UYARI MODEL UYDU TAKIMI

Transkript

1 TMMOB Makina Mühendisleri Odası VI. Ulusal Uçak, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Kurultayı Mayıs 2011 / ESKİŞEHİR UYARI MODEL UYDU TAKIMI N.Erdi COŞKUNPINAR¹, Samet ÖZTÜRK², Süleyman SOYER³, Atılay MAYADAĞ, Ayşe ÇETİN, Boğaç KARABULUT, Çağlar ÜNAL, Demet ÇİLDEN, Deniz TAŞ, Ersin TEMUR, Gamze ÇELİK, Metehan ÇETİN, Murat Can KABAKCIOĞLU, Muhammed SÖZER, Musa KOÇ, Onur ŞAHİN, Ozan UZEY, Veysel Yağmur SAKA İTÜ Uzay ve Uçak Bilimleri Fakültesi ¹Tel: E-Posta: [email protected] ²Tel: E-Posta: [email protected] ³Tel: E-Posta: [email protected] ÖZET Bildiride UYARI Takımı hakkındaki genel bilgilere yer verilmiştir. Örnek olarak 2011 yılında AIAA tarafından düzenlenen Annual CanSat Competition ve CNES tarafından Fransa'da düzenlenen CanSat Competition yarışmalarına katılan UYARI takımı ele alınmıştır. Proje yapısı ve süreci ile ilgili ayrıntılara yer verilmiştir. Anahtar Sözcükler: AIAA, CNES,Cansat,UYARI Takımı, Özgün İnsansız Hava Aracı 1- GİRİŞ İstanbul Teknik Üniversitesi her alanda olduğu gibi havacılık alanında da Türkiye'nin öncü kurumlarından biridir. UYARI Takımı, İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi çatısı altında faaliyet gösteren bağımsız bir öğrenci projesidir. UYARI Takımı sadece kendi içerisinde gelişim faaliyetleri göstermeyip fakülte bünyesinde diğer projelerin de gelişim faaliyetlerine destek olmaktadır. Bunlardan DEVRİM Deneysel Roket Takımı örnek gösterilebilir. Bu çerçevede UYARI Takımı Avrupa ve Amerika'da birçok havacılık ve uzay kuruluşdernekleriyle sıkı bir iletişim halindedir. UYARI Takımı olarak tasarımı ve üretimi tamamen bize ait olan özgün insansız hava araçlarımızla uluslararası yarışmalara katılmakta ve ülkemizi başarıyla temsil etmekteyiz. 2. MODEL UYDU-CANSAT NEDİR? Amerika Birleşik Devletleri'nden dünyaya yayılan bu kavram, İngilizce Can ve Satellite sözcüklerinin birleşiminden meydana gelmektedir.açılımı İngilizce can sized micro-satellite olarak belirtilmiştir. Türkiye'de ilk olarak İTÜ öğrencileri tarafından tanınan sisteme Model Uydu tanımlaması uygun görülmüştür. Gerek 1 ila 2 km arası irtifalarda görev yapıyor olması, gerek modern uyduların sistemleriyle ve görevleriyle benzerlik göstermesi; Model Uydu adının verilmesinin uygunluğunu göstermektedir. Elektronik aksam, hazır alınan bir takım sensörler, yer istasyonu ve diğer sistemlerle haberleşme için hazır alınan çevirici, radyo modulü enerji ihtiyacı için pil, otonom harekât kabiliyeti için mikroişlemci ve veri depolaması için hafıza birimlerini içermektedir.çeşitli hava araçlarıyla yeterli irtifaya çıkarılabilen model uydu, genellikle bir model roket vasıtasıyla yukarı fırlatılmaktadır. Bu durum da yapının silindirik olmasını gerektirmiştir. Farklı hava araçları için çeşitli yapısal tasarımlar yapılabilmektedir. 175

