ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ 3D ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΤΕΤΡΑΠΤΕΡΟΥ ΣΚΑΦΟΥΣ. Ντοανίδης Λάζαρος

Transcript

1 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ 3D ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΤΕΤΡΑΠΤΕΡΟΥ ΣΚΑΦΟΥΣ Επιβλέπων Καθηγητής Δρ. Σαράφης Ηλίας Οι σπουδαστές Μιχαηλίδης Θεόδωρος Ντοανίδης Λάζαρος

2 Περίληψη Στόχος της παρούσας πτυχιακής είναι η σχεδίαση σε τρισδιάστατη απεικόνιση μέσω του AutoCAD 2012, εκτύπωση σε 3d εκτυπωτή των διαφόρων κομματιών, η υλοποίηση της κατασκευής και ο έλεγχος ιπτάμενης πλατφόρμας με τέσσερεις έλικες και ισάριθμους κινητήρες. Στη παρούσα εργασία παρουσιάζονται οι κατασκευαστικές ενέργειες καθώς και το θεωρητικό υπόβαθρο που χρειάστηκε για την υλοποίηση και τον σχεδιασμό του τετράπτερου σκάφους. Τέλος παραθέτουμε τις μελλοντικές αναβαθμίσεις που μπορούν να γίνουν πάνω στην κατασκευή. Abstract to build and control a flying platform using four propellers and equivalent motors. The platform will The aims of this dissertation, concerning a construction of a controlled quadcopter, are its design in 3D depiction using the AutoCAD 2012, construction all spare parts of it, using a 3D printer, assembled them all in a remote controlled flying platform equipped with four propellers and equivalent motors. The platform will be embedded with a Flight Control Board for its navigation. The manufacturing applications and the theoretical background needed for the implementation and design of the quad copter, are also presented. Finally, are quoted future upgrades which could be made on this construction. 1

3 Επικοινωνία με τους συγγραφείς στις ηλεκτρονικές διευθύνσεις: Μιχαηλιδης θεοδωρος : kavalamichailidis@gmail.com Ντοανίδης Λαζαρος : lazarosnt@yahoo.gr 2

4 Αντί Προλόγου Η εργασία αυτή ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 2013 και τελείωσε τον Ιουλιο του Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον καθηγητή του τμήματος Μηχανολογίας Δρ. Ηλία Σαράφη για τις πολύτιμες συμβουλές του τη βοήθεια που μας προσέφερε και την εμπιστοσύνη που μας έδειξε.επίσης ένα μεγάλο ευχαριστώ στις οικογένειες μας για την υπομονή που έδειξαν αλλά και για την ψυχολογική και υλική βοήθεια που μας έδωσαν. 3

5 Leonardo da Vinci, ενός από τους πιο πολυμήχανους ανθρώπους που γνώρισε η ανθρωπότητα. Μηχανικός, εφευρέτης, ζωγράφος, γλύπτης, αρχιτέκτονας, ιστορικός, χημικός, ανατομικός ερευνητής, ένας άνθρωπος πανεπιστήμονας ( Homo Universalis). Ήταν ο πρώτος που ασχολήθηκε με την κατασκευή και τη μελέτη πτητικών μηχανών στην Αναγεννησιακή Ευρώπη και είχε σχεδιάσει πολλά σχέδια τα οποία σώζονται στις μέρες μας. Ένα από αυτά είναι και η εικόνα, το ελικόπτερο όπως το είχε φανταστεί ο Leonardo. 4

6 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή...σελ 7 Κεφάλαιο 2 Κινητήρες DC Brushless...σελ 11 Διαφοροποιήσεις στην κατασκευή...σελ 15 Σταθερά ΚΜ...σελ 16 Σταθερά ΚV...σελ 16 Κινητήρες για την κατασκευή...σελ 17 Κεφάλαιο 3 Τρόποι οδήγησης Brushless DC motor...σελ 18 Οδήγηση του κινητήρα με χρήση half bridge...σελ 20 Σύνδεση αισθητήρων μαγνητικού πεδίου (hall sensors)...σελ 22 Χρήση της επιστροφής τάσης (Back EMF)...σελ 23 Electronic Speed Controller- Λειτουργία...σελ 24 Επιλογη ESC...σελ 25 Κεφάλαιο 4 Πλατφόρμα ελέγχου πτήσης...σελ 26 Γλώσσα Arduino Alpha...σελ 28 Διασύνδεση και συγχρονισμός του πομπού με τον δεκτή...σελ 32 Παραμετροποίηση των brushless ESC...σελ 33 Κεφάλαιο 5 Μπαταρία...σελ 34 Επιλογή μπαταρίας...σελ 37 Κεφάλαιο 6 Έλικες...σελ 38 Βασικές Αρχές Σχεδίασης και Απόδοσης Ελίκων...σελ 39 Βασικές παράμετροι σχεδίασης...σελ 39 Βασικές παράμετροι απόδοσης...σελ 42 Χάρτες απόδοσης...σελ 43 Χαρακτηριστικά αεροτομών των πτερυγίων της έλικας...σελ 44 Επίδραση του χαμηλού αριθμού Reynolds στην αεροτομή και την απόδοση της έλικας...σελ 44 Κεφάλαιο 7 Μοντελοποίηση και προσομοίωση του κινητήρα...σελ 50 Κεφάλαιο 8 Σχεδίαση σκελετού πλατφόρμας με τη βοήθεια υπολογιστή...σελ 57 Γενικά περί AutoCad...σελ 58 Συστήματα 3-D CAD...σελ 60 Κεφάλαιο 9 Εκτύπωση σκελετού στο 3D PRINTER...σελ 65 Οι τεχνικές της 3D εκτύπωσης...σελ 66 Στερεολιθογραφία...σελ 66 Επιλεκτική σύντηξη με την χρήση ακτινών λέιζερ...σελ 66 Συγκόλληση Λεπτών Φύλλων...σελ 67 Tτρισδιάστατη Εκτύπωση...σελ 68 Εναπόθεση Σύντηξη Διαδοχικών Στρώσεων...σελ 68 3D PRINTER DIMENSION SST...σελ 69 5

