanatçıklar tasarlanırken de rahat hareket ve verimlilikten taviz verilmeyecek şekilde tasarlanmış ve inşa edilmiştir.
3.2.2 Aerodinamik Özellikler
Kanat ve Profil
Hücum açısının, kaldırma kuvveti ve sürüklenme kuvvetinin ilişkisini gösteren grafikte Clark Y profilinin İHA’mızın azami ve asgari hücum açısı arasında kalan kısımda oldukça düşük sürüklenme ve yeteri miktarda kaldırma kuvveti oluşturduğu görülmektedir. Clark Y profilinin seçiminde bu parametreler rol oynamıştır.
Clark Y profili ile oluşturulacak trapez kanat (Kanat özellikleri : 90 cm kanat açıklığı, ortada 18 cm, kenarlarda 15 cm profil genişliği) ile hem kanat inşasında hafiflik sağlanmış hem de yüksek hızlarda daha yüksek kaldırma
ve daha düşük sürtünme
amaçlanmıştır.
Aşağıdaki tabloda Reynolds sayısı (Re) = 200.000 ve 180 mm kanat profil genişliğinde Clark Y profili ile yapılmış kaldırma kuvveti katsayısı (CL), sürtünme kuvveti katsayısı (CD), yunuslama momenti katsayısı (Cm) ve kanat hücum açısına
(Alpha-AoA) göre Airfoil Tools ve XFLR5 adlı uygulamalardan yapılan analizler verilmiştir.
Kanat ve Profil Uçuş Performans Analizleri
Cm / Alpha (Hareket Merkezi-Hücum Açısı) grafiğinden anlaşılabileceği üzere kanat, gövde ve kuyruk bileşenlerinin oluşturduğu aerodinamik özellikler uçağın stabil bir uçuş sergileyebilmesini sağlayacaktır. Yapılan bu analizler sonucunda seçilen kanat şekil ve profilinin sağlayacağı kaldırma kuvvetinin uçağı kalkış, uçuş ve iniş sırasında zorlanmadan taşıyacağını, ayrıca oluşturduğu az ama yeterli sürtünme kuvveti sayesinde yavaşlama ve hızlanma manevralarını kontrol kaybı yaşamadan
gerçekleştirebilecektir. Bu grafikler sayesinde de yüksek hız ve taşıma kapasitesi istenen modellerde verimli bir tasarım olduğu görülmektedir.
Cl v Alpha grafiğinden görülebileceği üzere İHA’mız için planladığımız azami ve asgari hücum açısı aralığında oldukça fazla kaldırma kuvveti oluşturabildiği görülmektedir. Aynı zamanda Cd v Alpha grafiğinden de anlaşılabileceği üzere bu hücum açısı aralığında oldukça az ancak yeterli sürtünmeyi oluşturabilmektedir. Bu değerlerde tercih edilen profil, bu profilin genişliği ve kanada verilen ve kanat açısının yaklaşık %20’sini oluşturan trapez açısının etkisi büyüktür.
Cl v Cd grafiğinde görüldüğü gibi kanat profili yüksek kaldırma katsayılarında bile düşük sürtünme üretebilme kabiliyetindedir ve bu grafiğin hücum açısına olan oranı da göz önüne alındığında (Cl/Cd v Alpha) kanat profilinin aerodinamik açıdan verimli bir profil olduğunu söylemek mümkündür.
1. Analiz: Akışkan Yüzey Hızı
2. Analiz: Downwash ve Akım
3. Analiz: Hava Akımı - Alpha = 20
4. Analiz: Kanat Basınç Dağılımı
1. analizde kanadın etkileşime girdiği sıvıların(hava) kanat yüzeyinden geçerken kazandığı hızı göstermektedir. Kanadın şekli, uçağın, rüzgarın hızı, yönü gibi pek çok etkeni olan bu faktör kaldırma kuvvetinin oluşmasında büyük bir role sahiptir. Aynı zamanda 2. analizde gözüken kırmızı “downwash” hareketinin nedenlerinden biridir. Bu analizden hareketle kanat profil ve şeklinin uçak için gerekli olan kaldırma kuvvetini oluşturabilecek kadar hızlanma yaratabildiğini görmekteyiz.
