Arduino ile İki Pervaneli Hava Aracı ( BiCopter, TwinCopter ) Yapılabilir mi?

• Resimde de görüldüğü üzere hava aracında 1 no’lu motorun olduğu kısım ön taraf olup, 2 no’lu motorun olduğu kısım ise arka taraftır. 1 no’lu motorumuzun dönüş yönü saat yönünde iken 2 no’lu motor saat yönünün tersine dönmektedir. Bunun sebebi sistemin dengeli olması içindir. Her iki motorun dönüş yönleri birbirine zıt olduktan sonra dönüş yönleri önemli değildir. 1 ve 2 no’lu motorların dönüş yönleri tam tersi de olabilir. Örneğin şöyle düşünelim, farz edelim ki 2 no’lu motor yok, tek motor var ve frame’i yani gövdeyi tam orta noktadan dönmesini engellemeyecek şekilde sabitledik ve motoru çalıştırdık. Ne olacaktır? Tabi ki karşı tarafta bir kuvvet olmadığı için 1 no’lu motor dönüş yönünün tersinde gövdeyi döndürmeye çalışacaktır. İşte bu noktada bu dönmeyi engellemek ve dengede olması için 1 no’lu motorun karşısında aynı güçte ve ters yönde ikinci bir motoru eklediğimizde her iki motorda birbirine zıt olarak döneceğinden  güçler eşit olacağı için dengede olup ve sabit kalacak.
• Yükselme Nasıl olacak?
  • Motorları çalıştırdığımızda ve motorların pwm değerinin yavaş yavaş sıfırdan itibaren arttırmaya başladığımızda pervanelerin üreteceği thrust yani kaldırma kuvveti de bu oranda artacaktır ve buna bağlı olarak üretilen thrust değeri hava aracı ağırlığının üzerinde olduğunda yükselmeye başlayacaktır.
  • Motor üreticileri motorların özelliklerini yazarken kaldırma kuvvetinin kaç inç pervane ile alınabileceğinin belirtmektedir. Yani atıyorum her bir motor için 1 kg thrust değerinin 10×45 inç pervane ile alınabilir olsun, bu durumda daha düşük pervane kullanırsanız bu değeri alamazsanız mesela 8×45 inç pervane ile tabi pervanelerin plastik yada karbon olması da bu duruma etkileyen faktörlerden biri.
• Kendi Ekseni Etrafında Dönmesi
  • Kendi ekseni etrafında CW yada CCW hangi yönde dönmesi isteniyorsa o yöndeki motor hızı arttırılırken diğer motor hızı aynen kalabilir yada azaltılabilir.
• İleriye, geriye, sağa, sola gitmesi
  • Hava aracı yapı itibari ile bu şekilde motorlar frame sabitken ve motorların tilt etmesini sağlayacak artı olarak bir motor gücü olmadığından bu hareketleri yapması beklenemez.

• Senaryo 2 ‘de senaryo 1’e göre 1 ve 2 no’lu fırçasız motorlarımız ayrı birer servo motor ile kontrol edilmektedir. Sebebi senaryo 1’de bahsetmiş olduğumuz tilt  hareketini elde edebilmek içindir.
• 1 ve 2 no’lu motorların pervane ile frame arasında uygun şekilde mesafe olmalıdır, aksi takdirde pervaneler gövdeye çarpabilir.
• İleri – Geri Gitmesi
  • Hava aracının ileri yada geri hareketi verebilmek için motorların belli açıda ilgili yönde durması gerekmektedir.Bunun içinde 1 ve 2 no’lu motorlarımızı kontrol eden 3 ve 4 no’lu servo motorlara 0-20 derece arasında pozisyon verilerek ön tarafa doğru belli bir eğilmesi sağlanır. Bu hareket yapılır iken 1 ve 2 no’lu motor hızlarında arttırma yapılabilir yada aynen kalabilir. Bu hareket ileri gitmesini sağlayacak.
• Sağa- Sola Gitmesi
  • Sağa yada sola hareket için hava aracı ilk olarak kendi ekseni etrafında istenildiği pozisyonda hareket ettirilip sonrasında ileri yada geri gitmesi sağlanır.
• Motor etrafındakiler pervane koruyucu olup, uçuş esnasında çevreye zarar vermemesi ve pervanelerin kırılmaması için düşünülmüştür.