7 Περιγραφή και Ανάλυση των κύριων μέρων του DIMENSION SST...σελ 69 Θάλαμος εκτύπωσης...σελ 69 Διαδικασία εκκίνησης του 3D Printer...σελ 70 Διαδικασία εκτύπωσης...σελ 70 Γενική παρουσίαση του DIMENSION SST...σελ 71 Χρήση του σταθμού καθαρισμού...σελ 72 Κεφάλαιο 10 Τρόπος λειτουργίας γυροσκοπίου, επιταχυνσιομέτρου και πυξίδας...σελ 74 Γυροσκόπιο...σελ 75 Το επιταχυνσιόμετρο...σελ 77 Τρόπος Λειτουργίας πυξίδας...σελ 80 Κεφάλαιο 11Συμπεράσματα μελλοντικές αναβαθμίσεις...σελ 85 Βιβλιογραφία/ αναφορές...σελ 88 6

8 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 7

9 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Στην εργασία μας θα ασχοληθούμε με τα quad copters. Τα quad rotors (επίσης λέγονται και quad rotors ή quad rotor helicopters) είναι αεροσκάφη τα οποία ανυψώνονται και προωθούνται χρησιμοποιώντας 4 έλικες. Τα κατατάσσουμε στην κατηγορία των ελικοπτέρων και όχι στην κατηγορία των αεροπλάνων λόγω του ότι η άνωση προέρχεται από τους 4 έλικες που βρίσκονται σε 4 διαφορετικούς ιστούς, κάθετους στη φορά της κίνησης. Παρόλα αυτά τα quad copters έχουν μια διαφορά από τα ελικόπτερα. Τα quad copters χρησιμοποιούν έλικες σταθερού βήματος, δηλαδή με σταθερή γωνία λεπίδας. Ο έλεγχος της κίνησης των quad copters μπορεί να επιτευχθεί με τη μεταβολή της σχετικής ταχύτητας του κάθε έλικα ώστε να αλλάξει η ώθηση και η ροπή που παράγεται από το καθένα. Κάθε έλικας παράγει μια ώθηση και ροπή γύρω από το κέντρο περιστροφής του, καθώς επίσης και μια δύναμη τριβής που αντιτίθεται στην φορά της κίνησης του οχήματος. Εάν υποθέσουμε ένα όχημα στις 2 διαστάσεις τότε θα είχαμε 2 έλικες πάνω στον άξονα x x και 2 στον άξονα y y. Εάν τώρα όλοι οι έλικες γυρίζουν με την ίδια γωνιακή ταχύτητα και οι έλικες του άξονα y y γυρίζουν με την φορά του ρολογιού (clockwise or CW) ενώ οι έλικες του x x αντίθετα (anticlockwise or ACW) τότε η γωνιακή επιτάχυνση γύρω από τον άξονα εκτροπής (yaw axis) είναι ακριβώς μηδέν πράγμα που σημαίνει ότι ο έλικας σταθεροποίησης εκτροπής των συμβατικών ελικοπτέρων δεν είναι απαραίτητος. Εικόνα 1a - 4 έλικες στο επίπεδο. Σχεδιάγραμμα των ροπών κάθε κινητήρα ενός quad copter+ λόγω της περιστροφής του κάθε έλικα. Οι έλικες 1 και 3 γυρίζουν προς την μία κατεύθυνση ενώ οι 2 και 4 προς την αντίθετη ώστε να παραχθούν αντίθετες ροπές για τον έλεγχο του οχήματος Οι γωνιακές επιταχύνσεις του άξονα κύλισης (roll axis) και του άξονα ανύψωσης (pitch axis ) μπορούν να προκληθούν ξεχωριστά χωρίς να επηρεαστεί ο άξονας εκτροπής. 8

10 Εικόνα 2a άξονας εκτροπής (yaw axis), άξονας κύλισης (roll axis ), άξονας ανύψωσης (pitch axis) ενός quad copter x Κάθε ζευγάρι ελίκων που περιστρέφονται κατά την ίδια διεύθυνση ελέγχει και έναν άξονα είτε κύλισης είτε ανύψωσης, και αυξάνοντας την ροπή ενός έλικα ενώ μειώνουμε την ροπή του άλλου μπορούμε να διατηρήσουμε την ροπή που χρειάζεται ώστε η εκτροπή να είναι μηδέν και παράλληλα να έχουμε μεταβολή στους άλλους 2 άξονες. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να κάνουμε μανούβρες με το quad copter σε όλες τις κατευθύνσεις. Η ευθύγραμμη κίνηση επιτυγχάνεται εάν διατηρήσουμε μια μη μηδενική γωνία ανύψωσης ή κύλισης. Εικόνα 3a ο έλικας σταθεροποίησης εκτροπής είναι ένας έλικας στην ουρά των ελικοπτέρων. Λέγεται επίσης και έλικας αντί-ροπής 9

