İnsansız hava araçları (İHA) uzaktan kontrol ile hareket ettirilen araçlardır. İHA’lar kullanım alanları ve konfigürasyonlarına göre birçok alana ayrılırlar. Sivil amatör havacılık da kullanmak üzere iki çeşit İHA yapmak mümkündür. Bu İHA’lar sabit kanat ve döner kanat olarak ikiye ayrılır. Bu yazımız da döner kanat olarak ifade edilen çok rotorlu İHA yapımı ile ilgili bilgi içerecektir. Çok rotorlu İHA’ların gövde yapılarına göre birçok çeşidi bulunmaktadır. Yapmayı düşündüğünüz döner kanatın hangi amaçlı kullanılacağı ve göreve uygunluğu hangi seçeceğimiz gövdeyi belirleyecektir. Döner Kanat kategorisinde en çok tercih edilen “quadrator” veya drone olarak tanımlanan dört rotorlu İHA tercih edilmektedir.
Drone yapımı için neler gereklidir?
Dört rotorlu İHA diğer farklı gövdelere oranla maliyeti, stabil özelliği ve kontrolü daha kolaydır. Bu gövdenin dezavantajı ise motorlarının herhangi birinde arızalanması durumunda hava da kalma ihtimali olmadığından düşecektedir. Dört rotorlu İHA motorlar M1 ve M3 saat yönünde (SY, CW), M2 ve M4 saat yönünün tersi (SYT, CCW) hareket etmektedirler. İHA’da gövdeler F250, F450, F650 gibi ifade edilir. Burada F frame(gövde) sayı da iki zıt motorun birbirine olan mesafesinin milimetre uzunluğundan ifadesi olarak adlandırılır. Gövdeler hazır olarak alınabilirken kendi imkanlar ile de yapılabilir. Gövde için ahşap, karbon fiber, alüminyum ve plastik vb. malzemelerden oluşmaktadır. İHA’da en çok tercih edilen gövde karbon fiber gövdelerdir. Karbon fiber gövdeler yüksek mukavemeti ve hafifliği sebebiyle tercih edilmektedir. Karbon fiber dezavantajı ise telemetri ve Global Positioning System (GPS) sinyallerini engelleyebilmektedir.
İHA’lar da en çok tercih edilen motorlar BLDC olarak geçen fırçasız DC motorlardır. Fırçasız DC motorlar fırçalarının olmamasından dolayı sürtünme kaybı en aza indiğinden verimi artmaktadır. Fırçasız DC motorlar sürücü ile kontrolü sağlanmaktadır. İHA için motor seçimi yapılırken faydalı yük miktarı düşünülüp toplam ağırlık tahmin edildikten sonra uygun motoru seçmek en önemli kısımdır. Toplam ağırlığa göre seçilen motorun itki(Thrust) miktarı göz önüne alınmalıdır. Motor üzerinde KV ifadesi volt başına düşen devir sayıdır. KV değeri arttıkça hız artar, itki azalır KV değeri düştükçe kaldırdığı itki oranı artıp hız azalmaktadır. Yüksek devirli motorlarda küçük pervane düşük devirli motorlarda büyük pervane kullanılmaktadır. Tercih edilen motorun özelliklerine bakılarak hangi gerilim de kullanılacağı, pervane ölçüsü ve toplam akım miktarına göre uygun pil, elektronik hız kontrol (ESC) kartı ve pervane seçilecektir.
ESC’ler uçuş kontrol kartından gelen pwm sinyalini motorlara ileterek kontrollü çalışmasını sağlıyor ve motorların akım değerine göre seçildiğinden motorların yüksek akım çekmesi halinde ESC engelleyerek motora zarar gelmesini önlemektedir. ESC’ler sensörlü ve sensörsüz olarak ikiye ayrılmaktadır. ESC’lere eşit miktarda gerilim gönderimi sağlamak için güç dağıtım kartları büyük önem sağlamaktadır. Güç dağıtım kartların küçük boyutları ve dengeli gerilim dağıtımından dolayı tercih edilmektedir. Pervanenin boyutlarına göre gövde uzunluğu net olarak belirlenecektir. Pervane seçimi önemli olarak uçuşu etkilemektedir.
Pervane malzemesi ahşap plastik ve karbon fiber olabilir. Karbon fiber pervaneler mukavemetli yapısı ve sıcaklık değerlerinde etkin çalışabilmektedirler. Pervane alırken balanslı ve balanssız olup olmadığı kontrol edilmesi gerekmektedir. Balansız pervaneler İHA uçuş yapılırken yüksek gürültüye sebep olurlar. Balansız pervaneleri pratik olarak bir denge üzerinde pervaneleri kanatlarına küçük bant yapıştırılarak balanslı hale getirilebilir. İHA’da kullanılacak olan gerilim kaynağı için birçok çeşit pil bulunmaktadır. İHA için lityum polimer piller tercih edilmektedir. Li-po pillerin üzerinde bulunan 1s,2s,3s gibi ifadeler pilin hücre sayısını belirtmektedir. Bir hücre 3.7 V olarak hesaplanmaktadır. 3S bir pil 3×3.7=11.1 V olarak belirlenir. Pilin kapasitesi amper saat olarak ölçülür. C ifadesi de pilin deşarj oranıdır.
Li-po pillerin kapasitesinin %80 kullanılması gerekmektedir. Uçuş kontrol kartı olarak kullanılacak alanlara göre birçok çeşit kontrol kartı bulunmaktadır. Bunlardan en çok tercih edilen Ardupilot, Pixhawk ve Emlid firmaların ürettiği uçuş kontrol kartları kullanılabilir. Bunların en önemli özelliği otonom uçuş kabiliyeti ve ardupilotun ürettiği yer istasyonundan rahat bir şekilde programlanabiliyor olması seçilme sebeplerini artırmaktadır. Seçilen uçuş kontrol kartlarının besleme gerilim için güç modül kartları kullanılmaktadır. İHA’da verilerin anlık olarak görüntülenmesi için farklı frekans boyutlarında telemetri kullanarak yer istasyonundan görüntülenebilir. Uzaktan kontrol için kullanılacak olan kumandanın SBUS ile haberleşmesi İHA’nın kontrolünü anlık tutmakta önem kazanmaktadır.
Müh. Enes Yiğit