• Senaryo 3 ‘te hava aracının ön ve arka tarafı resimde görüldüğü üzere  değiştirilmiştir. Yapı itibari ile bir farklılık olmayıp tek fark servo motorlar biraz önce 1 ve 2 no’lu motorları x ekseninde kontrol ederken şimdi y ekseninde kontrol etmektedir.
• Motorların dönüş yönleri resimde görüldüğü gibi 1 no’lu motor CW, 2 no’lu motor CCW yönde hareket etmektedir.
• Havaya Yükselmesi
  • Aynı şekilde motorları çalıştırdığımızda full pwm değerinde motorlardan max. thrust alırız dolayısıyla vermiş olduğumuz pwm değerine bağlı olarak pervaneler thrust üretecek olup, thrust değeri hava aracının toplam ağırlığından fazla olduğu noktada yükselmeye geçecektir.
  • Yani örneğin motorlarımız full gazda yani full pwm de 1 kg thrust üretiyor olsunlar ve bu iki motorda 2 kg thrust yapar. Hava aracı ağırlığı ise 500 gr olsun. (Pervane ölçüsüne takılmayalım)
  • Motorlarımızı 0-255 pwm aralığında kontrol ediyor olalım. Bu durumda ne olacaktır. Full gaz yanı 255 değerini verdiğimizde hava aracı hemen fırlayıp yükselişe geçecektir,  çünkü net 2 kg thrust almış olacağız. Aslında bizim ihtiyacımız olan 500 gr’a denk gelen pwm değeri. Bunu da öğrenmenin en iyi yolu hava aracında göndereceğimiz pwm değerini en alttan başlatıp yavaş yavaş arttırarak hangi pwm değerinden sonra hava aracı yükselmek için zorluyor onu gözlemlemektir. Bu şekilde hava aracının hava da asılı kalması da sağlanabilir.
  • Motorların kontrolü yapılmadan önce motorların uçuşa hazır hale gelmesi gerekmektedir. Bu işleme motorlara arm olması, throttle range yada esc lerin kalibre edilmesi gibi farklı şekilde telaffuz edilebilir. Yapılma işlemi ise gayet basit  göndereceğiniz max. ve min. pwm değerinin göndermek.
  • Bunun için Arduino’nun write microsecond fonksiyonunu kullanabilirsiniz. Ulaşmak için buraya tıklayın.
• İleri- Geri Gitmesi
  • Senaryo 2’de olduğu gibi hava aracı havada iken 1 ve 2 no’lu motorlarımızı kontrol eden 3 ve 4 no’lu servo motorlara belli açıda pozisyon verilir ve hava aracı o açı kadar ileri yada geri doğru eğilecektir. Bu durum hava aracının ileri yada geri gitmesini sağlar.
• Sağa-Sola Gitmesi
  • Sağa, sola hareket için diğer senaryoda olduğu gibi hangi yöne gidilmek isteniyorsa, o yönde dönen motorun hızı arttırılırken diğer motorun hızı aynen kalabilir yada azaltılabilir.
• Bu paylaşımda iki pervaneli hava aracı tasarımı ile ilgili farklı yapıları inceledik.

Senaryo-4

• Bu senaryoda hava aracının 3 senaryodaki frame yapısını bir tiltrotor uçağa dönüştürebilirsiniz.

Amerikan Hava Araçları

Amerika tarafından geliştirilmiş bicopter ve tiltrotor uçak, incelemenizi tavsiye ederim.

• CH-46 Sea Knight
• CH-47 Chinook
• V-22 Osprey