11 Με βάση αυτά ξεκίνησε ο σχεδιασμός και η μελέτη της πτυχιακής εργασίας. Οι έλικες,και οι κινητήρες που θα τους κινούν, θα τοποθετηθούν σε ένα σύστημα xoy και με βάση τις ροπές που αυτοί θα εφαρμόζουν θα έχουμε κίνηση στις 3 διαστάσεις. Ο σκελετός μας λοιπόν θα είναι ένα X. Το σύστημα ελέγχου και η τροφοδοσία θα τοποθετηθούν στο κέντρο βάρους του σκελετού ώστε να γίνει ευκολότερα ο έλεγχος και να μην έχουμε ανεπιθύμητες ταλαντώσεις. Το υλικό που επιλέχτηκε για τον σκελετό ήταν το πλαστικό, λόγω της αντοχής που επιδεικνύει στους κραδασμούς αλλά και το σχετικά μικρό του βάρος. Οι κινητήρες επιλέχτηκαν προσεχτικά σύμφωνα με το μέγιστο βάρος που μπορούν να σηκώσουν και τη ροπή που μπορούν να ασκήσουν. Τα κυκλώματα οδήγησης των κινητήρων, ο μικροελεγκτής και η τροφοδοσία σύμφωνα με τις απαιτήσεις των κινητήρων. Χωρίσαμε την εργασία σε πολλά κεφάλαια για να δείξουμε την σημασία που έχει το καθένα, και την δουλειά που χρειαζόταν. Το κάθε κεφάλαιο απαιτούσε την δική του έρευνα και έπρεπε να ανατρέξουμε σε διάφορες πηγές για να βρούμε πληροφορίες αλλά και να τις επιβεβαιώσουμε. Βασικό εργαλείο μας ήταν το internet καθώς ο όγκος πληροφοριών που υπάρχει εκεί είναι τεράστιος. Σκοπός μας είναι να παρουσιάσουμε όσο πιο απλά γίνεται αλλά και επιστημονικά συγχρόνως την κατασκευή της ιπτάμενης αυτής πλατφόρμας, και να τραβήξουμε το ενδιαφέρον του αναγνώστη για το γνωστικό αντικείμενο των quad copters. Ελπίζουμε η εργασία μας αυτή να φανεί χρήσιμη σε όποιον θέλει να ασχοληθεί με τον τομέα των τηλεχειριζόμενων οχημάτων είτε εναέριων είτε χερσαίων είτε υποβρύχιων, αφού η λογική είναι η ίδια σε όλες τις κατηγορίες. 10

12 Κεφάλαιο 2 Κινητήρες DC brushless 11

13 Κεφάλαιο 2 Κινητήρες DC brushless Οι Brushless DC κινητήρες (BLDC motors, BL motors) είναι ηλεκτρικοί κινητήρες οδηγούμενοι από συνεχές (DC) ρεύμα. Δεν έχουν μηχανικούς μεταγωγούς ρεύματος ούτε καρβουνάκια. Η σχέση ρεύματος ροπής και συχνότητας-ταχύτητας είναι γραμμικές. Οι BLDC κινητήρες μπορούν να περιγραφούν σαν βηματικοί κινητήρες με μόνιμους μαγνήτες και πιθανόν περισσότερους πόλους στον ρότορα από τον στάτη. Είναι μια αντιστροφή των κινητήρων συνεχούς ρεύματος, όπου το πεδίο βρίσκεται τώρα στον δρομέα και το τύμπανο στον στάτη. Τον ρόλο του συλλέκτη και των ψηκτρών τον παίζει τώρα η οδήγηση ημιαγωγών. Ένα κύκλωμα με αισθητήρες αναγνωρίζει τη θέση του δρομέα και ρυθμίζει τη παροχή ρεύματος στα τυλίγματα του στάτη έτσι ώστε να παράγει ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Γιατί όμως να επιλέξουμε τους Brushless από τους κοινούς DC κινητήρες; Οι απλοί DC κινητήρες βρίσκονται στην αγορά από το Οι BLDC ωστόσο μπόρεσαν να βγουν σε ευρεία παραγωγή από το Οι κινητήρες αυτοί έχουν τα προτερήματα των κινητήρων συνεχούς ρεύματος χωρίς τα πιο σημαντικά προβλήματα, που είναι συνδεδεμένα με τη παρουσία συλλέκτη και ψηκτρών. Η έλλειψη συλλέκτη τους καθιστά πολύ αξιόπιστους και είναι η πρώτη επιλογή όταν οι ώρες λειτουργίας ξεπερνούν τις Συνήθεις χρήσεις είναι οι εργαλειομηχανές, οι αυτοματισμοί, οι μηχανές συσκευασίας, τα ρομπότ και οι μηχανές γραφείου (σκληροί δίσκοι, ανεμιστήρες υπολογιστή κλπ). Αποδίδουν μεγάλη ροπή στο ονομαστικό φορτίο και κατά την εκκίνηση αλλά απορροφούν υψηλό ρεύμα εκκίνησης. Παράγουν χαμηλό ηλεκτρικό θόρυβο. Μπορούν να φτάσουν σε ιδιαίτερα υψηλές στροφές (60000) αποδίδοντας ικανοποιητική ροπή. Παράγονται σε σχετικά μεγάλο εύρος ισχύος που ξεκινά από μερικά Watts μέχρι μερικά KWatts. Τα μειονεκτήματα τους είναι η απαίτηση για αισθητήρες και ανάδραση (που όμως απαιτείται σε όλες τις εφαρμογές κλειστού βρόχου), η πολυπλοκότητα της ηλεκτρονικής τους οδήγησης και η χαμηλή τους απόδοση, ιδίως σε χαμηλές τάσεις λειτουργίας. Γενικά έχουν μεγαλύτερο κόστος από έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος με ψήκτρες, ενώ λειτουργίες που είναι απλές στους τελευταίους όπως η αντιστροφή φοράς περιστροφής, εδώ είναι πολύπλοκες. 12

