Drone'lar Nasıl Uçar?

Drone’lar; havacılık, robotik ve mekatronik alanlarının ortak bir ürünüdür. Parklarda çocuklar tarafından uçurulanları da var, dizi-film sektöründe güzel açılar ve sahneler yakalamak için kullanılanları da, askerler tarafından gözlem için kullanılan, hatta kamikaze drone olarak adlandırılanlar da...

Bu kadar çok çeşidi olduğu için “drone” ya da nam-ı diğer “insansız hava aracı” terimi ile ilgili kafalarımız karışıyor. Bu makalede, drone’un temel parçaları ve en basit haliyle uçma mekanizması özetlenmiştir.

 

Drone’u Oluşturan Parçalar

Öncelikle standart bir drone’un hangi parçalardan oluştuğuna bakalım: Burada sözünü edeceğimiz drone, pahalı bir oyuncağa para harcayabilecek sıradan bir insanın satın alabileceği ortalama bir drone’dur.

Çerçeve

Bir drone’un en önemli parçası çerçevesidir. Çerçeve yerine iskelet de denebilir çünkü bu parça, diğer parçaları bir arada tutan bölümdür. Çerçeve genellikle plastik veya karbon fiberden üretilir. Farklı yapıda kolları bulunur. Bunlar üçlü, dörtlü, altılı vb. olabilir. Her kolun kendi motoru, pervanesi, yalpa çemberi ve diğer elektronik uçuş kontrol parçaları vardır. Ağırlık merkezinin cihazın tam ortasında olması, en iyi uçuş koşullarını sunması bakımından avantajlıdır. Tüm uçaklardaki gibi drone’larda da söz konusu olduğu zaman ağırlık önemlidir. Bu nedenle çerçevenin ağırlığı önemli bir konudur. Ancak çerçevenin ağırlığı uçmayı zorlaştırmayacak kadar hafif, hava akımına direnecek kadar ağır olmalıdır. Karbon fiber hem hafiflik hem de mukavemet bakımından en çok tercih edilen malzemedir.

Motor

İkinci en önemli parça tahmin etmiş olabileceğiniz gibi motordur. Her kolun ayrı bir motoru vardır. Kullanılacak motorun özellikleri drone’un üretim amacına göre belirlenir. Ağır yük taşımak ve uzun mesafeleri kat etme amacıyla üretilen drone’larda daha yüksek torklu motorlar kullanılır. Manevra kabiliyetinin daha önemli olduğu durumlarda ise bu özellikleri sağlayabilecek türde bir motor kullanılır. Devir/dakika ve pervanelerin hızlarının ölçüsü kV cinsinden ölçülür. Hızlı sürümler 1400 kv’ye kadar çıkarken uzun pil ömrü olan daha yavaş uçakların hız aralığı 300-900 kv arasındadır. Kuşkusuz bir motor ancak doğru akü ve pervaneler ile birleşirse iyi bir performans ortaya koyabilir.

Pervaneler

Pervaneler, drone’un kanatlarıdır. Drone’un pervanesi helikopterin pervanesinden ziyade uçağın pervanesine benzerler. Genellikle plastik veya karbon fiberden yapılır. Karbon fiber plastiğe göre daha pahalı bir malzemedir. Pervaneler, çerçevenin boyutunu taşımaya uygun olmalıdır. Çerçevelerin çoğunda, taşıyabileceği en büyük pervane boyutu belirtilmiştir. Pervanenin boyutu drone’un üretilme amacına da uygun olarak seçilmelidir.

Pil

Pillerin kapasitesinin drone’un uçuş süresini doğrudan etkilediği düşünülür. Ancak bu her zaman doğru değildir. Çünkü bataryanın kapasitesi arttıkça ağırlığı da artar. Bu nedenle kapasite artışının uçuş süresine katkı sağlayamadığı bir nokta vardır. Bu sıklıkla atlanan ve önemli sıkıntılara yol açabilecek bir detaydır. Eğer yüksek kapasiteli bir pil isterseniz, motorlarınızın ve ESC’nizin de bu batarya kapasitesine uygun olduğundan emin olmanız gerekir.

ESC (Elektronik Hız Denetleyicisi)

Drone’u kontrol etme konusundaki en önemli parça ESC’dir. Yani elektronik hız denetleyicisi. Aküye, motora ve uçuş kontrol cihazına bağlanan ve motorun dönme hızını kontrol eden cihazlardır. ESC’ler, motor sistemine verebilecekleri akım miktarına göre derecelendirilir. Motorlar, farklı hızlarda çalıştığı için, bu hızı kendilerine dikte edecek bir hız kontrol cihazı gerekir. Motorların hepsi aynı güçte çalışırsa drone duraksar. Pervanelerin dönüş ekseni değişmediği için manevralar, motor hızı değiştirilerek sağlanır. Bir drone’da dört eşdeğer ESC kullanılması tavsiye edilir.

Verici ve Alıcı

Drone ile pilot (drone'u uçuran kişi) arasındaki iletişimi sağlar. Alıcı, uçuş kontrol cihazına bağlıdır. Vericilerin seçimi biraz daha basittir. Verici seçimi, kullanım amacına göre gerekli kanal sayısına göre belirlenir. Çok pervaneli drone'lar için minimum dört (rulo, zift, yalpa ve gaz) kanal gerekir. Kanal sayısının fazla olması kolaylık sağlar. Otomatik pilot, kamera iniş takımı vb. için de ayrı kanal da kullanılabilir.

Uçuş Mekanizması

Drone’un temel parçalarını öğrendiğimize göre artık uçuş mekanizmasının nasıl işlediğine geçebiliriz. Örnek olarak quadcopter adlı cihazları ele alalım. Bu cihazların dört ayrı kol üzerinde dört farklı motoru ve dört pervanesi vardır.

Quadcopter

Her dönen pervane kendi dönme torkunu (dönme momenti) yaratır. Newton’un üçüncü hareket yasası gereği, her dönen pervanenin, onu tutan kolu pervanenin dönüş yönünün aksi yönde bir itiş kuvveti yaratır. İşte bu dönme momenti yasası gereği, helikopterlerin tepesinde dönen bir pervanenin oluşturduğu kuvveti karşılamak için kuyruğunda da bir pervane bulunur. Bir quadcopter’de kuyruk pervanesi gibi mekanizmaya ihtiyaç yoktur. Çok pervaneli uçuş araçlarında, pervaneler birbirini dengeleyecek şekilde ters yöne çalıştırılarak bu problem çözülür. Havada durmanın ötesinde birşeyler yapmak istendiğinde örneğin drone’un ileri doğru hareket etmesini istediğimizde öndeki pervaneler daha az, arkadakiler daha çok güç uygulayacak böylece drone ileri doğru hareket edecektir. Bu prensip, manevra yönünün belirlenmesinde de geçerlidir. Uçuş bilgisayarında kullanılan algoritmalar ve kodlar, verilen komutları dikkate alarak pervanelere gerekli gücü uygular ve böylece drone uçar.