İHA İncelemesi |
Bulutların Altındaki Teknoloji 2. Bölüm

İnsansız hava araçlarını tüm detaylarıyla ele aldığımız yazı serimizin bu bölümünde, İHA’lardaki elektronik aksamları inceleyeceğiz. Ayrıntılar yazımızda.

A- A+

30.01.2021 tarihli yazı 9392 kez okunmuştur.

İHA Drone Gimbal Quadcopter Octocopter Askeri İHA Hız Kontrol Batarya Sensör

İnsansız hava araçlarında uçuşun, bir pilot yardımıyla veya otonom olmak üzere iki şekilde gerçekleştiğinden bahsetmiştik. Uzaktan kumanda edilen uçuşlarda, iletişimi daha kolay sağlayan ve en fazla tercih edilen sistem, RC (Radio Control) sistemlerdir. RC sistemler, bir alıcı ve bir verici içerir. Alıcı, RC sinyallerini alacak şekilde programlanarak uçuş kontrol ünitesine bağlanır. Verici görevini uzaktan kumanda üstlenir.

Otonom sistemler ise kumanda edilmeye ihtiyaç duymayan, havada kalma ve görev tamamlamalarını temelde otopilot yazılımıyla gerçekleştiren sistemlerdir. Özerk sistemler olarak da geçen bu sistemlerde uçuş kontrolörünün ‘Neredeyim, Nereye Gidiyorum, Oraya Nasıl Gideceğim?’ sorularına verilecek yanıtlar önemlidir.

Otopilot ve uzaktan kumandalı sistemlerinin çalışma mantıkları farklı olsa da temel elektronik bileşenleri benzerdir.

İtme Sistemi

İtme sistemi; motorlar, pervaneler, ESC (Electronic Speed Control) ve bir bataryadan oluşur.

1. Motor

Motor seçimi yaparken aslında göz önünde bulundurulması gereken ilk konu, İHA’nın destekleyebileceği maksimum yük ve uçuş süresi olmalıdır. Yerine göre fırçalı veya fırçasız motor tercih edilebilir. Fırçalı motorlar, muhafazanın dışına monte edilmiş sabit mıknatıslarla bir kasa içinde bobini döndürür. Fırçasız motorlar tam tersini yapar; bobinler, mıknatıslar döndürülürken dış kasaya veya kasanın içerisine sabitlenir.

1.a. Fırçalı DC Motor

DC motor çeşididir. Redüktör ile veya redüktörsüz kullanılabilir. (Redüktör: Elektrik motorlarının yüksek dönüş hızlarını makine için gerekli olan dönüş hızına indirgeyen kapalı dişli sistemdir) Kolay bir şekilde sürülürken fırça denilen aşınan parçanın belirli aralıklarda değiştirilmesi gerekir. Pozitif ve negatif olmak üzere 2 adet konnektörleri bulunur. Konnektörler, tellerin ters çevrilmesiyle motorun dönüşünü tersine çeviren yapılardır.

►İlginizi çekebilir: Drone için Motor, ESC ve Batarya Seçimi Nasıl Yapılır?

1.b Fırçasız DC Motor

Fırçalı DC motorların yerine kullanılmaları için tasarlanmıştır. Fırçasız motorlar; doğrudan bataryaya bağlanmamalıdır eğer bağlanırlarsa kısa devre yaparak arızaya sebep olabilirler. Bu yüzden ESC denilen sürücü devreler ile kullanılırlar. Sürtünmenin az oluşu nedeniyle verimlilikleri yüksektir. Ayrıca fırça gibi aşınan bir parçası olmadığı için yüksek performans istenilen sistemlerde tercih sebebidir. Fırçasız DC motorların 3 adet konnektörü vardır. Bağlantıları ESC ye göre yapılır.

2. ESC (Electronic Speed Control)

Motorun hızı ve dönüş yönünü elektronik olarak kontrol eden cihazdır. Fırçasız DC motorlarla donatılmış, orta ve yüksek menzilli İHA’lar için bu tür motorlar; hızın ve göreceli dönüş yönünün sürekli olarak düzenlenmesini gerektirir. Bazı durumlarda, gerçek bir dinamik fren etkisi de gerekebilir. Bu işlevlerden sorumlu, mikro denetleyici ve uçuş kontrolörüyle iletişimde olacak olan ESC’lere ihtiyaç duyulur.

►İlginizi çekebilir: Mikrodenetleyiciler Nasıl Çalışır? | 1. Bölüm

3. BEC (Battery Eliminator Circuit)

Batarya ayırma devreleri (BEC), ESC’lerin üzerinde yer alan, yüksek güç değerlerini elimine eden devrelerdir. Genelde düşük amper değerli ESC’lerde BEC bulunmaz. Doğrusal BEC’ler, basit bir pil eliminator devresi olarak çalışır. Doğrusal BEC’ler gücü keserken oldukça savurgan davranır ve kesilen gücün enerjisi ısı enerjisine dönüşür. Bu sebepten kullanımları kolay olmasına rağmen verimsizdirler. Günümüzde BEC’lerin yerini, UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit) devreleri almaktadır. UBEC’ler switch mode regülasyon yaptıkları için daha verimlidirler ve yüksek akım değerleriyle uğraşmadıklarından kolay ısınmazlar.

