Faydalı Yük

Özet

Atılım UAV faydalı yük alt takımı, çakar bir işaret fenerini ve bir su şişesini birbirinden bağımsız olarak, serbest düşüş olmadan ve iki bırakma birbirini etkilemeden indiren bir airdrop sistemi tasarladı. Her faydalı yükü, uçak hedefin üzerine gelene kadar yerinde tutan ayrı bir servo kilidi var; o noktada kilit açılıyor ve 800 RPM'lik bir DC motor, dolu silindirik bir makara (spool) üzerinden faydalı yükü kontrollü ve sabit bir iniş hızıyla aşağı salıyor. Her iki vinç (winch) de tek bir HW-231 çift kanallı H-köprüsü tarafından sürülüyor ve modülün tamamı gövdeye ray kılavuzlu sürgülerle bağlanıyor; böylece alet kullanmadan bakımı yapılabiliyor veya yeniden yüklenebiliyor. Bu belge bırakma mekanizmasını, sökülebilir bağlantı düzenini ve makara geometrisini ele alıyor.

1 Tasarım Tercihleri

Faydalı yük alt takımına verilen görev, tek bir otonom görev sırasında iki farklı faydalı yükü — çakar bir işaret feneri ve bir su şişesi — birbirinden bağımsız olarak, ayrı hedeflere, serbest düşüş olmadan ve iki bırakma olayı birbirine karışmadan indirebilen bir airdrop sistemi tasarlamaktı. Zaten tam bir seyrüsefer ve görüntüleme yığını taşıyan ağır kaldırma kapasiteli bir platformun ağırlık ve güvenilirlik kısıtları göz önüne alındığında, sistemin inişi hassas biçimde kontrol ederken minimum kütle ve mekanik karmaşıklık eklemesi gerekiyordu. En büyük zorluk, her faydalı yükün uçuş boyunca güvenli biçimde kilitli kalmasını, ardından her biri için donanımı ikiye katlamak yerine tek bir ortak tahrik şemasıyla bağımsız ve kontrollü hızda bırakılmasını sağlamaktı.

Çözümümüz, her faydalı yük için servo tahrikli bir makara kilidini DC motorla sürülen bir vinçle birleştiriyor. Her faydalı yük, motorun durumundan bağımsız olarak onu İHA'nın altında sabit tutan kendine ait servo tahrikli bir kilitle yerinde tutuluyor; bu da uçuş sırasında kazara bırakmayı önlüyor. Uçak belirlenen bırakma noktasının tam üzerine konumlandığında bırakma dizisi başlıyor: servo önce makara kilidini açıyor, ancak ondan sonra 800 RPM'lik özel DC motor faydalı yükü kontrollü ve sabit bir iniş hızıyla aşağı salmaya başlıyor; böylece serbest düşüş tamamen ortadan kalkıyor. Her iki teslimat mekanizması da tek bir HW-231 çift kanallı H-köprüsü motor sürücüsüyle sürülüyor; bu, her vinç üzerinde bağımsız çift yönlü kontrol sağlayarak işaret feneri ile şişenin görevin farklı noktalarında, biri diğerini etkilemeden ayrı ayrı bırakılabilmesine imkân veriyor. Vinç mekanizmasının kendisi, ray kılavuzlu kayar bir bağlantı üzerinde sökülebilir bir modül olarak kurgulandı; alet kullanmadan gövdeye takılıp çıkarılabiliyor, bir kilitleme özelliği de çalışma sırasında modülü sabit tutuyor.

2 Sökülebilir Modül Bağlantısı

Airdrop sisteminin uçuşlar arasında hızlıca bakımının yapılması, yeniden yüklenmesi veya değiştirilmesi gerektiği için, vinç modülünün tamamı gövdeye kalıcı olarak sabitlenmiş bir parça yerine sökülebilir bir ünite olarak inşa edildi. Bağlantı, gövdenin üst kısmı boyunca uzanan işlenmiş bir çift kanallı yuva içeriyor; buna eşleşen iki kilitleme sürgüsü yukarıdan geçiyor. Modülü yerine kaydırmak her iki kanalı aynı anda kavratıyor ve sürgüler modülü bağlantıya sıkıca kilitleyerek uçuş sırasında herhangi bir kayma veya titreşim kaynaklı boşluk oluşmasını engelliyor. Modülü çıkarmak için — faydalı yükü yeniden yüklemek, vince bakım yapmak ya da yedek bir modül takmak amacıyla — sürgüleri açmak yeterli; tüm takım raylardan serbest kalıyor, ne alet ne de sökülecek bir bağlantı elemanı gerekiyor. Bu, yarışma turları arasında faydalı yük hazırlık süresini kısa tutuyor ve hasar gören bir vinç modülünün gövdenin geri kalanına dokunmadan bağımsız olarak değiştirilebilmesi anlamına geliyor.

3 Makara Tasarımı

Makara geometrisi bilinçli olarak sade: iki dairesel plaka arasına alınmış dolu silindirik bir tambur; vinç halatını taşıyacak ve iniş boyunca sabit tork sağlayacak şekilde boyutlandırıldı. Üst flanş, servo horn'un cıvata deseniyle eşleşen on iki bağlantı deliğinden oluşan bir halka taşıyor; bu sayede makara sürtünme ya da kama geçmesine dayanmak yerine doğrudan servonun çıkış miline cıvatalanabiliyor — bırakma sırasında faydalı yükün yükü altında kaymayacak güvenli ve pozitif bir bağlantı elde ediliyor. Üst yüzeydeki küçük bir merkez pimi, cıvatalar sıkılmadan önce makaranın horn'a eş merkezli oturmasına yardımcı oluyor. Alt flanş ise sarılı halatı salınırken tambur üzerinde tutan düz bir tutucu disk.

4 Test, Uygulama ve Entegrasyon

Uçuş testlerine başlanmadan önce bırakma mekanizması bileşen düzeyinde doğrulandı: servo tahrikli kilitler ve DC motorla sürülen vinçler birbirinden bağımsız olarak çalıştırılarak kilit devreye girişi, kilit açılışı, kontrollü iniş, motor durması ve HW-231 sürücüsü üzerinden her kanalın bağımsız çift yönlü kontrolü doğrulandı. Tekrarlanan denemeler her iki faydalı yük kanalı için de tutarlı, tekrarlanabilir bir bırakma performansı ortaya koydu.

Bırakma mekanizması doğrulandıktan sonra takım, Search-Detect-Deliver (Ara-Tespit Et-Teslim Et) zincirinin tamamını uçuşta, tam otonom biçimde uçurdu. Kılavuzlama zincirinin ilk kez uçurulduğu bu ilk test, bırakmayı görsel menzil içinde tutmak amacıyla yaklaşık 20 m AGL irtifada gerçekleştirildi: her iki hedef de tespit edildi, konumları kılavuzlama sistemine aktarıldı ve uçak kayıtlı bırakma koordinatlarına kendi kendine yöneldi. Çakar işaret feneri çadır hedefinin üzerine indi, su şişesi ise mankenden yaklaşık 5 m uzağa indi. Aynı dizi ardından 50 m'lik görev irtifasında tekrarlandı — tespit güveni ve teslimat sapması aynı büyüklük mertebesinde kaldı ve her iki faydalı yük de 50 ft'lik (15,2 m) puanlama yarıçapının içine indi. Bu testlerde bırakma, kayıtlı coğrafi konumdan komutlandı; kılavuzlama döngüsünün canlı görüntü üzerinden kapatılması ise mekanik bırakma sistemine bir değişiklik değil, yazılım tarafında kalan bir iyileştirme olarak duruyor.