Gövde ve Yapısal Tasarım

1 Gövde Konfigürasyonu

Hava aracı katlanır bir multirotor. Ortada düz bir merkez gövde var — spacer'larla birbirinden ayrı tutulan iki profilli G10 fiberglas plaka — ve ana karbon fiber kollar buradan dışarı uzanıyor. Her kol, bir alüminyum motor yatağı ve katlanır bir eklem üzerinde teleskopik bir iniş bacağı taşıyor. Şekil 1, hava aracını açılmış uçuş konfigürasyonunda gösteriyor.

Yapıyı altı gereksinim şekillendirdi ve bu belgede anlatılan her parça bunlardan en az birine karşılık geliyor:

• Ağırlık azaltma ve yapıyla çekişmeyen bir iç kablo yönetimi.

• İç telemetri, RC ve GNSS alıcılarının çevresinde RF geçirgenliği.

• Motor yataklarından ana plakalara uzanan rijit bir birincil yük yolu.

• Aletsiz montaj; böylece hava aracı sahada hızla kurulup hazır hale getirilebiliyor.

• Hem açık hem katlı konumda stabil kalan katlanır bir iniş takımı.

• 18 x 14 x 8 inçlik “Personal Item” bagaj kategorisine sığan bir taşıma hacmi.

Bu modüler düzenleme, hasarlı kolların, iniş takımı bileşenlerinin ve diğer kritik parçaların gövdenin tamamı sökülmeden değiştirilebilmesini sağlıyor.

2'den 4'e kadar olan bölümler yapıyı gövdeden kollara ve üretilen parçalara doğru dışa doğru takip ediyor; 5. bölüm yapısal simülasyon ve yorulma değerlendirmesini, 6. bölüm ise katlanmış taşıma konfigürasyonunu ele alıyor. Tablo 1, malzeme seçimlerini tek bir yerde, her parçanın hangi özelliği için seçildiğiyle birlikte topluyor.

Şekil 1. Gövde, açılmış uçuş konfigürasyonunda, CAD modelinden. Buradan okunması gereken şey, katlanır mimarinin talep üzerine üretmesi gereken geometri: kollar tam açıklığa açılmış, teleskopik bacaklar aşağı uzatılmış. Merkez gövde burada bir kanopiyle kapalı olduğundan, 2. bölümde anlatılan plaka istifi bu görünümde görünmüyor.

2 Merkez Gövde

Merkez gövde tamamen G10 fiberglas laminattan üretiliyor. Yapısal olarak bir istif: spacer'larla birbirinden ayrı tutulan bir üst ve bir alt profilli plaka; hava aracındaki diğer bütün yapısal elemanlar burada sonlanıyor. Onu tanımlayan şey plakalardaki boşaltma deseni, G10 tercihi ve iki plakayı tek bir kutuya bağlayan spacer'lar.

2.1 Plaka Geometrisi ve Kütle Azaltma

Hem üst hem alt şasi plakasına stratejik boşaltmalar işlendi. Desen aynı anda iki iş yapıyor: plaka kütlesini düşürmek için laminat kaldırıyor ve iç kablo yönetimini basitleştiriyor, böylece kablo demetleri yapının etrafından değil içinden geçiyor. Şekil 2, iki plaka profilini gösteriyor.

Şekil 2. Üst ve alt şasi plakası profilleri, CAD modelinden. Bakılması gereken şey, kanal deseninin ne kadar laminat kaldırdığı ve iki plakanın birbirinin aynısı olmadığı.

2.2 Neden G10

G10 özellikle, yüksek düzlem-içi rijitlik ve mükemmel elektriksel yalıtım sunarken RF geçirgen kalması nedeniyle seçildi. Her üç özellik de gerekliydi. RF geçirgenliği aviyoniği ilgilendiren taraf: iletken bir kabuk, iç telemetri, RC ve GNSS alıcılarının çevresinde Faraday kafesi etkisi yaratırdı; fiberglas laminat ise bu sinyallerin ihmal edilebilir bir kayıpla geçmesini sağlıyor ve gövde içine anten ile kablosuz bileşen monte edilmesine uygun.

2.3 Spacer Kolonları ve Yapısal Rijitlik

İki ana plaka arasına yerleştirilen spacer'lar eğilme rijitliğini artırıyor ve iki plakanın tek bir yapısal bütün gibi davranmasını sağlıyor; rijit, yük taşıyan iç kirişler olarak çalışıyorlar. Şekil 3, spacer'ların açtığı boşluktan geçen kablo demetiyle birlikte monte edilmiş istifi gösteriyor.

Spacer'ların kesin sayısı kaynak tasarım dokümantasyonunda belirtilmemiştir. 5. bölümde raporlanan yapısal analiz katlanır kolu ve motor yataklarını kapsıyor; plaka istifinin kendisi için ayrı bir analiz, yük durumu veya test sonucu bu belgede raporlanmamıştır.

