Yazan: Lauren Nagel
Kent State Üniversitesi'nden Kendy Edmonds ve Dr. Blake Stringer, büyüleyici araştırma makalelerinde mevcut sUAS itki yöntemlerinin ölçeklenebilirliğini inceliyor: İnsansız VTOL İtki Araştırması – sUAS Rejiminin Dışında Kuadrokopter Rotor-Motor Yapılandırmasının Ölçeklenebilirliği.
Kuadrokopterlerin ölçeklendirilmesinin avantajları açıktır: daha büyük faydalı yükler, daha uzun menzil, daha uzun havada kalma süresi vb. Ancak büyük çok rotorlu araçları test etmek ve üretmek daha pahalıdır, bu nedenle önce küçük ölçekli modelleri test etmek cazip gelir.
Bu geçerli bir strateji olsa da tasarımcılar modellerinin sınırlılıklarının farkında olmalıdır.
Makalede incelenen temel sorunlardan biri, değişken hızlı rotor yapılandırmalarının geçici tepkisidir: artan atalet, daha büyük sistemlerin tepki süresini nasıl etkiler?
Değişken hızlı, sabit açılı dronlar ile sabit hızlı, değişken açılı helikopterler arasındaki güç ve manevra kabiliyeti farklılıklarına dikkat çekiyorlar. Aynı faydalı yük taşıma kapasitesine sahip bir helikoptere göre kuadrokopter dronlar, havada asılı kalma ve manevra sırasında %27 daha fazla güce ihtiyaç duyar (Şekil 1).
Bu analizden iki sonuç çıkarıyorlar: “(1) Araç büyüdükçe, rotor çapını artırmak yönetilebilir güç gereksinimlerini korumaya yardımcı olur. (2) Rotorların boyutu büyüdükçe, ataleti yenmek ve kanat profili sürüklemesini aşmak için rotorları döndürmek için gereken güç ihtiyacı da artar.”
Daha fazla okuma: Dronunuz İçin Doğru Motoru ve Pervaneyi Nasıl Seçersiniz 
Şekil 1: Havada asılı kalma gücü gereksinimleri ile ağırlık ve disk yüklemesi hp (sol) ve kW (sağ) cinsinden
Değişken hızlı rotorların ölçeklenebilirliğini daha fazla incelemek için araştırmacılar, RCbenchmark Series 1780 test standını kullanarak farklı rotor yapılandırmalarının geçici tepkisini ölçmek için birkaç test gerçekleştirdiler (Şekil 2).
Beş motor test edildi: Turnigy RotoMax 150cc, KDE Direct 10218XF105 (Mega), T-Motor P80 120kv, KDE Direct 7215XF-135 (KDE) ve KDE Direct 4215XF465 (Mini); ayrıca üç farklı rotor: KDE Direct tarafından üretilen 30,5” çapında ve 9,7” adıma sahip karbon fiber 3 kanatlı pervane, Falcon tarafından üretilen 27” çapında ve 8,8” adıma sahip karbon fiber 2 kanatlı pervane ve T-Motor tarafından üretilen 15” çapında ve 5,5” adıma sahip karbon fiber 2 kanatlı pervane.
Şekil 2: Series 1780 test standı ile deney düzeneği
Geçici tepki deneylerinin sonuçları Şekil 3'te gösterilmiştir.
İlginç bir şekilde, “Her rotor-motor yapılandırmasının tepkisinde beklenenlerden çok daha fazla değişkenlik var” diyerek, sistem tasarımında itki testlerinin önemini vurguluyorlar.
Bu verilerden iki ana sonuç çıkarıyorlar: 1) “Yavaşlama süreci, hızlanma sürecinden daha çok rotor-motor boyutuna duyarlıdır”, 2) “Geçici tepkinin temel giriş değişkenlerini belirlemek için tüm giriş faktörlerinin etkisi daha fazla incelenmelidir. Giriş değerlerinin aralığı mümkün olduğunca geniş olmalıdır.”
Şekil 3: Tüm motorların yerleşme süresi, RPM değişimine göre
Çalışmadan çıkarılan üçüncü ve beklenmedik sonuç termodinamikle ilgilidir: 3) “Sıcaklık ve termal yönetim, özellikle büyüyen ve rotor hava akışından başka soğutma yöntemi olmayan değişken hızlı motorlar için önemli hususlardır.” Deneyde bir motor duman çıkarmaya başladıktan sonra, araştırmacılar takip testleri gerçekleştirdiler ve pervanenin durup soğutmanın kesilmesinden sonra motorların sıcaklık sıçramasını tanımlayabildiler.
Bu durum, daha büyük motorlar taşıyan dronlarda termal yönetim stratejisine ihtiyaç duyulduğuna işaret eder ve üreticiler için önemli bir tasarım hususudur. Bir motor ölçeklendirildiğinde, termal dağılım için mevcut alan boyutun karesiyle artarken, bakır kütlesi boyutun küpüyle artar.
Bu araştırma, üreticilerin büyük dronlar tasarlarken dikkate alabileceği mükemmel bir kaynaktır. Test süreçleri hakkında daha fazla ayrıntı için tam makaleyi okuyun.
Daha fazla okuma: Yüksek RPM'de Pervane Buzlanması Üzerine Bir Çalışma