Gövde tasarımı çoğu zaman yanlış uçtan başlar: birisi beğendiği bir gövdeyi görür, sipariş eder, sonra motorları ve pervaneleri onun etrafına sığdırmaya çalışır. Sonuç tanıdıktır: pervane uçları birbirine fazla yaklaşır, titreşim kayıtta tavan yapar, araç Loiter'da bir türlü sabit duramaz ve batarya kayışını her çözdüğünüzde ağırlık merkezi kayar.

Doğru sıra bunun tam tersidir. Önce görev ve faydalı yük, sonra itki ihtiyacı, sonra pervane çapı ve ancak ondan sonra kol uzunluğu. Gövde estetik bir tercih değildir; pervane çapı ile ağırlık merkezinin dayattığı bir geometri problemidir. Bu yazıda SUAS 2026 için otonom multirotorumuzu kurarken kullandığımız hesapları paylaşıyoruz: kol uzunluğu pervaneden nasıl çıkar, hangi malzeme nereye aittir, ağırlık merkezi (CG) neden itki merkeziyle çakışmak zorundadır ve kol rezonansı uçuş kontrolcüsünü nasıl yanıltır.

Konfigürasyon: kaç rotor, hangi geometri

İlk karar rotor sayısıdır ve bu bir yedeklilik–verim takasıdır. Aynı toplam itki için rotor eklemek her birinin çapını küçültür; küçülen disk alanı ise aynı itkiyi daha yüksek güç maliyetiyle üretir. Yedeklilik satın alır, bedelini verimden ödersiniz.

Biz quad'da kaldık: SUAS görevinde uçuş süresi ve sade bir kurulum, bize yedeklilikten daha çok kazandırıyor. Ayrıca hexa'nın "motor arızasında sizi kurtarır" iddiası kendiliğinden gerçekleşmez: bunun çalışması için otopilotta aktif arıza tespiti ve kontrol yeniden dağıtımı gerekir; bunu kendi firmware sürümünüzün dokümantasyonundan doğrulayın.

Geometri tarafında ArduPilot dokümantasyonu standart X yerleşimini öneriyor: simetriktir, uçuş yüklerini daha dengeli dağıtır ve verilen bir gövde boyutunda en büyük pervaneye izin verir. H yerleşimi ön ve arka motor çiftlerini bir dikdörtgenin köşelerine koyar; kameranın görüş alanını açmak ya da uzun bir faydalı yük gövdesi sığdırmak istediğinizde işinize yarar, ama yatış ve yunuslama atalet momentleri artık eşit olmadığından PID ayarı iki eksen arasında ayrışır. H'yi tercih ederseniz FRAME_TYPE parametresini de H yapmayı unutmayın: motor dönüş yönü şeması X ile H'de farklıdır.

Kol uzunluğu: pervaneden geriye doğru çalışmak

Kol uzunluğu serbest bir değişken değildir. Her motor R yarıçaplı bir çember üzerinde duruyorsa, iki komşu motor arasındaki mesafe basit bir trigonometridir:

s = 2 · R · sin(π / N)

burada N = rotor sayısı ve R = merkez–motor mesafesi

Komşu pervanelerin çakışmaması için s en az pervane çapı artı bir uç açıklığı kadar olmalıdır:

s ≥ Dp + g

→ R ≥ (Dp + g) / (2 · sin(π/N))

g için ArduPilot'un tasarım notları uçtan uca en az yarım inç (≈12.7 mm) açıklık öneriyor; amaç, asimetrik pervane akımının yarattığı titreşimi azaltmaktır. Pratikte biz daha cömert davranıp 20–30 mm ile çalışıyoruz, çünkü karbon kollar yük altında biraz esner ve gerçek uçuş açıklığı nominal değerin altında kalır.

Örnek hesap, 15 inç pervaneli bir quad:

1. Dp = 15" = 381 mm

2. g = 25 mm (bizim seçimimiz)

3. N = 4 → sin(45°) = 0.7071

4. R = (381 + 25) / (2 × 0.7071) = 406 / 1.4142 = 287 mm

5. Motorlar arası köşegen (wheelbase) = 2R = 574 mm

6. Ön–arka motor çifti açıklığı (X quad) = s = 406 mm

Yani "15 inç quad" aslında 574 mm sınıfında bir gövde demektir. Aynı pervaneyi bir hexa'ya taşırsanız R = 406 mm çıkar ve araç gözle görülür biçimde büyür.