2 Çıkabileceği en yüksek irtifaya fırlatılan model uydu için farklı iniş sistemleri kullanılabilmektedir. En yaygın şekli paraşütlü sistemlerdir. Ayrıca mekanik sistemler ile de inişi sağlamak mümkündür. 3- UYARI TASARIM PROJESİ 3.1. Takım Sürekliliği UYARI takımı bir önceki seneden proje konusunda deneyimli olan öğrenciler tarafından kurulmuştur. Ağustos ayında yarışma kurallarının açıklanmasıyla birlikte bu öğrenciler toplanmış ve kurallar incelenerek ilk tasarım çalışmalarına başlamıştır. Bu çerçevede takım Fransa ve Amerika ekibi olmak üzere iki ana gruba,onlar da mekanik ve elektronik olmak üzere alt gruplara ayrılmıştır. Güz döneminin başlamasıyla birlikte afiş asılarak,derslerde sunumlar yapılarak ve internet üzerinden çağrılar yapılarak duyurular yapılmış, bunun sonucunda takıma katılmak isteyen herkesin, sınıf ayrımı gözetmeksizin takımın bir parçası olması sağlanmıştır. Projenin en büyük amaçlarından biri yeni katılan takım üyelerine tecrübe kazandırmak ve ilerleyen yıllarda projenin sürekliliğini sağlamaktır Amerika AIAA Yarışması Amerika Yarışma Görevleri Yarışma görevleri 2 ana grup üzerinedir. Bu gruplar ve içerikleri verilmiştir. Mekanik Grup: Pişmemiş tavuk yumurtasının sağlam bir şekilde taşınması En hafif sistem tasarımı Taşıyıcı kısmın 500 m de ayrılması Elektronik Grup: Telemetre kullanımı.bununla birlikte konum belirlemek için GPS kullanımı ve irtifa belirlemek için barometre kullanımı. İniş koordinatlarının tahmin edilmesi.(rüzgar hızıyla gerekli hesaplamalar yapılarak gerçekleşen sapmanın bulunmasıyla en yakın tahminin gerçekleştirilmesi) Bonus görev olarak ivmeölçer veya kamera kullanımı. İniş için kullanılacak mekanizma, mekanikle ilgilenen mühendislerin daha fazla sorumluluk alması amacıyla geçen senelerden farklılaştırılmıştır. Paraşüt ve benzeri sistemlerle inişi yasaklanmış olup mühendis adaylarına satır arasında verilen mesajla pervaneli bir sistem üzerinde çalışmaları gerektiği vurgulanmıştır. Mekanik iniş sistemi kullanmanın yanı sıra iniş hızını algılayıp 3-6 m/sn aralığında tutmak gerekmektedir.gps modülünden elde ettiğimiz bilgiler ile iniş hızımız tespit etmekteyiz. Ardından ESC'ye komut göndererek motorun RPM'ini (dönüş hızı) değiştirmekte ve hızımızı kontrol etmekteyiz. Bununla birlikte model uyduyla birlikte tavuk yumurtası taşınması için gereken ar-ge faaliyetleri gerçekleştirilmiş, yapılan elemeler sonucunda taşınan pişmemiş yumurtanın kırılmadan yere inişi sağlanması için gerekli malzemeye karar verilmiştir. Malzeme'nin seçiminde hafif,dayanıklı ve darbe emisyonunun yüksek olması kriterleri baz alınmıştır. Uçuş süresince elde edilen konum, sıcaklık, basınç ile elde edilen yükseklik, devre akımı bilgilerini ve çarpış anında da ivmeölçer ile elde ettiği çarpma kuvveti bilgisini yere iletmektir. Gps modülünden ve sensörlerden alınan veriler Rf modülüne gönderilerek yere iletim sağlanmaktadır Tasarım Çalışmaları Gereksinim Analizi Kavramsal Tasarım Detay Tasarım Tasarımlarımızı yaparken izlediğimiz yol yukarıdaki gibidir. Kavramsal Tasarım: Genel kurallar çerçevesinde geçmiş yarışmalara katılan takımlar da incelenerek yapılması gerekenler belirlenir. Bunun devamında nasıl bir sisteme ihtiyaç var sorusu üzerinden yola çıkarak kavramsal tasarım gerçekleştirilir. Bu tasarımda hangi malzemeler ve elektronik aksamların kullanılacağına karar verilir. Bunlara karar verilebilmesi için gerekli AR- GE çalışmaları yapılır. Bu çalışmalarımız neticesinde ortaya çıkan verilerden detay tasarıma geçiş yapılır. Bu çalışma düzeni içerisinde Amerika'da gerçekleştirilecek yarışma için tasarlanan Model Uydu'nun gerekli ihtiyaçlar doğrultusunda belirlenmiş elektronik malzemeleri aşağıdaki tabloda belirtilmiştir. 176