“Downwash” kanat ve profilin aerodinamik hareketleri tarafından yansıtılan havanın yönünün değişmesi olayıdır ve kaldırma kuvvetini oluşmasında etkilidir.
2. analizde gözüken kırmızı çizgiler yukarıda da belirtilen havanın “downwash”
hareketini temsil etmektedir. Kaldırma kuvvetine etkisi büyük olan bu hareket aynı analizde gözüken ve kanadın arkasında bıraktığı hava akışını mor çizgiler ile temsil eden akış analizinin oluşumunda da rol alır. Kanat yüzeylerindeki basınç farklılıkları 3. analizden de görülebileceği üzere kanat uçlarında akımda bir bükülmeye yol
5. Analiz: Sürtünme
açmaktadır. Görülebildiği gibi kanat istenen hava akışını sağlayarak “downwash”
hareketiyle uçak aerodinamik sisteminin ihtiyacın olan kuvvetleri oluşturmada etkilidir 4. analizde görülen değerler havanın kanada uyguladığı baskıyı göstermektedir. Kırmızı alan ise kanadın basınç merkezidir. Bu merkezin konumu uçağın stabilitesi ve uçuş eğilimi için oldukça önemli olmakla birlikte tasarımın ağırlık merkezine olan yakınlığından anlaşılabileceği üzere stabil uçuş için gerekli olan kararlılığı bu model üzerinde de gösterebilmektedir.
5. analizde ise uçağın 0 derece hücum açısında kanadın (sarı çizgiler) ve havanın (mor çizgiler) oluşturduğu sürtünme görülmektedir. Bu analizde trapez kanat şeklinden ötürü kanadın oluşturduğu sürtünmenin oldukça az ve havanın oluşturduğu sürtünmenin ise yeterli düzeyde olduğu görülmektedir.
Bu bağlamda uçağın toplamının oluşturduğu tutarlı bütün, analizlerden de görülebileceği üzere, istenilen parametrelerin karşılamakta ve uçuş performansını desteklemektedir.
Kuvvet ve Katsayı Hesapları
Kaldırma kuvveti hava aracının ağırlığını doğrudan karşılayan ve aracı havada tutan kuvvettir. Bu kuvvet aracın her parçası tarafından üretilir ancak normal bir uçakta kaldırma kuvveti çoğunlukla kanatlar tarafından oluşturulur. İHA’mızın barındırdığı ağırlığı taşıyacak kanat ve profil tasarımına göre “kaldırma kuvveti hesabı” aşağıda verilmiştir.
L = ½ρ V^2 A CL
L = Kaldırma Kuvveti ρ = Hava Yoğunluğu V = Hız
A = Kanat Alanı
CL = Kaldırma Kuvveti Katsayısı
Bu formül bağlamında İHA’nın kaldırma kuvveti 0.17m^2 kanat alanı, 0.6 CL değeri(1:1 kanat değerlerine göre simülasyonlar yardımıyla hesaplanmıştır), 16m/s hızda ve deniz seviyesinde 13.3 N(1.35 kg) olarak hesaplanmıştır. Bu hız ve kaldırma
kuvveti değerleri değişken hava durumu ve rüzgar şiddetlerinde bile uçağın boş ve yüklü ağırlığını karşılayabilecektir.
Kanadın en boy oranının (AR - Aspect Ratio) tabloda gösterildiği gibi kaldırma kuvvetine etkisi oldukça fazla olduğundan kanat tasarımında önemli bir faktör olmuştur. Kanadımız için AR = 5.29’dur ve ihtiyacımız olan özellikleri karşılamaya yeterlidir. AR değeri hesabı için formül aşağıda verilmiştir.