Pervane çapı ayar tarafına da sızar. ArduPilot'un itki eğrisi doğrusallaştırma parametresi için önerilen başlangıç değerleri pervane boyutuna bağlıdır:

Malzemeler: ne nereye ait

Bir gövde tek bir malzemeden kurulmaz. Her parça farklı bir yük taşır, dolayısıyla her parça farklı bir malzemeyi hak eder.

Filament veri sayfaları markadan markaya ve test standardına göre büyük farklılık gösterir; özellikle PA-CF'nin ısı dayanımı değerleri farklı yöntemlerle ölçülür. Kritik bir parça için elinizdeki filamentin kendi veri sayfasını okuyun.

İki pratik not. ArduPilot dokümantasyonu, yuvarlak kesitli bir kolun aynı ölçüdeki kare kesite kıyasla yaklaşık yarı yüzey alanı sunduğunu, dolayısıyla pervane akımını daha az bozduğunu belirtiyor. Karbon iletken olduğu için de GPS ve telemetri antenlerini karbon plakanın üstüne, gövdenin gölgesinin dışına yerleştirin.

Güvenlik: Karbon kenarları jilet gibi keskindir ve er ya da geç kablo izolasyonunu keser. Karbondan geçen her kabloya lastik geçme (grommet) ya da spiral sargı takın. Kopan bir batarya kablosu LiPo'da kısa devre, o da yangın demektir. Karbon tozu da iletkendir; kesme ve zımparalamayı elektronikten uzakta yapın ve maske takın.

Ağırlık merkezi neden itki merkeziyle çakışmalı

Bir multirotor, motor eksenlerinin geometrik ortalaması olan itki merkezi etrafında dönmeye çalışır. Ağırlık merkezi bu noktanın dışında kalırsa araç, sadece düz durabilmek için kalıcı bir moment dengesi tutmak zorunda kalır; yani bazı motorlar sürekli daha çok çalışır.

Basit iki boyutlu denge (ön/arka motor çifti, boyuna açıklık L, toplam ağırlık W, ağırlık merkezi kaçıklığı d):

F_front + F_rear = W

F_front · (L/2) − F_rear · (L/2) = W · d

→ F_front = W/2 + W·d/L

→ F_rear = W/2 − W·d/L

Asimetri oranı = 2d / L

Örnek hesap, 3.0 kg'lık bir araç, yukarıdaki 15" quad (L = 406 mm), batarya 15 mm fazla önde:

1. Asimetri = 2 × 15 / 406 = 0.074 → %7.4

2. F_front = 1.5 kg × (1 + 0.074) ≈ 1.61 kg-f (çift başına)

3. F_rear = 1.5 kg × (1 − 0.074) ≈ 1.39 kg-f

Ön motorlar arkadakilerden yaklaşık %15 daha fazla itki üretiyor. Bunun üç bedeli var: fazladan çalışan motorlar daha çok ısınır, itki payı asimetrik tüketildiği için agresif bir manevrada bir taraf önce doyuma ulaşır ve otopilot kaçıklığı I terimiyle örttüğü için ayar yapay olarak zorlaşır. 15 mm'lik bir kayma ise batarya kayışını farklı sıkmakla bile ortaya çıkacak kadar küçüktür.

Faydalı yük bırakan araçlarda bir tuzak daha var: servo tabanlı airdrop mekanizmamızda ağırlık merkezi, yük ayrıldığı anda değişir. Bu yüzden mekanizmayı ağırlık merkezine olabildiğince yakın, ideal olarak tam altına yerleştirdik; böylece ~20 m'den yapılan bir bırakmadan sonra araç yeni bir trim aramak zorunda kalmıyor. Batarya tek başına en ağır parça olduğu için pratikte ağırlık merkezini o belirler; onu kaydırılabilir bir ray üzerinde tutun ve dengelemeyi onunla yapın. Kurşun ağırlık en son çaredir.

