uyari model uydu takimi - mmo.org.tr · paraşüt sistemi ekstra bir motor gerektirmemektedir....

175

TMMOB Makina Mühendisleri OdasıVI. Ulusal Uçak, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Kurultayı

06-07 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: 5372186330 E-Posta: [email protected]

²Tel: 5325848325 E-Posta: [email protected]

³Tel: 5079871626 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 kuruluş-

dernekleriyle 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 bir-

leşiminden 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 göster-

mesi; 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 fırla-

tılmaktadır. Bu durum da yapının silindirik olmasını

gerektirmiştir. Farklı hava araçları için çeşitli yapısal

tasarımlar yapılabilmektedir.

VI. ULUSAL UÇAK, HAVACILIK VE UZAY MÜHENDİSLİĞİ KURULTAYI

176

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 yumur-

tanın 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.

3.2.2 Tasarım Çalışmaları

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 aşa-

ğıdaki tabloda belirtilmiştir.


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 ası-

larak,derslerde sunumlar yapılarak ve internet üzerinden

çağrılar yapılarak duyurular yapılmış, bunun sonucunda

takıma katılmak isteyen herkesin, sınıf ayrımı gözet-

meksizin takımın bir parçası olması sağlanmıştır. Projenin

en büyük amaçlarından biri yeni katılan takım üyelerine

tecrübe kazandırmak ve ilerleyen yıllarda projenin

sürekliliğini sağlamaktır.

3.2. Amerika AIAA Yarışması

3.2.1 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 gerçekle-

şen sapmanın bulunmasıyla en yakın tahminin

gerçekleştirilmesi)• Bonus görev olarak ivmeölçer veya kamera

kullanımı.

GereksinimAnalizi

KavramsalTasarım

DetayTasarım

177

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 alın-

mıştır. 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 çalış-

tıracak 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 geliş-

tirilmesinde C dilini kullanılmaktadır. Geliştirdiğimiz

yazılımlarda toplam 700 satırlık kod yazmış bulun-

maktayız. 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:

Çap : 68 mm

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)

2. 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 çalış-

maları neticesinde belli bir ağırlık bilançosu oluşturul-

muştur. Yarışma kuralları gereği en fazla 500 g ola-

bilmektedir 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:

Fdrag = mg (sürtünme kuvveti)

k= 0,29725 (hava sürtünme katsayısı)

ρ = 1,189 kg/m3 (25'C hava yoğunluğu)

Cd =0,5 (sürüklenme katsayısı)

V =ulaşılması gereken hız (4 m/sn -6m/sn kural gereği)

π = 3,14159265359

Fsürüklenme = mg


Sensör Parça Amaç Resim

GPS

SICAKLIK

İVME ÖLÇER

BASINÇ

Ls20031

LM-35

ADXL 335

MPX4115A

Konum, İrtifa

Hava BasıncıÖlçümü

Çarpma KuvvetiHesabı

Hava SıcaklığıÖlçümü

TASARIM YARIÇAP(cm)

AĞIRLIK(g)

Paraşüt(Taşıyıcı İçin)

Paraşüt(Alt Bölüm İçin)

40

13

15

6,5

178


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).

179

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.

3.3. 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.İniş

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.

180

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. 2006 yılında ön lisans

eğitimini Hava Astsubay Meslek Yüksek Okulu Uçak

Elektrik Elektronik Bölümünde tamamladı. 2006 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. 2009 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. 2009 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. 2007 yılında Milli Piyango

Anadolu Lisesinden mezun oldu. İstanbul Teknik

Üniversitesi Uçak Mühendisliği bölümünü kazandı. 2010

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. 2009 yılında Haydarpaşa

Anadolu Teknik Lisesi Otomatik Kumanda Bölümünden

mezun oldu. 2009 yılında İstanbul Teknik Üniversitesi

Elektronik ve Haberleşme Meslek Yüksek Okulu Bölü-

münü kazandı. 2010 yılında UYARI Takımı projesine

dahil olarak insansız hava araçları konusunda takım ile

birlikte çalışmalara halen devam etmektedir.


3.4 Üretim

Üretim çalışmaları projenin en uzun soluklu çalışmalarını

gerektiren kısmını teşkil etmektedir. İlk olarak mevcut

üretim tekniklerinin geliştirilmesi, yeni üretim teknik-

lerinin incelenmesi üzerinde durulmuştur. Tasarımın

mevcut gereklilikleri karşısında üretim metodlarında

geliştirmeler yapılmıştır. Düzenlenen elektronik devre-

lerin küçük alanlarda sağlan bir şekilde durabilmesi için

baskı-devreler üretilmiştir. Bu üretim için gerekli tablala-

rın üretimi için uygun kesici düzenek geliştirilmiştir.

Üretim çalışmaları süresince geliştirilmeye çalışılan

başka bir konu ise üretimde kullanılan malzemeler üze-

rine yaptığımız AR-GE çalışmalarıdır. Kompozit malze-

meler 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. 2011 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. 2009

yılında UYARI Takımı'nı kurdu. 2010 yılında kaptanlığını

devrederek teknik çalışmalarına Amerika Yarışma Ekibi

Kaptanı olarak devam etmektedir. Savunma Teknolojileri

Kulübü'nde Yönetim Kurulu Üyeliği yapmıştır. 2010

181

Çağlar ÜNAL

1990 yılında Bolu'da doğdu. 2008 yılında İzzet Baysal

Anadolu Lisesinden mezun oldu. 2008 yılında İstanbul

Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği Bölümünü

kazandı. 2009 yılında ATA takımında "tasarla-yap-uçur"

projesinde çalıştı. 2010 yılında UYARI Takımı projesine

dahil olarak insansız hava araçları konusunda takım ile

birlikte çalışmalara halen devam etmektedir.

Ersin TEMUR

1990 yılında Antalya'da doğdu. 2008 yılında Antalya

Lisesinden mezun oldu. 2008 yılında İstanbul Teknik

Üniversitesi Uçak Mühendisliği Bölümünü kazandı. 2010

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.


182


uyari model uydu takimi - mmo.org.tr · paraşüt sistemi ekstra bir motor gerektirmemektedir....

Documents