4. Güç Dağıtımı

Ana bataryadan ESC’ye güç verilirken, ana bataryanın tekli konektörü dört ESC arasında bölünmelidir. Bu bölünme için bir güç dağıtım panosu veya güç dağıtım demetine ihtiyaç vardır. Bu kart (veya kablo), ana bataryanın pozitif ve negatif terminallerini dörde böler. Batarya, ESC ve güç dağıtım panosu üzerinde kullanılan konektör türlerinin hepsinin aynı olmayabileceğine dikkat edilmelidir. Mümkün olduğunca standart bir konektör kullanılmalıdır.

5. Lityum Polimer Bataryalar

İHA’larda kullanılan pillerin neredeyse tamamı lityum polimerdir. Fazla görülmemekle birlikte lityum manganez gibi lityumun farklı varyasyonları da tercih edilebilmektedir.

Lityum (Li), periyodik tablodaki Grup 1 (Ia) kimyasal elementi, alkali metal grubu, katı elementlerin en hafifidir ve aynı zamanda oldukça reaktif bir elementtir. Atomik bağlarında çok fazla enerji depolanabilir. Lityum polimer bataryalar, hacim ve ağırlıklarına göre yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu özellikleri ile LiPo bataryalar İHA’lar için özellikle tercih sebebi olmaktadır. Ayrıca LiPo bataryalar, kullanılmadıkları zaman zarfında az bir miktarda şarj kaybeder. Bu değeri günde %0.01 olarak belirtebiliriz.

►İlginizi çekebilir: LiPo Piller ve Özellikleri

LiPo pillerin diğer bir avantajı, yüksek hücre voltajına sahip olmalarıdır. Dolu bir LiPo hücresinde 4.2 V değer okunur.

LiPo piller, basınçlı hidrojen gazı içerdiklerinden yolunda gitmeyen bir şey olduğunda yanma veya patlama eğilimi gösterebildikleri için tam güvenli sayılmazlar. Şarj edilirken LiPo’ya ait güvenli poşetler kullanılmalıdır. Uçuş esnasında uygun kapalı kutular kullanılabilir ancak bu ağırlığı artıracaktır.

Uçuş Kontrolörü

Çok rotorlu bir İHA için uçuş kontrolörü, bir mikro işlemci, sensörler, giriş / çıkış pinlerinden oluşan bütünleşmiş bir devredir.

Mikro denetleyiciler, üzerinde yer aldıkları araçların beyinleridir. Sensörler ve diğer elektronik kontrol sistemleriyle birlikte çalışırlar. 8051, AVR, PIC, ARM mikro denetleyici aileleri, en güncel uçuş denetleyicilerinin temelini oluştururlar.

Sensörler

Donanım açısından bir uçuş denetleyicisi, aslında normal bir programlanabilir mikro denetleyicidir, ancak yerleşik özel sensörlere ihtiyaç duyar.

1. İvme Ölçer

İvmeölçer, nesnenin uzaydaki konumunu belirlemek ve nesnenin hareketini izlemek için bir nesneye etki eden ivme kuvvetlerini ölçen elektronik bir sensördür . Bir vektör miktarı olan ivme, bir nesnenin hızının değişim oranıdır (hız ,nesnenin yer değiştirmesinin zamandaki değişime bölümüdür). İvmeölçerler, yerçekimini algılar ve hangi yönün aşağı olduğuna karar verir.

2. Jiroskop

Jiroskop, açısal momentumun korunumu ilkesinden yararlanarak üç eksene kadar açısal değişim oranını ölçer. Dönme hareketini stabilize etmek, yönlendirmek veya ölçmek için kullanılırlar.

3. Pusula / Manyetometre

Elektronik bir manyetik pusula, dünyanın manyetik alanını ölçebilir ve İHA ‘nın pusula yönünü (manyetik kuzeye göre) belirlemek için kullanılabilir.

4. Basınç / Barometre

Atmosferik basınç, deniz seviyesinden uzaklaştıkça değiştiğinden, İHA’nın yüksekliğini doğru bir şekilde belirlemek için basınç sensörü kullanılır. Uçuş kontrol cihazları, deniz seviyesinden daha doğru bir yükseklik hesaplamak için hem basınç sensörü hem de GPS ‘ten girdi alır.

5. Küresel Konumlama Sistemi / GPS

Küresel konumlandırma sistemleri, belirli coğrafi konumlarını belirlemek için dünyanın yörüngesindeki bir dizi uydu tarafından gönderilen sinyalleri kullanır. Bir uçuş kontrolörü, yerleşik bir GPS ‘e sahip olabilir veya aralarındaki bağlantı bir kablo yardımıyla sağlanabilir.

6. Mesafe Sensörleri

GPS koordinatları ve basınç sensörleri tek başına yerden ne kadar uzakta olduğunuzu, (tepe dağ veya bina) bir nesneye çarpıp çarpmayacağınızı söyleyemediğinden mesafe sensörlerine ihtiyaç duyulur. Aşağı yönlü konumlanan mesafe sensörü, ultrasonik, lazer veya lidar (bir nesne veya uzaklığı lazer darbeleriyle anlamlandırır) teknolojisine dayalı olabilir.

İHA ‘ların uçuş mekanizması ve elektronik kısımlarına ait blok şema görselidir.