AR = b^2 / A AR = Aspect Ratio (En Boy Oranı)
b = Kanat Açıklığı A = Kanat Alanı
Pervane
İHA’ya gerekli itki gücünün sağlanması için motora takılacak pervane 4S ile uyumlu düşük hatve açısına sahip 60*40 APC’dir. Büyük çaplı ve düşük hatve açısına sahip pervaneler düşük devirde yeterli itki gücü sağlayabilecektir.
Kullanılacak pervanedeki “60” sayısı
pervanenin inç cinsinden ölçüsünün 10 katı, “40” sayısı ise hatve açısını belirtmektedir. Bu açı pervanenin her bir turunda alacağı mesafeyi belirtmektedir.
3.2.3 Görev Mekanizması Sistemi
Görev-Yük mekanizması tasarlanırken taşınacak şişenin boyutları ve ağırlığı da göz önünde bulundurularak tasarlanan hazne, ağırlık merkezinden
hareketle uçağın içine yerleştirilmiştir. Aynı zamanda şişenin taşınırken uygulayacağı baskı kaldırabilecek, kapağı alttan destekleyerek inişlerde dahi hasar almasını engelleyecek bir “menteşeli kapak” tasarlanmış; bu kapağı tutan, yük bırakılacağı zaman açılan ve kapağın serbest kalarak yükün düşmesini sağlayan bir servo motor ile desteklenmiştir.
Bu hazne; uçuş sırasında şişeyi yanlardan destekleyerek oynaması engelleyecek, uçağın performansını koruyacak kadar dar; kapağı tutan servo motor açıldığında yükün hazneden kurtularak düşmesini sağlayacak kadar geniştir.
Ayriyetten şişe düşerken yavaşlamasını ve yere çarpış anında yükün zarar görmesini engelleyecek olan ve basit bir naylon poşetten tasarlanmış olan paraşütü sığdırabileceğimiz kadar büyüktür.
3.2.4 Elektrik Elektronik Kontrol ve Güç Sistemleri Entegrasyonu
İHA itki gücünü Emax RS2306’dan alacaktır. Bu model 3-4S Li-Po batarya ve 6" pervane ile uyumludur. 2400KV devire, 33.84 g ağırlığa sahip motor kullanacağımız 14.8V Li-Po batarya ve 6040 pervaneyle 39A akım çekerek yaklaşık 1500 g itme kuvveti verebilmektedir.
Motoru ve diğer elektronik parçaları besleyecek olan Elektronik Hız Kontrolcüsü Racestar RS40A V2’dir. Alıcı ile iletişiminde Dshot algoritmasını kullanmaktadır. Bu da daha hızlı gaz tepkisi ve daha hassas gaz ayarına izin vermektedir. Seçilmesinde etkili olan ağırlığı da 9.5 g’dir.
Seçmiş olduğumuz pil, Tattu’nun 4s 800mah 75C 14.8V Li-Po bataryasıdır. Sürekli çekilen akım değerini belirten C değeri İHA'ya uygundur. Yeterli uçuş süresini sağlaması ve hafifliği pili seçmemizdeki unsurlardır.
Kontrol yüzeylerinde (Eleronlar ve elevatör) kullanacağımız servo mikrodur. 0,7Kg-cm tork değerindedir. İhtiyaç duyduğumuz 0,6Kg-cm tork değerinden fazla torka sahip en hafif servodur. Bu sayede kontrol yüzeyleri İHA’nın istediğimiz şekilde hareket etmesini sağlayacaktır.
Yük mekanizmasında kullanacağımız servo SG90’dır. Yük mekanizmasının tasarımı itibariyle dişlilerine çok yük binmeyecek olması dolayısıyla ihtiyaç duyulan güce uygun servodur. 1Kg-cm tork değerinde yük mekanizmasında kapağın yeterince hızlı açılmasını sağlayacaktır.
Fly-Sky FS-i6X 2.4GHz 10 kanallı radyo vericisi ve iA6B 6 Kanallı Alıcısıdır. Daha düşük güç tüketimi ve yüksek güvenilir alıcı duyarlılığını korurken parazite karşı üstün koruma sunduğu ve ekran
desteği olduğu için tercih edilmiştir.
