Trikopter, quadrokopter,
hexakopter, octokopter gibi isimlerle anılan birden fazla motora sahip döner
kanatlı hava araçlarına multikopter sistemleri denir. Çok rotorlu dikine iniş
kalkış yapabilen, 3 eksende hareket kabiliyetine sahip motorlarına iliştirilmiş
pervanelerle taşıma kuvveti oluşturarak uçma işlemini gerçekleştiren, otonom ya
da kumanda ile uçuş imkânına sahip insansız hava aracı tipleridir. Havada asılı
kalma ya da tam adıyla uçma işlemini döner kanatları vasıtasıyla yapmaktadırlar.
Helikopterlerdeki kuyruk rotorunun engellemiş olduğu, helikopterin kendi ekseni
etrafında dönüş hareketi multikopterlerde motorların farklı yönlerde dönmesi
ile bertaraf edilir. Örneğin quadro için motorların ikisinin aynı, diğer
ikisinin zıt yöne dönmesi multikopterlerin kendi ekseni etrafında kontrolsüz
dönmesini engeller. Kısaca helikopterlerde ana rotorun gövdeden destek
almasıyla ürettiği döndürme etkisini engelleyen kuyruk rotoru, multikopterlerde
ana rotorların farklı yönlere dönmesiyle sağlanmaktadır.
Quadrokopter dikey iniş kalkış yapabilen, havada asılı
kalabilen, manevra kabiliyeti yüksek, kontrol sistemi karışık olmasına rağmen
yapısal olarak basit 4 rotorlu, motorların üretmiş olduğu tahrik kuvvetinden
yararlanarak pervaneleri vasıtasıyla taşıma kuvveti oluşturan döner kanatlı
insansız hava aracıdır (Şekil 1).
Şekil 1
Quadrokopter uçma prensibi helikopterlerin uçma prensibine
çok benzemektedir. Helikopterlerde pervanenin yaratacağı itme kuvveti ilk
olarak Rankin ve Froyt tarafından bulunmuştur ve ancak 20. yy’ın başlarında
uygulamaya konulabilmiştir. Ek olarak ana rotorun gövde üzerinde oluşturduğu
anti-tork reaksiyonu da büyük bir problem teşkil etmiş fakat kuyruk rotoruyla
ya da bazı dizaynlarda bu görevi görecek hava alıklarıyla bu etki
giderilmiştir. Helikopterlerden örnek alınarak kısmen de olsa quadrokopterlerin
yapısı belirlenmiştir.
Havada tutunmayı sağlayan taşıyıcı yüzeyler döner kanat
isminden de anlaşılacağı gibi pervanelerdir. Havada “V” hızıyla yer değiştiren
herhangi bir profil üzerinde yukarıya yönelmiş FN olarak tabir
edilen aerodinamik kuvvet oluşur. Bu kuvvet havadan daha ağır cisimlerin havada
tutunmasına izin verir. Esas olarak burada ana faktör hızdır. Hız profil
üzerinde aerodinamik kuvvet oluşumuna etki eden temel faktördür ve aerodinamik
kuvvet rotorun belli hıza ulaşmasıyla oluşur. Yani quadrolarda havada tutunmayı
sağlayan, taşımayı üreten pervaneler iken pervane dönme hareketini sağlayan,
hızı oluşturan pervanelerin takılmış olduğu motorlardır.
Quadrokopterin
Dikey Eksende Hareketi
Quadronun 4 rotorunun aynı devirde (bozucu etkinin olmadığı
varsayılır) dönmesiyle sağlanan düşey düzlemdeki dikine inişin ya da kalkışın
gerçekleşeceği harekettir. Rotorların
aynı devirde dönmesiyle tüm pervaneler üzerinde oluşacak aerodinamik taşıma
kuvveti ve sürükleme (drag) aynı olacaktır. Böylece dikine hareket
gerçekleşecektir. Eğer bozucu etki varsa (rüzgâr ya da sol dengesiz yük gibi)
kontrol kartı, kumanda sisteminden motorlara verilen itki (thrust) değerine
göre quadroyu dengelemeye çalışacaktır. Sadece itki sinyalinin gönderilmesi quadronun
dikey eksende hareket ettirilmek istendiğini gösterir. Bu durumda kontrol kartı
bozucu etkiyi bertaraf etmek için ilgili motorların daha fazla devirde
dönmesini diğer motorların daha az devirde dönmesini sağlayarak dikine hareketi
gerçekleştirecektir. Böylece kontrol kartının müdahalesiyle quadro yere paralel
olarak bozucu etkilere rağmen dikey eksende hareketini gerçekleştirecektir.
Quadrokopterin
Boylamasına Hareketi
Quadrokopterin boylamasına eksendeki hareketi ileri geri
hareketi olarak tanımlanır (Şekil 2). Bu hareket için kumanda sisteminden
yunuslama (pitch) sinyali gönderilir. Örneğin yunuslama kanalından (genellikle
1. kanaldır) gelen sinyal quadrokopterin ileri gitmesi içinse -X mod için-
quadrokopterin arkasında bulunan 2 motor öndekilere göre daha hızlı dönerek
daha fazla itki üretirler ve quadrokopter ileri yönlü hareketini
gerçekleştirmiş olur. Geri yönlü hareket içinse öndeki 2 motor arkadaki 2
motora göre daha hızlı döner.
Şekil 2
Quadrokopterin
Yatay Eksende Hareketi
Quadrokopterin yatay eksendeki hareketi , sağa ve sola hareket ve kendi ekseni etrafındaki dönüşü olarak tanımlanabilir. Yani uçaklarda yaw olarak adlandırılan rudder
(dikey stabilize=kuyruk dümeni) tarafından kontrol edilen sapma ve roll olarak adlandırılan
aileron tarafından kontrol edilen yalpa hareketlerdir. Fakat bu 2 hareketin
kontrolü quadroda uçakların tersi şeklindedir. Quadro roll kontrolü ile sağa ve
sola doğru ilerleme hareketini gerçekleştirirken, yaw kontrolü ile kendi ekseni
etrafındaki hareketi gerçekleştirir. Yani ekseni etrafında daire çizme
eğiliminde bulunur. Quadronun roll ile sağa ya da sola hareketine sağa yada
sola sapma hareketi denmektedir. Örneğin sağa hareket için kumanda sisteminden
stick sağa doğru çekilerek roll sinyali (genelde 2. kanaldır) gönderildiğinde
quadronun -x mod için- sol tarafındaki 2 motor sağ taraftaki 2 motora göre daha
hızlı dönerek daha fazla itki üretir ve sağ sapma gerçekleşir. Tabi bu durum
herhangi bir bozucu etkinin olmadığı şartlar için böyledir. Örneğin, sağ
taraftan esen rüzgâr var ve siz yine sağ tarafa dönmek istiyorsunuz. Bu durumda
soldaki motorlar ilk örneğe göre daha fazla thrust üretmek zorunda kalır ve sağ
motorlar ilk duruma göre daha fazla yavaşlar. Çünkü burada motorların rüzgârın
yaratacağı etkiyi de yenmesi gerekir. Bu işlem kontrol kartının ilgili
sensörlerden (IMU) aldığı verileri kullanarak aracı dengeli bir dönüş için
kontrol etmesiyle mümkündür.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder