Bezpilotný prostriedok s troma rotormi
Autori (študenti LF TUKE): Bc. Peter Samsely - Bc. Jozef Ostrožnický
Letectvo ako najdynamickejšie sa rozvíjajúce odvetvie dopravy a zároveň aj vojenstva musí v dnešnej dobe čeliť stále väčším požiadavkám na ekonomickosť zo strany prevádzkovateľov leteckej. V prípade, že na palube lietadla nie je nutné niesť vysokú užitočnú hmotnosť, odstránením pilota z paluby lietadla je možné dosiahnuť jeho nebývalú miniaturizáciu. Takýto druh lietadiel – bezpilotných prostriedkov nachádza využitie v širokom spektre úloh, od prepravy malého nákladu, po letecké snímkovanie. Pre druhú zo spomenutých úloh sa najlepšie hodia bezpilotné vrtuľníky, vďaka možnosti letu vo vise. Takýto bezpilotný vrtuľník v trojrotorovm usporiadaní (ďalej len „trikopter“) je predmetom našej práce a bol skonštruovaný na Katedre leteckej a technickej prípravy Leteckej fakulty TUKE.
V konštrukcii trikopteru sa nachádzajú tri rotory, z toho dva pevnej konštrukcie, tretí musí byť natáčací (musí byť možné meniť smer vektoru jeho ťahu). To je nutné z dôvodu kompenzácie jeho vlastného reakčného momentu. Dva pevné rotory sa otáčajú v navzájom opačných smeroch, čiže ich reakčné momenty sa medzi sebou rušia, no reakčný moment tretieho rotoru by spôsoboval nekontrolovanú rotáciu okolo zvislej osi trikopteru. Je teda nutné ho kompenzovať natočením pohyblivého rotoru tak, že vzniknutá vodorovná zložka ťahu tohto rotora vytvorí na ramene k ťažisku okolo zvislej osi trikopteru moment rovnakej veľkosti, ale opačného smeru (Obr.1). Rovnakým spôsobom, teda zväčšením alebo zmenšením uhlu natočenia tretieho rotora je možné ovládať rotáciu trikopteru okolo zvislej osi (Obr.2 a 3).
Obr.1 Let vo vise
Obr.2 Rotácia v smere hodinových ručičiek
Let trikopteru dopredu sa realizuje zvýšením otáčok tretieho rotora (za súčasnej minimálnej zmeny uhlu jeho natočenia kvôli kompenzácii zmeny reakčného momentu, ktorý závisí na otáčkach), čo spôsobí náklon trikopteru a jeho následné sunutie (Obr.4).
Obr.3 Rotácia v protismere hodinových ručičiek
Obr.4 Let „dopredu“
Konštrukcia trikopteru sa skladá z dvoch základných dosák vyrobených z kompozitného materiálu vystuženého sklenými vláknami. Tieto dosky majú priemer 200 milimetrov a tvoria základňu pre riadiacu elektroniku a ďalšiu časť konštrukcie, ktorou sú ramená s dĺžkou 270 milimetrov a štvorcovým dutým profilom rozmerov 10x10 milimetrov s hrúbkou steny 1 milimeter vyrobené z hliníkovej zliatiny. V mieste upevnenia ramien sa na spodnú časť základnej dosky upevňujú taktiež podvozkové nohy vyrobené z ohýbaného duralového plechu o hrúbke 3 milimetre.
Dôležitou časťou konštrukcie je taktiež pákový servomechanizmus s hriadeľom pre ovládanie uhlu natočenia tretieho rotora. Hriadeľ je vedený dutinou ramena tretieho rotora. Tento mechanizmus bol navrhnutý a skonštruovaný priamo na Katedre leteckej a technickej prípravy.
Obr.5 Servomechanizmus
Obr.6 Zadné natáčacie rameno
Za účelom rôznych analýz konštrukcie bol taktiež vytvorený kompletný 3D model trikopteru, z ktorého sú vytvorené všetky predcháduajúce obrázky okrem Obr.5.
Hlavnou časťou elektrickej časti vybavenia sú tri synchrónne elektromotory s rotačným plášťom Turnigy TR2217, z ktorých jeden je na Obr. 7. Každý z týchto motorov je ovládaný regulátorom otáčok Turnigy Plush 18A znázornenými na Obr. 8. Regulátory otáčok sú ovládané signálom z RC prijímača. Stabilizujúcim prvkom trikopteru sú štyri jednoosé gyroskopy HK401B. Tri pre stabilizáciu ramien a jeden pre stabilizáciu pohybu okolo zvislej osi trikopteru. Na ovládanie je použitá 4 kanálová RC súprava s prijímačom a vysielačom. Ako pohon mechanizmu natáčania tretieho rotora je použitý servomotor (Obr.9).
Palubná sieť je napájaná akumulátorom RAY G3 (860 mAh), elektromotory sú napájané akumulátorom Turnigy 3.0 (3000 mAh).
Obr.7 MotorTurnigy TR2217
Obr.8 Regulátor otáčok Turnigy Plush 18A
Obr.9 Servomotor
Obr.10 Schéma zapojenia prvkov základného elektrického vybavenia
Na záver je nutné poznamenať, že celý návrh konštrukcie a elektrického vybavenia trikopteru je vo fáze prototypu, ďalší vývoj teda bude smerovať k optimalizácii riadiacej elektroniky, použitých častí konštrukcie a ich materiálov.
- prečítané 5193x