3 Sensör Parça Amaç Resim GPS SICAKLIK İVME ÖLÇER BASINÇ Yukarıda belirtilen sensörler kullanılarak istenilen görevler yerine getirilmektedir. Bu sensörlerin uydu'nun hangi bölümlerinde durmasına karar verilirken nerede hangi işlev gerçekleştirilecek bu kriterler göz önüne alınmıştır. Bu kapsamda gps ve sıcaklık sensörlerinin taşıyıcı kısımda bulunmasına, ivme ölçerin alt kısımda basınç sensörünün ise her iki kısımda olmasına karar verilmiştir. Bu sensörlerin elektronik devrelerde istenilen şekilde kullanılabilmesi için mikroişlemciler ve onları çalıştıracak yazılımlar gerekmektedir.mikroişlemci seçimi bu kapsamda büyük bir önem taşımaktadır.yazılımlarımızın tamamı özgün olup testleri yapılmış çalışan yazılımlardır. Yazılımlarımızın çalışıp çalışmadığını test ederken Docklight programını kullanmaktayız. Yazılımların geliştirilmesinde C dilini kullanılmaktadır. Geliştirdiğimiz yazılımlarda toplam 700 satırlık kod yazmış bulunmaktayız. Yazdığımız bu kodlar sayesinde uydumuz tam otonom olarak kendi yönetimi gerçekleştirebilmektedir. Bununla birlikte elde ettiği verileri kaydedebilmekte ve daha sonra biz bunları okuyabilmekteyiz. Detay Tasarım: TASARIM Paraşüt (Taşıyıcı İçin) Ls20031 LM-35 ADXL 335 MPX4115A Konum, İrtifa Hava Sıcaklığı Ölçümü Çarpma Kuvveti Hesabı Hava Basıncı Ölçümü YARIÇAP (cm) 40 AĞIRLIK (g) Kat : DC motor (arımla için) ve kamera (ayrılmadan fotoğraf alabilmek için) Ayrılma kısmı: Alt kısmın paraşütü, 1. Kat: Barometre, hafıza birimi, mikroişlemci Yumurta Koruma Bölümü: Polietilen, pil Yukarıda Model Uydu'nun ayrıntılı ölçüleri ve yapısı verilmiştir. Hemen altında kullanılan paraşüt tasarımının ayrıntıları belirtilmiştir. Genel tasarım ve üretim çalışmaları neticesinde belli bir ağırlık bilançosu oluşturulmuştur. Yarışma kuralları gereği en fazla 500 g olabilmektedir uydumuz. Yapılan hesaplamalar sonucunda en hafif sistem tasarımı için iniş sistemi olarak paraşüt uygun görülmüştür. Pervaneli bir sistemdekinin aksine paraşüt sistemi ekstra bir motor gerektirmemektedir. Yaptığımız testler sonucu uydumuzun iniş esnasında istenilen hız aralığında olabileceği görülmüş, bunun sonucunda paraşüt sistemine kesin karar verilmiştir. Paraşüt sistemiyle ilgili gereli hesaplamalar aşağıdaki gibidir: Paraşüt (Alt Bölüm İçin) 13 6,5 Fdrag = mg (sürtünme kuvveti) k= 0,29725 (hava sürtünme katsayısı) Çap : 68 mm ρ = 1,189 kg/m3 (25'C hava yoğunluğu) Uzunluk : 265 mm {paraşüt ve taşıyıcı dahil } En üst kat:rf modül ve GPS Üçüncü kat :Barometre, sıcaklık sensör, mikroişlemci 2. ve 3. Kat Arası : Pil(3. kata tutturulmuş) Cd =0,5 (sürüklenme katsayısı) V =ulaşılması gereken hız (4 m/sn -6m/sn kural gereği) π = 3, Fsürüklenme = mg 177

4 Fh =kav2 = 1/2 (cdpav2) Fsürüklenme=Fh mg=1/2 (cdpav2) A=2mg/ cdpv2 =πr2 Resim1: Uydu'nun roketten çıkışı Resim2: Paraşüte ilk hava girişi Resim3:Paraşütün açılışı Aşağıda çalışma mekanizmasını anlatan resimler bulunmaktadır: İlk resim taşıyıcı kısmı göstermektedir.diğer resimler ise alt kısmı göstermektedir. (Lander). 178