Uçuş kontrolcüsünü de yatayda ağırlık merkezine yakın monte edin. ArduPilot'un tasarım notları bunu açıkça söylüyor: araç kütle merkezi etrafında döner; otopilot da o noktada oturuyorsa ölçtüğü ivme gerçek gövde hareketine karşılık gelir, daha dışarıda ise merkezkaç bileşenleri ölçümü kirletir.

Katmanlı yerleşim ve bakım erişimi

Yerleşimi katmanlara ayırmak hem ağırlık merkezini hem de bakımı kolaylaştırır. Bizimki kabaca şöyle:

• Alt katman: Batarya (kaydırılabilir ray üzerinde), güç dağıtım kartı, ESC'ler. Ağır ve sık değiştirilen parçalar en alta iner, yüksek akım kablolaması kısa kalır.

• Orta katman: Uçuş kontrolcüsü (Pixhawk sınıfı), titreşim damperleri üzerinde, gövde merkezine olabildiğince yakın.

• Üst katman: Companion computer (yardımcı bilgisayar, Jetson Orin NX), telemetri, GPS direği: ısı üreten ya da anten taşıyan bileşenler hava akımında durur.

• Alt yüzey: SIYI A8 mini gimbal kamera ve airdrop servosu; ikisi de ağırlık merkezinin düşey ekseninin yakınında.

Bakım erişimi tasarımın parçasıdır. Sahada tekrar tekrar dokunacağınız üç şey vardır: batarya, SD kart ve pervaneler. Hiçbiri üç katmanı sökmeyi gerektirmemeli. Kendimize koyduğumuz kural: bataryayı değiştirmek sıfır vida, uçuş kontrolcüsüne ulaşmak en fazla dört vida.

Rijitlik ve rezonans: kolun sessiz sabotajı

Esnek bir kolun, motorun uyarabileceği bir doğal frekansı vardır. Motor devri o frekansa yaklaştıkça kol rezonansa girer, ivmeölçer gürültüsü patlar ve otopilotun konum kestirimi dağılır. ArduPilot dokümantasyonu bu konuda net: kol esnemesi asenkron titreşimin başlıca kaynağıdır ve kollar yapabildiğiniz kadar rijit olmalıdır.

Kolu, ucunda motor kütlesi taşıyan ankastre bir kiriş olarak modelleyerek kaba bir tahmin yapabilirsiniz:

Alan atalet momenti (içi boş yuvarlak boru):

I = π · (D⁴ − d⁴) / 64

Uç rijitliği:

k = 3 · E · I / L³

Doğal frekans:

f = (1 / 2π) · √(k / m)

Örnek hesap, 25 mm dış / 23 mm iç çaplı bir karbon boru, 250 mm serbest uzunluk, ucunda 200 g (motor artı bağlantı), E = 70 GPa:

1. I = π · (25⁴ − 23⁴) / 64 = π · 110 784 / 64 ≈ 5437 mm⁴

2. k = 3 · 70 000 N/mm² · 5437 mm⁴ / 250³ mm³ ≈ 73 N/mm = 73 000 N/m

3. f = (1/2π) · √(73 000 / 0.2) ≈ 96 Hz

Şimdi aynı kolu 250 mm'den 300 mm'ye uzatın; sadece %20'lik bir değişim. k ∝ 1/L³ olduğundan rijitlik eski değerinin 0.58 katına, frekans ise √0.58 = 0.76 katına iner:

f ≈ 96 × 0.76 ≈ 73 Hz

Referans noktası motorun dönüş frekansıdır: f_motor = RPM / 60. Multikopterlerde titreşimin neredeyse tamamı bu frekanstan ve harmoniklerinden gelir. 15" bir aracın hover'da 4000 RPM civarında döndüğünü varsayın; f_motor ≈ 67 Hz çıkar. 96 Hz'lik kolun rahat bir payı var, 73 Hz'lik kolunsa neredeyse hiç yok. Kolu %20 uzatmak, gövdeyi doğrudan rezonans bandına düşürmeye yetti. f_arm ≥ 1.5 × f_motor,max tutmayı hedefleyin; rijitliği satın almanın en ucuz yolu cidar kalınlığı değil, çaptır (I ∝ D⁴).