14 Οι περιορισμοί των κοινών DC κινητήρων ξεπεράστηκαν από τους BLDC συμπεριλαμβανομένων της χαμηλότερης κατανάλωσης και της απουσίας μηχανικών σφαλμάτων και γενικότερα απωλειών από μηχανικά τμήματα των κινητήρων. Αντίθετα είχαν υψηλό κόστος στην κατασκευή κατάλληλων ελεγκτών για την οδήγησή τους. Οι BLDC κινητήρες έχουν την μεγαλύτερη τιμή ροπής όταν είναι σταματημένοι και γραμμικά η τιμή αυτή πέφτει όσο ανεβαίνουν οι στροφές. Εικόνα 1b Η ροπή σαν συνάρτηση της ταχύτητας στους BLDC (Brushless DC Electric Motor Torque-Speed Characteristics) Ένας τέτοιος κινητήρας έχει μόνιμους μαγνήτες που περιστρέφονται γύρω από την σταθερή περιέλιξη, εκμηδενίζοντας το πρόβλημα της μετάδοσης του ρεύματος στην περιστρεφόμενη περιέλιξη. Ένας ηλεκτρονικός ελεγκτής αντικαθιστά τα γνωστά καρβουνάκια των κοινών DC κινητήρων, ο οποίος συνεχώς μεταβάλλει την φάση στα τυλίγματα για να περιστραφεί ο κινητήρας. Περισσότερα για τους ελεγκτές θα αναφερθούν στο αντίστοιχο κεφάλαιο. Οι BLDC κινητήρες έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους κοινούς DC κινητήρες. Όπως περισσότερη ροπή ανά μονάδα ισχύος(watt), αυξημένη αξιοπιστία, χαμηλότερο ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (δεν υπάρχουν τμήματα που φθείρονται), περιορισμός της σπίθας από τον συλλέκτη και συνολική μείωση των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (EMP). Χωρίς περιελίξεις στο ρότορα δεν υπόκεινται σε φυγόκεντρες δυνάμεις και επειδή οι περιελίξεις υποστηρίζονται από το περίβλημα μπορούν να ψύχονται με αγωγή, που δεν απαιτεί τη ροή του αέρα στο εσωτερικό του κινητήρα για την ψύξη. 13

15 Αυτό με τη σειρά του σημαίνει ότι το εσωτερικό του κινητήρα μπορεί να είναι εντελώς κλειστό και προστατεύεται από ακαθαρσίες ή άλλα ξένα σώματα. Η μέγιστη ισχύς που μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα κινητήρα BLDC είναι εξαιρετικά υψηλή, περιορίζεται σχεδόν αποκλειστικά από τη θερμότητα, η οποία μπορεί να αποδυναμώσει τους μαγνήτες (Οι μαγνήτες απομαγνητίζονται σε υψηλές θερμοκρασίες) Το κύριο μειονέκτημα των BLDC κινητήρων είναι το υψηλό κόστος που οφείλεται στην ακριβή κατασκευή των ελεγκτών τους, καθώς επίσης και στο κόστος κατασκευής και των ίδιων των κινητήρων γιατί πολλές φορές είναι χειροποίητοι. Οι BLDC κινητήρες είναι συχνά πιο αποδοτικοί στην μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική δύναμη, γιατί απουσιάζουν οι ηλεκτρικές απώλειες που εμφανίζονται από τις βούρτσες( καρβουνάκια). Η ενισχυμένη αποδοτικότητα είναι μέγιστη στη χωρίς φορτίο και περιοχή χαμηλό-φορτίο της καμπύλης απόδοσης της μηχανής. Κάτω από υψηλά μηχανικά φορτία, οι μηχανές BLDC και DC υψηλής ποιότητας μηχανές είναι συγκρίσιμες στην αποδοτικότητα. Οι μηχανές επαγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος απαιτούν την επαγωγή του μαγνητικού πεδίου στο στροφέα από τον περιστρεφόμενο πεδίο του στάτη, αυτό οδηγεί τα μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία να μην είναι συμφασικά. Η διαφορά φάσης απαιτεί μεγαλύτερα ρεύματα και απώλειες ρεύματος για να επιτύχει τη δύναμη. Οι μηχανές BLDC είναι ελεγχόμενες από μικροϋπολογιστή για να κρατήσουν το ρεύμα στατών στη φάση με τους μόνιμους μαγνήτες του στροφέα, απαιτώντας λιγότερο ρεύμα για την ίδια επίδραση και επομένως με συνέπεια τη μεγαλύτερη αποδοτικότητα. Γενικά οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν κινητήρα DC με βούρτσα όταν θέλουν χαμηλού κόστους εφαρμογές και BLDC κινητήρες για να επιτύχουν στις κατασκευές τους υψηλή αξιοπιστία- διάρκεια, και λειτουργία σε εκρηκτικά περιβάλλοντα όπου οι σπινθήρες μπορεί να προκαλέσουν καταστροφή. 14

16 Διαφοροποιήσεις στην κατασκευή Εικόνα 2b ένας Brushless DC κινητήρας Οι BLDC κινητήρες μπορούν να κατασκευαστούν με πολλές παραλλαγές. Τους συμβατικούς ή αλλιώς inrunner των οποίων οι μόνιμοι μαγνήτες είναι μέρος του στροφέα. 3 περιελίξεις του στάτη περιβάλλουν των ρότορα. Στην διαμόρφωση του outrunner (ή εξωτερικός ρότορας) η σχέση μεταξύ τυλιγμάτων και μαγνητών είναι αντεστραμμένη. Τα τυλίγματα βρίσκονται στον στάτη που βρίσκεται στο κέντρο του κινητήρα και οι μόνιμοι μαγνήτες βρίσκονται στο εξωτερικό κέλυφος που περιστρέφεται γύρω από τον στάτη. Ο επίπεδος τύπος χρησιμοποιείται όπου υπάρχουν περιορισμοί χώρου ή σχήματος και όπου ο στάτης και ο ρότορας τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο. Οι outrunners τυπικά έχουν περισσότερους πόλους σε τριάδες και έχουν περισσότερη ροπή σε χαμηλές στροφές. Σε όλους τους BLDC τα τυλίγματα είναι στον στάτη. Υπάρχουν επίσης δύο ειδών ηλεκτρικές διαμορφώσεις που έχουν να κάνουν με το πώς είναι συνδεμένα τα τυλίγματα. Η διαμόρφωση τύπου Τρίγωνο συνδέει τα 3 τυλίγματα με σχήμα τριγώνου και η ενέργεια μπαίνει στο σύστημα διαμέσου των συνδέσεων τους. Εικόνα 3b συνδεσμολογίες τριγώνου (αριστερά) και αστέρα (δεξιά) 15