5 Uydu'yu bu şekilde iki parçalı bir sistem olarak tasarlamamızın sebebi yarışma kurallarıdır.kurallar çerçevesinde, iki parçalı sistemin en hafif bir şekilde optimize edebilmek için takım tarafından yukarıdaki gibi bir sistem uygun görülmüştür Fransa Yarışması a. Yarışma tarafından yeri belirlenen ve koordinatları verilen 3 metre çapındaki daireye inebilmek-yaklaşmaktır. b. C programlama dilinde yazdığımız kodlar ile bu görevi yerine getirmekteyiz. GPS modülünden aldığımız konum bilgisi ile Model uydu kendi yerini tespit etmekte ve ardından servoya rastgele seçilen bir yön komutu vermektedir. Verilen komut ile servo motor paraşütün sağ ya da sol tarafını çekmekte ve çektiği yöne doğru model uyduyu yönlendirmektedir. Söz konusu harekette daha önceden koordinatları yazılıma dahil edilmiş hedefe yaklaşma gerçekleşiyor ise servo hareketini devam ettirmekte, aksi takdirde hareket yönünü değiştirmektedir. Ayrıca fırçasız motor ile sağlanan itki ile de yataydaki hız belirli seviyede utularak hedefe en başarılı şekilde inilebilmektedir. c. Uçuş süresince elde edilen koordinat ve sıcaklık bilgilerini yere iletmektir. Gps modülünden ve sıcaklık sensöründen alınan veriler Xbee modülüne gönderilerek yere iletim sağlanmaktadır. d. İnerken yaklaşılan 3 metre çapındaki daireye yerden giderek ulaşmaktır. e. Bu sene için çeşitli görevler verilmiş olup bunlar geleceğe yönelik mühendislik çalışmalarını tetikleyici görevler olması dikkat çekmiştir.mesela takım olarak üretim çalışmalarını hala devam ettirdiğimiz terraforming görevi aslında gelecekte dünyada yaşanacak koşulların kalmaması durumunda taşınılabilecek yeni bir gezegende dünya şartlarının oluşturulmaya çalışılmasıdır. Bu görev kapsamında uydumuzun iniş yaptığı alanda toprağı kazarak tohum ekmesi istenilmektedir. Palet sistemi, dc motor, mikro denetleyici, devre elemanları, yapısal malzeme, Li-polymer pil.iniş sırasındaki yazılımla aynı mantıkta çalışmaktadır. Servo motor yerine kullanılan dc motorlar ile sağ-sol palet dönüş hızları ayarlanmakta ve hedefe gidilmektedir. Aşağıdaki resimde kendi yazdığımız yer istasyonu programı görülmektedir: Uydu'dan aldığımız verileri kendi yazdığımız yer istasyonu programı çerçevesinde düzenli ve her veri kendi sınıfında ayrılmış bir şekilde alınmaktadır. 179

