SAE Aero Design yarışması için 2022-2023 tasarım döngümüzde, (University of Alberta Aero Design) konfor alanımızın dışına çıkmaya ve kulübümüzün 37 yıllık tarihinde ilk kez Micro Class tasarım yarışmasına katılmaya karar verdik (tarihsel olarak kulübümüz yalnızca Regular veya Advanced sınıflarında yarışmıştır).
Micro Class'ta, 450 W güç sınırı, 4S LiPo batarya, 8 ft maksimum kalkış mesafesi ve 36” maksimum kanat açıklığı gibi yeni zorluklar, optimize edilmiş bir itki sistemini zorunlu kılıyordu. Bu gereksinimlerle, sınırlı gücümüzle üretebileceğimiz her ek itki miktarının önemli bir fark yaratabileceği için itki sistemimizin performansını ayrıntılı olarak karakterize etmenin her zamankinden daha önemli olduğunu fark ettik.
2022 yılının Kasım ayında Tyto Robotics, Series 1580 Test Stand satın almamızı sponsorlayarak hedefimize ulaşmamıza yardımcı oldu. Series 1580 Test Stand sağlam ve kurulumu kolaydı, bu da minimum duruş süresiyle farklı koşullar altında birden fazla statik test yapmamıza olanak sağladı. Test standı, donanım, yük hücreleri, motor montaj plakası, kalibrasyon araçları ve elektrik bileşenleri dahil olmak üzere çalışması için gereken tüm bileşenlerle birlikte bir kutuda sunuldu.
Şekil 1: Rüzgar tüneline kurulan Series 1580 Test Standı
Test standını almadan önce, motorun tepe verimliliğine yakın çalışırken mevcut 450 W içinde itkiyi maksimize edecek bir kombinasyon setine ulaşmak için MATLAB'da çeşitli pervane, motor, elektronik hız kontrolcüsü (ESC) ve batarya kombinasyonlarının titiz bir analizi gerçekleştirildi.
Testlerin üç ana amacı şunlardı:
- Her bir pervanenin itki verimliliğini (itki/elektrik gücü) karakterize etmek.
- 450 W çekildiğinde (tipik bir uçuş denemesi 60 saniyedir) batarya voltajı, itki, elektrik gücü ve RPM'nin 90 saniye boyunca nasıl değiştiğini belirlemek.
- Beklenen çalışma noktalarımızda motor verimini ölçmek.
İlk amacı gerçekleştirmek için her bir pervane, maksimum RPM'sine kadar beş adet 500 RPM artışında test edildi. Maksimum RPM, 450 W'lık bir elektrik gücü çekimiyle belirlendi. Çok yönlü ve kullanıcı dostu RCbenchmark yazılımı tarafından sunulan sürekli kayıt özelliğini kullanarak, her test koşulunda 500 örnek kaydedildi ve ortalama değerler hesaplandı.
İkinci amacı gerçekleştirmek için her bir pervane 90 saniye boyunca 450 W'da tutuldu.
Üçüncü amaç için test verileri, motorun test edilen tüm RPM'lerde yaklaşık %76-80 verimlilikte çalıştığını gösterdi.
Bu testleri gerçekleştirdikten sonra, seçtiğimiz itki sistemini şu şekilde rafine edip doğrulayabildik:
- Her bir pervanenin 450 W veya daha az güç çektiğinde ürettiği itkiyi ve her bir pervanenin tam gazda çektiği maksimum gücü belirlemek.
- Aynı elektrik gücü girişiyle hangi pervanenin daha fazla itki ürettiğini belirlemek.
- Zamanla bekleyebileceğimiz batarya voltajı, güç ve itki azalmasını nicelleştirmek.
- Pervane üreticisinin bildirdiği değerler ile deneysel sonuçlar arasındaki tutarsızlığı tespit etmek.
Series 1580 Test Standı, pervanenin RPM'sini hem elektronik olarak hem de optik bir RPM probu kullanarak ölçme yeteneği gibi çeşitli diğer yararlı özellikler sundu.
Yukarıda belirtilen parametrelere ek olarak, test standı motor torkunun yanı sıra 3 eksende titreşimleri de ölçebildi ve bu da hava aracının yapısal, kararlılık ve kontrol hususlarında değerli bilgiler sağladı. Bu parametreleri ölçmedeki
zorluk nedeniyle, aksi takdirde bu faktörler gözden kaçabilirdi.
Testlerimizden motor, pervane ve batarya seçimimizi doğrulayabildik. Ayrıca, artık uçuş performansımızı daha doğru ve güvenilir bir şekilde hesaplayabiliriz. Dinamik itkiyi karakterize etmek ve kalkış ile seyir performansını daha doğru modelleyebilmek için gelecekteki testler Laboratory of Turbulent Flow'un rüzgar tünelinde gerçekleştirilecektir.
Şekil 2: Rüzgar tünelinde Series 1580'in yan görünümü
Aero Design, çok sağlam, hassas ve kullanıcı dostu olan Series 1580 itki test standını satın almamızı sağladığı için Tyto Robotics'e sponsorlukları için teşekkür etmek ister. Bir itki sistemini doğrulamak ve pervane itkisi, pervane RPM'si, akım, voltaj, motor torku ve verimlilik gibi çeşitli parametreleri ölçmek için farklı koşullarda itki testleri gerçekleştirmek için mükemmeldir.
Deep Rajani – Finans Başkan Yardımcısı & Aerodinamik Ekibi Lideri (Yazar)
Daniel Kichma – İtki Ekibi Lideri (Yazar)
Ejouan Agena – Kıdemli Tasarım Ekibi Üyesi
Mckenna Warawa – Tasarım Ekibi Üyesi
Michael Caulfield – Tasarım Ekibi Üyesi
SAE Aero Design Ekibi