Motorumuz gerek pratikte gerek de hesaplamalarda 35-40A arası güç çektiği için tasarımımıza 50A bıçak sigorta ve kullandığımız güç değerlerinde sıkıntısız çalışan bir aç-kapa anahtar tercih edilmiştir.
Otonom Uçuş Kartı ve Yer İstasyonu Uygulaması
Uçuş sisteminin barındırdığı otonom uçuş kartı
“Cuav V5 Nano”dur. Bu kartı tercih etmemizin temel sebebi 40 gram ağırlığıyla piyasada bulunabilecek en hafif kartlardan birisi olması ve buna rağmen sahip olduğu yenil nesil
hızlı işlemcisi ile kısa mesafeli uçuşlarda İHA’nın daha net tepkiler verebilmesini sağlamasıdır. Bunun yanında barındırmış olduğu yüksek hassasiyete sahip pusula ve sensörler ile hassas dönüşler yapabilecektir. Ayrıca desteklediği yer istasyon yazılımları ve İHA türleri bakımından kullanımı oldukça kolay ve tasarladığımız İHA aracı ile uyumludur. Bu sebeplerden ötürü tercih ettiğimiz bir sistem olmuştur olmuştur.
Otonom uçuş esnasında uçuş kartının konum bilgisini alacağı GNSS modülü olarak “Cuav NEO 3 Pro CAN GNSS” tercih edilmiştir. Bu tercihimizde temel etken otonom uçuş kartımızla uyumlu en hassas GNSS modülü olmasıdır. 70 cm hassasiyette konum bilgisi gönderebilmektedir.
Bunun yanında içinde barındırdığı pusula sayesinde otonom uçuş esnasında kartın içinde barındırdığına yardımcı olarak çok hassas yön bilgisi verebilmektedir.
İHA’mız yarışma koşulları ve yük taşıma özelliği dahilinde otonom görev uçuşu sergileyecektir. Bu nedenle bulundurduğu otonom sisteme destek olacak olan açık
kaynak kodlu ve ardupilot tabanlı “Mission Planner” adlı yer istasyonu uygulaması ile İHA aracının kalibrasyonu, uçuş öncesi ayarları yapılacak; otonom uçuş planı çizilecek ve kullanılacaktır. Ayrıca uçuş esnasında telemetri modülünden gelen verileri işleyerek tutarlı bir şekilde görmemizi sağlayacaktır.
3.3 Uçuş Performans Parametreleri
Açıklanan değerlere göre motor istenilen hızlara ulaşmaya yetecek ve kalkışta yeterli bir çekişe sahiptir. 60*40 APC pervane ile en fazla 38A akım ile 1220g itki oluşturmaktadır; ortalama uçuş hızında ise yaklaşık 18A akım çekip, ortalama uçuş hızında ise 850g kullanılabilir itki gücüne sahiptir. Bu değerlere göre kullanılan 850 mAh 4 hücreli Li-Po pille en kısa 1,5 dakika, ortalama uçuş hızında ise 3,2 dakika havada kalabilmektedir. Bu değerler görev uçuşu süresini karşılamaktadır.
NO Parça Adı Adet Azami Güç Tüketimi
(Amper)
Toplam Güç Tüketimi (Amer)
1 Fırçasız Motor (2400KV) 1 38 38
2 40A ESC 1 2 2
3 Mikro Servo 2 0.5 1
4 Mini Servo (Yük
Mekanizması) 2 1 2
5 Alıcı 1 1 1
6 Otonom Uçuş Kartı 1 1 1
7 GNSS Modülü 1 0,5 0,5
Toplam 7 44 45,5
Aşağıda verilen elektriksel enerji formülüne göre 18A ve 4 hücre voltajında dakikada yaklaşık 250 mAh elektrik tüketmektedir. Bu doğrultuda yaklaşık 3 dakika
uçması istenen İHA için 850 mAh pil seçilmiştir ve bu pili yaklaşık 3,2 dakikada tüketmektedir.