17 Ο σχηματισμός τύπου αστέρα ενώνει όλα τα τυλίγματα σε ένα κεντρικό σημείο και η ενέργεια εφαρμόζεται στην εναπομείνασα άκρη του κάθε τυλίγματος. Ένας κινητήρας με τα τυλίγματά του σε σχηματισμό τριγώνου δίνει χαμηλή ροπή σε χαμηλές στροφές, αλλά δίνει πολύ περισσότερες στροφές σε μέγιστη ισχύ. Ο σχηματισμός αστέρα δίνει μεγάλη ροπή σε χαμηλές στροφές, αλλά χαμηλότερες στροφές σε μέγιστη ισχύ. Επίσης αναφορικά με την κατανάλωση ενέργειας οι κινητήρες σε αστέρα είναι πιο αποδοτικοί σε σχέση με αυτά σε σχηματισμό τριγώνου. Σε σχηματισμό τριγώνου η μισή τάση εφαρμόζεται κατά μήκος του μη οδηγούμενου τυλίγματος και έτσι αυξάνονται οι απώλειες λόγω αντίστασης. Επίσης τα τυλίγματα επιτρέπουν την κυκλοφορία παρασιτικού θορύβου υψηλής συχνότητας μέσα στον κινητήρα. Ένα κινητήρας σε σχηματισμό αστέρα δεν είναι κλειστού βρόχου για να επιτρέπει την κυκλοφορία παρασιτικών θορύβων και αποτρέπει τέτοιου είδους απώλειες. Σταθερά Κ Μ ΚΜ είναι μια σταθερά του κινητήρα και ορίζεται ως T P όπου Τ είναι η ροπή (σε Nm) και P είναι οι θερμικές απώλειες της αντίστασης (σε Watts). Η ΚΜ μερικές φορές αποκαλείται σταθερά μεγέθους κινητήρα Σταθερά Κ V ΚV είναι η σταθερά ταχύτητας του κινητήρα μετρούμενη σε RPM ανά Volt. Η σταθερά ΚV ορίζει τις μέγιστες στροφές του κινητήρα σε συνθήκες χωρίς φορτίο σε μέγιστη τάση που εφαρμόζεται στους αγωγούς ρεύματος που συνδέονται με τα τυλίγματα. Για παράδειγμα ένας κινητήρας με 1000KV και εφαρμοζόμενη τάση 11,1V θα περιστρέφεται σε περίπου rpm (1000*11.1). Σύμφωνα με τον Νόμο του Lenz ένας κινητήρας προκαλεί ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) ανάλογη των στροφών. Όταν ο κινητήρας περιστρέφεται τόσο γρήγορα που η ΗΕΔ είναι ίση με την τάση της πηγής, τότε μπορεί ο ελεγκτής να επιταχύνει τον κινητήρα ακόμα παραπάνω ακόμα και χωρίς φορτίο. 16

18 Κινητήρες για την κατασκευή: Οι κινητήρες που επιλέχθηκαν για την κατασκευή ήταν 4 NTM Prop Drive KV / 235W. Εικόνα 4b ο κινητήρας που επιλέχθηκε για την κατασκευή Χαρακτηριστικά: Εξωτ. διάμετρος (Stator Diameter) 28mm Διάμετρος άξονα (Shaft) 3mm Βαρος (Weight) 54g Αριθμός πόλων (Poles) 3 Αριθμός και μορφή τυλίγματος 19 τυλίγματα, μορφή Υ (Motor Wind) Στροφές / Volt Kv: 1000rpm/v Αντισταση (Resistant) 0 Μεγιστη Συνεχη ένταση (Max current) 15A Μεγιστη ενταση (Max Power) 176W στα 11.1V (3S) / 235W στα 15V (4S) Αριθμός κελίων μπαταρίας 3s~4s Lipoly (Lipoly Cell ) 17

19 Κεφάλαιο 3 Τρόποι οδήγησης Brushless DC motor 18

20 Κεφάλαιο 3 Τρόποι οδήγησης Brushless DC motor Η ρύθμιση των στροφών γίνεται με οδηγήσεις τρανζίστορ ισχύος και λογικά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του τμήματος ισχύος (τρανζίστορ). Υπάρχουν 2 βασικά είδη οδηγήσεων που αντιστοιχούν στα αντίστοιχα 2 είδη κινητήρων brushless, τους τραπεζοειδείς κινητήρες (trapezoidal motors) και τους κινητήρες ημιτόνου (sinewave motors). H Διαφορά των δύο έγκειται στη μορφή της ροπής ατράκτου σαν συνάρτηση της γωνίας του δρομέα σε σχέση με το πεδίο του στάτη. Στους κινητήρες ημιτόνου η ροπή που παράγεται είναι ημιτονοειδούς μορφής, όμοια με τη μορφή της ροπής που αποδίδεται από έναν σύγχρονο κινητήρα όταν μεταβάλλεται η γωνία ροπής (βλέπε επόμενη εικόνα). Εικόνα 1c συνάρτηση της ροπής σε σχέση με την γωνία του δρομέα στους ημιτονοειδείς BLDC Στη περίπτωση αυτή, με χρήση πλέον πολύπλοκης οδήγησης μπορούμε να κρατήσουμε τη γωνία ροπής στις 90 ο με αποτέλεσμα ελάχιστη κυμάτωση στη συνολική ροπή ατράκτου. Η οδήγηση αυτή απαιτεί αισθητήρα υψηλής ακρίβειας, πχ resolver ή παλμογεννήτρια (encoder) υψηλής ακρίβειας. Οι οδηγήσεις αυτές χρησιμοποιούνται με κινητήρες δυο ή τριών φάσεων, Οι τραπεζοειδείς κινητήρες παράγουν ροπή που μοιάζει με ημιτονοειδή συνάρτηση της γωνίας του δρομέα αλλά κοντά στο μέγιστο πλάτος της ροπής, η συνάρτηση είναι πεπλατυσμένη ή ψαλιδισμένη. Η ημιτονοειδής μορφή λοιπόν μοιάζει με τραπέζιο. Αυτό γίνεται για να επιτυγχάνεται σταθερή ροπή ατράκτου χωρίς μεγάλους κυματισμούς και χωρίς την χρήση ακριβών αισθητήρων. Οι οδηγήσεις αυτές χρησιμοποιούνται για κινητήρες 3 φάσεων, όπως ο δικός μας. 19