6 3.4 Üretim Üretim çalışmaları projenin en uzun soluklu çalışmalarını gerektiren kısmını teşkil etmektedir. İlk olarak mevcut üretim tekniklerinin geliştirilmesi, yeni üretim tekniklerinin incelenmesi üzerinde durulmuştur. Tasarımın mevcut gereklilikleri karşısında üretim metodlarında geliştirmeler yapılmıştır. Düzenlenen elektronik devrelerin küçük alanlarda sağlan bir şekilde durabilmesi için baskı-devreler üretilmiştir. Bu üretim için gerekli tablaların üretimi için uygun kesici düzenek geliştirilmiştir. Üretim çalışmaları süresince geliştirilmeye çalışılan başka bir konu ise üretimde kullanılan malzemeler üzerine yaptığımız AR-GE çalışmalarıdır. Kompozit malzemeler üzerine yapılan dayanıklılık deneylerimizde cam ve karbon elyaflar karşılaştırılmış,karbon elyafların rijitlikleri daha fazla olduğu için karbon elyaflarda tercih kılınmıştır. 4. KAZANIMLAR Yarışma kurallarına uygun bir uydunun tasarımı ve üretimi konusunda kazanılan bilgi ve tecrübeler, sorumluluk duygusunun gelişmesi ve yaratıcı düşünme kabiliyetidir. Bunların yanı sıra takım olma bilinci ve yardımlaşma hassasiyetinin her bir takım üyesinde kazanılmış olmasıdır. 5. ÖZGEÇMİŞLER Erdi COŞKUNPINAR 1992 yılında İstanbul'da doğdu yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Uzay Mühendisliği Bölümü'nde eğitime başladı ve halen lisans eğitimine devam etmektedir. UYARI projesinde aktif olarak yer alıp kurum kuruluşlarla iribat sorumluluğunu yürütmektedir. Devrim Deneysel Roket Takımı'nda da aktif olarak yer alıp genel yapı sorumluluğu ve irtibat görevlerini yerine getirmektedir. Samet ÖZTÜRK 1989 yılında İstanbul'da doğdu. İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği Bölümünde eğitime başladı ve halen lisans eğitimine devam etmektedir yılında UYARI Takımı'nı kurdu yılında kaptanlığını devrederek teknik çalışmalarına Amerika Yarışma Ekibi Kaptanı olarak devam etmektedir. Savunma Teknolojileri Kulübü'nde Yönetim Kurulu Üyeliği yapmıştır yılında Devrim Deneysel Roket Takımı'nı kurarak, projede teknik çalışmalarını yürütmektedir. Engerek Robotik Hava Araçları Takımı'nın kurulum çalışmalarını gerçekleştirmektedir. Süleyman SOYER 1987 yılında Eskişehir doğdu yılında ön lisans eğitimini Hava Astsubay Meslek Yüksek Okulu Uçak Elektrik Elektronik Bölümünde tamamladı yılında girdiği İstanbul Teknik Üniversitesi Uzay Mühendisliği Bölümünde lisans eğitimine devam etmektedir. UYARI takımında takım kaptanı olarak aktif görev yapmaktadır. Boğaç KARABULUT 1988 yılında İstanbul'da doğdu yılında Cumhuriyet Üniversitesi Divriği Meslek Yüksek Okulu Bilgisayar Teknolojileri ve Programlama Bölümünden mezun oldu. İstanbul Teknik Üniversitesi Uzay Mühendisliği Bölümünde lisans eğitimine devam etmektedir. Uyarı takımının aktif bir üyesidir. Muhammed SÖZER 1991 yılında İstanbul'da doğdu yılında Tuzla Anadolu Teknik Lisesi Elektronik Bölümü'nden mezun oldu. Şu an İstanbul Teknik Üniversitesi Meslek Yüksek Okulu'nda eğitim öğretime devam etmektedir. Veysel Yağmur SAKA 1989 yılında Van'da doğdu yılında Milli Piyango Anadolu Lisesinden mezun oldu. İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği bölümünü kazandı yılında UYARI Takımı bünyesinde "insansız hava araçlarını araştırma-geliştirme" projesi kapsamında "model uydu" üzerine çalışmalarına başlamış ve halen bu alanda çalışmalarına devam etmektedir. Murat Can KABAKCIOĞLU 1990 yılında İstanbul'da doğdu yılında Haydarpaşa Anadolu Teknik Lisesi Otomatik Kumanda Bölümünden mezun oldu yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Meslek Yüksek Okulu Bölümünü kazandı yılında UYARI Takımı projesine dahil olarak insansız hava araçları konusunda takım ile birlikte çalışmalara halen devam etmektedir. 180

7 Çağlar ÜNAL 1990 yılında Bolu'da doğdu yılında İzzet Baysal Anadolu Lisesinden mezun oldu yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği Bölümünü kazandı yılında ATA takımında "tasarla-yap-uçur" projesinde çalıştı yılında UYARI Takımı projesine dahil olarak insansız hava araçları konusunda takım ile birlikte çalışmalara halen devam etmektedir. Ersin TEMUR 1990 yılında Antalya'da doğdu yılında Antalya Lisesinden mezun oldu yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği Bölümünü kazandı yılından bu yana İTÜ Havacılık Kulübü Yönetim Kurulu Üyesi ve UYARI Takımı projesine dahil olarak insansız hava araçları konusunda takım ile birlikte çalışmalarına devam etmektedir. 181

8 182 VI. ULUSAL UÇAK, HAVACILIK VE UZAY MÜHENDİSLİĞİ KURULTAYI