E = Vi t E: Enerji(Joule)
V: Potansiyel Fark(Volt) i: Akım (Amper)
t: Zaman (Saniye)
3.4 Hava Aracı Maliyet Dağılımı
No Parça Adı Birim Fiyatı
(TL)
Miktarı (Adet)
Toplam Fiyatı (TL)
1 Emax RS2306 2400KV 127,5₺ 1 127,5₺
2 Tattu 4s 800mah 75C 14.8V Li-Po 212₺ 1 212₺
3 Cuav V5 Nano 1.530₺ 1 1.530₺
4 Neo 3 Pro 1.275₺ 1 1.275₺
5 Flysky FS-iA6B Alıcı 2.4G 150₺ 1 150₺
6 Skystars Slim 40A ESC 85₺ 1 85₺
7 Yapı Malzemesi (Depron Plaka) 60₺ 1/2 30₺
8 Strafor Yapıştırıcı(Uhu Por) 33₺ 1 33₺
9 SG90 Servo Motor 15₺ 2 30₺
10 5g Mikro Servo 19₺ 2 38₺
11 PLA plastik 1₺/g 10(Gram) 10₺
12 6040 APC Pervane 10₺ 1 10₺
13 50A Bıçak Sigorta 5₺ 1 5₺
14 Devre Anahtarı 5₺ 1 5₺
15 Kontrol Yüzeyi Elemanları 5₺ 3 15₺
TOPLAM ... ... 3.540,5
4. PROTOTİP ÜRETİM SÜRECİ 4.1 İHA İmalat ve Montaj Süreci
İnsansız Hava Aracımızın tasarımını kararlaştırdıktan sonra İHA’mızın üretimine
geçebilmek için modelimizin şablonlarını çıkardık. Gövde, kuyruk ve kanatta da kullanmış olduğumuz depron malzemesini şablonlarımıza uygun olacak şekilde kestik.
İnsansız Hava Aracımızın parçalarını hazırladıktan sonra hafiflik, dayanıklılık ve çabuk kuruması gibi özellikleri nedeniyle tercihimiz olan UHU POR ile gövde, kanat ve kuyruk parçalarını ayrı ayrı birleştirerek İnsansız Hava Aracımızın ana
parçalarını oluşturduk.
İnsansız Hava Aracımızın gövde ve kanadının imalatı bittikten sonra sıcak silikon ile birbirine sabitledik. Kanadımızı ise uçağımız uçuşa hazır hale geldiğinde dört adet lastik ile gövdeye sabitledik.
İnsansız Hava Aracımızın gövde ve kuyruğu sabitlendikten sonra kanat ve kuyruğumuzun kontrol yüzeylerini UHU POR ile menteşeleme yöntemi ile sabitledik.
İnsansız Hava Aracımızın kontrol yüzeyleri de takıldıktan sonra İHA’mıza motorunu yerleştirdik. Kontrol yüzeylerinin hareketini sağlayan servoları kontrol yüzeylerine yakın yerlere konumlandırdık.
Servoların kontrol yüzeylerini hareket ettirebilmesi için kontrol yüzeylerine yekeleri yerleştirdik. Yeke ve servo bağlantısı içinse 1.3mm kalınlığında çelik tel kullandık. Otonom kartımızı uçağın stabilitesini
bozmaması ve ivme ölçerlerin düzgün veri sağlaması için uçağımızın ağırlık merkezine yerleştirdik. GPS’i ise pilden olabildiğince az etkilenmesi ve uçağın stabilitesini olabildiğince az etkileyecek olan kanat arkasına yerleştirdik. Daha sonra tüm kablo bağlantıları uygun portlarla bağlanarak İHA’mız uçuşa hazır hale gelmiştir.
4.2 İHA Elektrik Elektronik Entegrasyon Süreci
● Pil ve güç modülü arasına sigorta ve anahtarın bulunduğu bir soket lehimlenerek hazırlanır.