21 Οι BLDC κινητήρες συμπεριφέρονται όπως οι βηματικοί κινητήρες. Έτσι, μπορούμε να ελέγξουμε τον κινητήρα με μικροεπεξεργαστή και 3 τρανζίστορ ισχύος (MOSFETs). Αλλάζοντας διαδοχικά τους παλμούς από τον ακροδέκτη Α του κινητήρα έως τον Γ θ α επιτύχαναμε την διαδοχική ενεργοποίηση των τυλιγμάτων του κινητήρα και κατά συνέπεια την περιστροφή του ρότορα. Ο χρόνος ανάμεσα στους παλμούς ενεργοποίησης των τρανζίστορ ορίζει την ταχύτητα περιστροφής του ρότορα. Η διάταξη αυτή θα έκανε τον άξονα του κινητήρα να περιστρέφεται σπασμωδικά αργά και χωρίς ροπή. Στην αύξηση της συχνότητα των παλμών ο κινητήρας αδυνατούσε να συμβαδίσει με τους παλμούς και σταματούσε. Έτσι αναζητούμε μια διάταξη ελέγχου που να οδηγεί σε ομαλή περιστροφή του κινητήρα με ελεγχόμενη συχνότητα παλμών. Οδήγηση του κινητήρα με χρήση half bridge. Εικόνα 2c κύκλωμα οδήγησης κινητήρα με half bridge Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε έναν τριφασικό Inverter (αντιστροφέας) υλοποιημένο με MOSFETs. Ο αντιστροφέας αυτός αποτελείται από τρεις αντιστροφείς ημι-γέφυρας οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι παράλληλα και έχουν την ίδια κυματομορφή τάσης εξόδου σε σχέση με τον ουδέτερο. Τα τρανζίστορς ενεργοποιούνται κατά τον παρακάτω τρόπο. 20

22 Διάστημα Τρανζίστορ που άγουν Van (Vdc) Vbn (Vdc) Vcn (Vdc) Space Voltage Vector Είσοδος Έξοδος 1 T1,T4,T6 1/3-1/3-2/3 V1 (100) A B,C 2 T1,T3,T6 1/3 1/3-1/3 V2 (110) A,B C 3 T3,T2,T6-1/3 2/3-1/3 V3 (010) B A,C 4 T2,T3,T5-2/3 1/3 1/3 V4 (011) B,C A 5 T2,T4,T5-1/3-1/3 2/3 V5 (001) C A,B 6 T1,T4,T5 1/3-2/3 1/3 V6 (101) A,C B Διάστημα 1 Είσοδος κλάδος Α Έξοδος κλάδος Β και Γ Διάστημα 2 Είσοδος κλάδος Α και Β Έξοδος κλάδος Γ Διάστημα 3 Είσοδος κλάδος Β Έξοδος κλάδος Α και Γ Διάστημα 4 Είσοδος κλάδος Β και Γ Έξοδος κλάδος Α Διάστημα 5 Είσοδος κλάδος Γ Έξοδος κλάδος Α και Β Διάστημα 6 Είσοδος κλάδος Α και Γ Έξοδος κλάδος Β Εικόνα 3c διάγραμμα διανυσμάτων των τάσεων 21

23 Αυτή η διάταξη επιτυγχάνει την ομαλή περιστροφή του κινητήρα. Για να επιτευχθεί ο σωστός χρονισμός πρέπει να ξέρουμε σε ποια θέση βρίσκεται ο ρότορας σε κάθε χρονική στιγμή στη διάρκεια της κίνησης. Παρακάτω αναλύονται 2 τρόποι με τους οποίους μπορούμε να διαπιστώσουμε το σημείο που βρίσκεται ο ρότορας. 1 ος Σύνδεση αισθητήρων μαγνητικού πεδίου (hall sensors) Οι αισθητήρες μαγνητικού πεδίου ουσιαστικά κλείνουν κύκλωμα όταν βρίσκονται υπό την επήρεια μαγνητικού πεδίου. Αυτή την ιδιότητα μπορούμε να την εκμεταλλευθούμε με τον παρακάτω τρόπο: Α) Όταν ο μαγνήτης 1 προσεγγίζει τον αισθητήρα ( H A L L IC), αυτός κλείνει κύκλωμα. Έτσι πολώνεται το τρανζίστορ επιτρέποντας ένα μεγαλύτερο ρεύμα να περάσει από τον συλλέκτη του τρανζίστορ μέσω του αγωγού του ηλεκτρομαγνήτη. Έτσι ο Ηλεκτρομαγνήτης απωθεί τον μαγνήτη 3. Εικόνα 4c πρώτη φάση του παραδείγματος Β) Όταν ο ρότορας περιστραφεί, ο μαγνήτης 1 σταματά την επίδρασή του στον αισθητήρα. Έτσι το τρανζίστορ σταματά να πολώνεται και το ρεύμα σταματά να περνά από τον ηλεκτρομαγνήτη. Ως αποτέλεσμα, ο ηλεκτρομαγνήτης σταματά να απωθεί τον μαγνήτη 3 και περιμένει τον 4. Εικόνα 5c δεύτερη φάση του παραδείγματος 22