Sonucu kayıttan doğrulayın. ArduPilot'un titreşim ölçüm dokümantasyonuna göre VIBE X/Y/Z 30 m/s² altında kalmalıdır; 30'un üzerinde sorun görmeye başlayabilirsiniz, 60 m/s² üzerinde ise konum ve irtifa tutuşu neredeyse her zaman bozulur. Kırpma sayaçları (Clip0/1/2) ideal olarak sıfırda kalmalıdır; bir kayıt boyunca istikrarlı biçimde artan bir sayaç ciddi bir titreşim sorununa işaret eder.

Güvenlik: Kol rijitliğini elle test etmeden önce pervaneleri sökün. Her uçuştan önce motor bağlantı vidalarını kontrol edin: gevşek bir motor kaidesi rezonans ve fırlayan pervane demektir.

Sık düşülen tuzaklar

• Ağırlık merkezini bir kez ayarlayıp unutmak. Gimbal açısı, faydalı yük, hatta farklı marka bir batarya ağırlık merkezini kaydırır. Faydalı yük konfigürasyonu değişen bir araçta ağırlık merkezi kontrolü uçuş öncesi listesine girmelidir.

• Uzun, ince kollar. Daha büyük bir pervane sığdırmak için kolu uzatmak cazip görünür, ama rijitlik 1/L³ ile düşer. Bir kolu uzatıyorsanız çapını da büyütün.

• Sökülemeyen bir yerleşim. Bir ESC'yi kola epoksiyle yapıştırmak temiz görünür; sahada tek bir ESC'yi değiştirmek için tüm kolu sökmek zorunda kaldığınız gün temizliği biter.

• FC'yi rijit monte etmek ya da aşırı yumuşak bir süspansiyona asmak. ArduPilot "kısa bağlantılı sönümleme" öneriyor: kartın, titreşim genliğinden fazla hareket payına ihtiyacı yoktur. Sallanan bağlantılar başlı başına yeni bir rezonans kaynağıdır.

• Antenleri karbonun altına gömmek. Karbon iletkendir; gövdenin gölgesinde GPS ve telemetri başarımı düşer.

• Titreşimi yalnızca filtrelerle çözmeye çalışmak. Yazılım filtreleri (harmonic notch dahil) gerçek bir araçtır, ama ArduPilot dokümantasyonunun vurguladığı gibi aliasing gürültüsü kaynağında çözülmelidir: bağlantıda ve gövde rijitliğinde.

Pratik özet

1. Tersten tasarlayın: faydalı yük → itki → pervane çapı → R ≥ (Dp + g) / (2·sin(π/N)) → kol uzunluğu. Gövde bu hesabın çıktısıdır, girdisi değil.

2. Uç açıklığında cömert olun. ArduPilot'un ≈12.7 mm değerini taban kabul edin; esneyen kollara pay bırakmak için 20–30 mm ile çalışın.

3. Ağırlık merkezini tahmin etmeyin, ölçün. Asimetri oranı 2d/L'dir; 400 mm'lik bir gövdede 15 mm'lik bir kaçıklık zaten %7'lik bir itki dengesizliği demektir. Bataryayı kaydırılabilir bir ray üzerinde tutun.

4. Rijitliği çapla satın alın. I ∝ D⁴ ve k ∝ 1/L³. Kolun doğal frekansını 1.5 × f_motor,max üzerinde tutmayı hedefleyin.

5. Kayıttan doğrulayın. İlk uçuşta VIBE'a bakın: 30 m/s² altı iyi, 60 m/s² üstü uçuş güvenliği sorunudur. Kırpma sayaçları tırmanıyorsa yazılım ayarına dokunmadan önce mekaniğe geri dönün.

Gövdeyi doğru kurarsanız ayar kolaylaşır; yanlış kurarsanız ayar, mekanik bir sorunu PID kazançlarıyla örtme çabasına dönüşür. Tüm entegrasyon deneyimimizi SUAS 2026 yolculuğumuz yazısında anlattık; gövde parametrelerini uçurmadan önce denemek isterseniz SITL + Gazebo rehberimiz makul bir başlangıç noktası.