● Uçuş kartı uçağın ağırlık merkezine yerleştirilerek çift taraflı bant ile sabitlenir.
Doğru ve tutarlı veri akışı amaçlanır.
● Güç modülü açıkta kablo kalmayacak ve zarar görmeyecek şekilde çift taraflı bant ile sabitlenir.
● ESC ve güç modülü güç kabloları ile birbirine bağlanır.
● ESC sinyal kablosu, kabloya zarar gelmeyecek şekilde boşluklardan geçirilerek uçuş kartı üzerindeki ilgili girişe takılır.
● Alıcı, rahat sinyal alabileceği bir yere konumlandırılarak sabitlenir. Uçuş kartı ile gerekli bağlantılar yapılır.
● GNSS modülü kanadın arkasına ve pilden uzak bir konumda olacak şekilde yerleştirilir ve çift taraflı bant ile sabitlenir.
● Çeşitli yerlerde bulunan servolar için bağlantılar uzatma kablolarında yardımıyla alıcı ve otonom kartı üzerindeki ilgili girişlere takılır.
● Tüm bağlantılar kontrol edildikten sonra test amaçlı pil bağlantısı yapılmış ve pil GNSS modülünden uzağa ve gövdenin önüne yerleştirilmiştir.
Bu işlemler sırasında iletken kabloların açıkta kalmamasına ve kısa devre gerçekleştirmeyecek şekilde bağlanmasına özen gösterilmiştir. Bağlantılar yapılırken devreye pil eklenmemiş ve olası tehlikelere karşın lehimleme işlemleri sırasında eldiven ve gözlük kullanılmıştır. Tüm malzemelerin ve parçaların sağlam bir şekilde yapıştığına ve denge ölçülerini bozmadığına dikkat edilmiştir.
4.3 İHA Montajı ve Genel Kontroller
Genel Kontrol Türü Durum
Pil Doluluğu Kontrolü ✓
Anahtar ve Sigorta Kontrolü ✓
Ağırlık Merkezi Kontrolü ✓
Kontrol Yüzeyleri için Açı ve Yön Kontrolü ✓
Motor Dönüş Yönü Kontrolü ✓
Pervane Yönü Kontrolü ✓
Kumanda - Alıcı Eşleşmesi Kontrolü ✓
Genel Gövde Durumu Kontrolü ✓
Genel Kanat Durumu Kontrolü ✓
Görev Mekanizması ve Yük Durumu Kontrolü ✓
Uçuş Öncesi Otonom Kalibrasyon Kontrolü ✓
Failsafe Kontrolü ✓
Rüzgar Yön Kontrolü ✓
4.4 Üretim İş Zaman Çizelgesi Planlanan ve Gerçekleşen
İP No
İP Adı/Tanımı
Kimler Tarafından Yapılacağı
HAFTALAR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0 1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
1 8
1 9
2 0
2 1
2 2
2 3 1 Görev Analizi ve
Literatür Taraması
Barış Torun Burak Kara 2
Tasarım Boyutsal Parametrelerinin
Belirlenmesi
Barış Torun Semih Yıldırım 3 Tasarımın Yapısal
Özellikleri
Semih Yıldırım Burak Kara 4 Kontrol ve Güç
Sistemleri Tasarımı
Mete H. Gözükara Semih Yıldırım 5 Uçuş Performans
Parametreleri
Barış Torun Mete H. Gözükara 6 Hava Aracı Maliyet
Hesaplama
Burak Kara Mete H. Gözükara 7 Teknik Çizimler Musa Özparça
Burak Kara 8 Proje Yönetimi Musa Özparça
(Mavi: Planlanan,Yeşil: Gerçekleşen,Gri: Belirsiz)
5. TEKNİK ÇİZİMLER
Yan Görünüş Ön Görünüş
Üstten Görünüş Perspektif Görünüş
Elektronik Bağlantı Şeması
Yük Mekanizması Teknik Resimleri