24 Γ) Όταν ο μαγνήτης 2 περάσει μπροστά από τον αισθητήρα, επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία. Εικόνα 6c τρίτη φάση του παραδείγματος Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να ξέρουμε ανά πάσα στιγμή με πόσες στροφές ανά λεπτό κινείται ο κινητήρας. 2 ος Χρήση της επιστροφής τάσης (Back EMF) Ο κινητήρας λειτουργεί με τον παρακάτω τρόπο. Δέχεται ενέργεια σε μορφή τάσης και έντασης και την μετατρέπει σε μηχανική ενέργεια σε περιστροφική μορφή. Η γεννήτρια κάνει την αντίστροφη λειτουργία. Δέχεται μηχανική περιστροφική ενέργεια και την μετατρέπει σε τάση και ένταση. Οι περισσότεροι κινητήρες μπορούνε να λειτουργήσουν και σαν γεννήτριες. Το ίδιο και οι Brushless. Θέτουμε τον κινητήρα σε λειτουργία τοποθετώντας τάση στους ακροδέκτες του, χωρίς φορτίο. Αφού δούμε ότι έχει πιάσει την τελική ταχύτητα, τότε σταματάμε την τροφοδοσία του και διαβάζουμε με δειγματοληψία την τάση που επιστρέφει ο κινητήρας ως γεννήτρια. Εάν κάνουμε το ίδιο πείραμα με φορτίο πάνω στον κινητήρα θα διαπιστώσουμε ότι η τάση που επιστρέφει ο κινητήρας είναι χαμηλότερη από εκείνη χωρίς φορτίο. Έτσι μπορούμε να επέμβουμε στην τροφοδοσία του κινητήρα αυξάνοντας το PWM έως ότου πιάσει τον επιθυμητό αριθμό στροφών. Η υλοποίηση όμως όλου αυτού του κυκλώματος προϋποθέτει χώρο και χρόνο για την κατασκευή του. Χρειαζόμασταν 4 επεξεργαστές και 24 MOSFETs υψηλών απαιτήσεων ρεύματος για τους 4 κινητήρες. Το κύκλωμα έπρεπε να μην ξεπερνά κάποιους πόντους σε μήκος και πλάτος, αλλά στην πραγματικότητα χρειαζόταν μεγάλο μέγεθος. Το επόμενο πρόβλημα ήταν το κόστος αγοράς των επεξεργαστών και των MOSFET που κοστολογήθηκε ασύμφορο. Γι αυτό το λόγο καταφύγαμε στην έτοιμη λύση των ESC (electronic speed controllers) που η λειτουργία τους αναλύεται παρακάτω. 23

25 ELECTRONIC SPEED CONTROLLER Το ESC είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με σκοπό να μεταβάλλει την ταχύτητα ενός ηλεκτρικού κινητήρα, την κατεύθυνσή του και επίσης πιθανόν να δρα και σαν φρένο του κινητήρα σε κάποιες εφαρμογές. Μπορεί να σταθεί μόνο του σαν κύκλωμα και έχει σαν εισόδους το σήμα από τον εκπομπό της τηλεκατεύθυνσης ή το σήμα PWM από κάποιον επεξεργαστή στην περίπτωση αυτής της εργασίας. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Ένα ESC περιέχει μια γέφυρα από MOSFET ή τρανζίστορ ανάλογα των απαιτήσεων και έναν μικροελεγκτή ο οποίος είναι προγραμματισμένος να οδηγεί κατάλληλα την γέφυρα ώστε να κινείται ο κινητήρας. Χρησιμοποιεί τον έλεγχο της επιστρεφόμενης ηλεκτρεγερτική ενέργειας από τον κινητήρα για να αισθάνεται την θέση του. Γενικά δέχεται ένα σήμα PWM των 50 Hz του οποίου οι παλμοί ποικίλουν από 1ms μέχρι 2ms. Όταν δεχθεί έναν παλμό του 1,5ms τότε στην έξοδό του παράγει σήμα με 50% duty cycle. Επομένως ο κινητήρας οδηγείται στην μισή ταχύτητα της τελικής του. Όταν δεχθεί σήμα των 2ms τότε οδηγείται σε 100% duty cycle άρα σε μέγιστη ταχύτητα περιστροφής για τον κινητήρα. Επίσης μέρος του προγραμματισμού αυτών των ελεγκτών είναι και να ελέγχουν την τάση της μπαταρίας ώστε να μην αποφορτιστεί τελείως με αποτέλεσμα την καταστροφή της, να μην υπερθερμανθούν οι κινητήρες, να φρενάρουν, να αντιστρέψουν την φορά κίνησης, να επιταχύνουν τους κινητήρες και πολλά άλλα. Η επιλογή των ESC έχει να κάνει καθαρά και μόνο με τις απαιτήσεις σε ρεύμα του κινητήρα που θα οδηγεί. Επομένως το χαρακτηριστικό των ESC είναι τα Ampere που μπορούν διαχειριστούν. Επίσης ανάλογα επιλέγεται και η μπαταρία που θα τροφοδοτεί κάθε ελεγκτή και κατά επέκταση και κάθε κινητήρα. 24

26 Επιλογή ESC Εικόνα 7c το ESC που επιλέχθηκε Ιδιότητες: Μέγιστο ρεύμα (Constant Current): Ρεύμα κορυφής (Burst Current): Μπαταρία (Battery): BEC: Τύπος κινητήρα (Motor Type): Μέγεθος (Size): Βάρος (Weight): Εύρος ρύθμισης (Throttle range): 18 A 22A 2-4 S Li-po 5V / 2A Linear Brushless 24x45x11mm 19g 640us 25