Şekil 3. Monte edilmiş plaka istifi, yandan fotoğraflandı. İki plaka arasında duran spacer'lar burada anlatılan yük taşıyan elemanlar ve kablolama onların açtığı boşluktan geçiyor. Fotoğrafta ayrıca alt plakanın altında, bu belgenin anlatmadığı bir servo ve bir mekanizma da görünüyor.

3 Katlanır Mimari ve Aletsiz Montaj

Anında hızlı müdahale için tasarlanan hava aracı, baştan sona aletsiz bir katlanma topolojisine sahip: taşıma ile uçuş arasında konum değiştiren her eklem elle hareket ediyor, sökülecek hiçbir şey yok. Şekil 1 ve Şekil 5 bu hareketin iki ucu; aynı hava aracının açılmış ve katlanmış hali.

3.1 Kollar ve Katlanır Eklemler

Ana karbon fiber kollar, uçuş konumunda güvenle kilitlenen ve taşıma için içe katlanan katlanır eklemler üzerinden bağlanıyor; bu, hızlı kurulum için seçildi. 4. bölüm bu kollar için kurum içinde üretilen motor yataklarını ele alıyor.

3.2 İniş Takımı ve Batarya Sabitleme

İniş takımı, katlanır bir motosiklet yan sehpasından esinleniyor. Her teleskopik bacak, motor yatağına yakın bir pivot üzerine monte edilmiş; yaylı bir mekanizma, takımı açık ya da katlı konumda tutmaya yardımcı oluyor. Şekil 1 bacakları açık, Şekil 5 aynı bacakları toplanmış gösteriyor. Batarya paketi, kalıcı sabitleyiciler yerine cırt cırt bantla tutturuluyor; bu da sahada hızlı batarya değişimine olanak tanıyor.

4 Üretim ve Motor Yatakları

Motor yatakları gövdenin kritik yük aktarım bileşenleri; tamamen kurum içinde tasarlanıp üretiliyor.

Her motor yatağı, kurum içinde dövme 6061-T6 alüminyumdan üretiliyor. Yataklar takımın itki sistemi için özel olarak tasarlandı ve 20 mm karbon fiber borulara oturuyor; motor itkisi ve torku bu bağlantı üzerinden ana yapıya aktarılıyor. Şekil 4, yatak geometrisini gösteriyor.

Şekil 4. Kurum içi motor yatağı, CAD modeli olarak. Cıvata deseni ve hafifletme delikleri dairesel yüzeyde duruyor; sağdaki yarım daire eyer ise 20 mm karbon fiber boruya oturma arayüzü.

Tablo 1, malzeme seçimlerini parça başına bir satır olacak şekilde, her birinin hangi özelliği için seçildiğiyle birlikte tam olarak ortaya koyuyor.

Tablo 1. Gövde malzemeleri ve her parçanın hangi özelliği için seçildiği.

5 Yapısal Simülasyon ve Yorulma Değerlendirmesi

Katlanır kol ve motor yataklarının işletme yükleri altındaki yapısal bütünlüğünü doğrulamak için bu bileşenler, uçuş sırasında oluşan itki yükü altında ANSYS'te analiz edildi. Statik analiz, katlanır kol ve motor yataklarının maksimum itki yükü altında akmaya karşı 1.5 emniyet katsayısını koruduğunu doğruladı. Motor çalışmasından ve katlanma/açılma döngülerinden kaynaklanan tekrarlı gerilme de, tekrarlanan yarışma kullanımı boyunca dayanıklılığı değerlendirmek için hesaba katıldı.

Tablo 2, ortaya çıkan araç kütlesi ve performans rakamlarını özetliyor.

Tablo 2. Araç kütlesi ve performans özeti.

6 Taşıma Konfigürasyonu ve Taşınabilirlik

Katlanır mimari bu sonuç için var. Katlanır kol eklemleri ve teleskopik bacaklar birlikte, bu otonom platformun kompakt bir ayak izine toplanmasını sağlıyor: uçuş konfigürasyonunda araç 21.2 x 21.2 x 11 inç ölçüsünde, taşıma için katlandığında ise 13 x 13 x 7.1 inç ölçüyor ve bu, 18 x 14 x 8 inçlik “Personal Item” bagaj kategorisine sığıyor. Katlanır tasarımın tamamının lojistik gerekçesi bu. Araç, sadece elle, yaklaşık üç dakikada açılıp uçuşa hazır hale getirilebiliyor.

Açıldığında aynı gövde geniş ve stabil bir aerodinamik duruşa kavuşuyor. Şekil 5 katlanmış taşıma modunu gösteriyor; Şekil 1 ile yan yana konduğunda eklemlerin ve teleskopik bacakların ne yaptığının dürüst ölçüsünü veriyor, çünkü iki şekil aynı hava aracı.

Şekil 5. Hava aracı taşıma için katlanmış halde, CAD modelinden. Kollar gövdenin yanına doğru katlanmış, bacaklar gövdeye toplanmış; metinde geçen 13 x 13 x 7.1 inç konfigürasyonu bu.