27 14

28

29 Κεφάλαιο 4 Πλατφόρμα ελέγχου πτήσης 26

30 Κεφάλαιο 4 Πλατφόρμα ελέγχου πτήσης Η πλατφόρμα ελέγχου πτήσης βασίζεται στον μικροελεγκτή Arduino atmega 328p. Ο προγραμματισμός της πλατφόρμας ελέγχου πτήσης γίνεται στην γλώσσα Arduino Alpha, μια γλώσσα που βασίζεται πολύ στην C++, έχοντας βέβαια τα δικά της χαρακτηριστικά και ιδιαιτερότητες. Στον Arduino μικροελεγκτή της πλατφόρμας ελέγχου πτήσης υπάρχουν οι φυσικές θύρες των αναλογικών και ψηφιακών pins καθώς και οι λειτουργίες που αυτές υποστηρίζουν. Σε αντίθεση με μια ψηφιακή τιμή, οι αναλογικές τιμές μεταβάλλονται συνέχεια. Έτσι πολλά αισθητήρια έχουν σαν έξοδο μια μεταβαλλόμενη τάση, ανάλογη με την μέτρηση που πραγματοποίησαν. O κώδικας του Arduino χρησιμοποιεί μια ειδική συνάρτηση, την analogread για να λάβει μια τιμή ανάλογη με την τάση που διαβάζει η αναλογική θύρα του. Στα 0 volt η τιμή θα είναι 0 ενώ στα 5 volt η τιμή θα είναι Οι τιμές ενδιάμεσα θα είναι ανάλογες της τάσης, για παράδειγμα τα 2,5 volts θα έχουν τιμή 511. Υπάρχουν ακόμα και οι εντολές digitalread και digitalwrite για τις διαδικασίες του διαβάσματος και της εγγραφής αντίστοιχα. Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε το προγραμματιστικό περιβάλλον του Arduino και το πώς φαίνεται ο κώδικας γραμμένος. εικόνα 1d προγραμματίζοντας με τον Arduino στο περιβάλλον του. 27

31 Σαν παράδειγμα της χρήσης της γλώσσας Arduino Alpha, ας δούμε τον παρακάτω κώδικα και την επεξήγηση των εντολών του. void setup() { Serial.begin(9600); δίνουμε εντολή να βλέπουμε τα δεδομένα } της σειριακή οθόνη του προγράμματος void loop() { int sensorvalue = analogread(a0); διάβασε από το αναλογικό pin A0 Serial.println(sensorValue, DEC); εκτύπωσε στην σειριακή οθόνη } Με αυτό το πρόγραμμα λαμβάνουμε την αναλογική τάση ενός αισθητηρίου και την βλέπουμε σε πραγματικό χρόνο στην οθόνη μας. Παρατηρούμε την μεγάλη ομοιότητα με την C++ αλλά και το πόσο πιο απλή είναι η σύνταξη του προγράμματος στην γλώσσα αυτή. Ένα άλλο παράδειγμα είναι το εξής: λογικό 1 σε ένα Led για 1 δευτερόλεπτο μετά λογικό μηδέν για άλλο 1 και ούτω καθ εξής void setup() { pinmode(13, OUTPUT); θέτουμε το pin 13 σαν έξοδο μας } void loop() { digitalwrite(13, HIGH); δώσε στην έξοδο λογικό 1 delay(1000); περίμενε για 1 δευτερόλεπτο (1000 msec) digitalwrite(13, LOW); δώσε στην έξοδο λογικό 0 delay(1000); περίμενε για 1 δευτερόλεπτο } Ένα τελευταίο παράδειγμα της γλώσσας του Arduino, έστω ότι διαβάζουμε την τάση εξόδου ενός αισθητηρίου και το LED αναβοσβήνει ανάλογα με την τιμή της τάσης. Int value=0; Void setup() { pinmode(13, OUTPUT); η έξοδος μας θα είναι στο pin 13 } Void loop() { Value= analogread(a0); digitalwrite(13,high); το LED ανάβει delay(value); digitalwrite(13,low); το LED σβήνει delay(value); } διάβασμα της τάσης από το αισθητήριο καθυστέρηση ανάλογη με την τιμή της τάσης καθυστέρηση ανάλογη με την τιμή της τάσης 28

32 Φυσικά τα παραδείγματα είναι άπειρα, και αυτό είναι μόνο ένα μικρό δείγμα των δυνατοτήτων του Arduino. Ο Arduino διαθέτει 3 είδη μνήμης. Την flash (γνωστή και ως program memory), την RAM και την EEPROM. Στην μνήμη flash αποθηκεύεται ο εκτελέσιμος κώδικας ο οποίος φορτώνεται στον Arduino μέσω του λογισμικού του. Λόγω του ότι η μνήμη flash είναι πολύ μεγαλύτερη από την μνήμη RAM είναι προτιμότερο όταν προγραμματίζουμε να αποθηκεύουμε στην flash τις μεταβλητές που δεν αλλάζουν κατά τη διάρκεια του προγράμματος (πχ σταθερές). Γενικά μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όλες τις τεχνικές προγραμματισμού που είναι γνωστές από την C++ για να κάνουμε το πρόγραμμα μας καλύτερο. Η απλότητα της γλώσσας, ο αριθμός των αναλογικών και ψηφιακών εισόδωνεξόδων αλλά και ο αριθμός των περιφερειακών που υποστηρίζουν τον μικροελεγκτή μας έκαναν να τον προτιμήσουμε από πολλούς άλλους υποψήφιους μικροελεγκτές και πραγματικά το αποτέλεσμα μας δικαίωσε. To λογισμικό του Arduino διανέμεται δωρεάν από τους δημιουργούς του και μπορεί να το κατεβάσει και να το εγκαταστήσει ο καθένας. Ο σύνδεσμος που βρίσκεται είναι ο O Arduino έχει μια μεγάλη ενεργή κοινότητα χρηστών στο διαδίκτυο και ολοένα και περισσότεροι μηχανικοί, προγραμματιστές αλλά και χομπίστες τον χρησιμοποιούν σαν το βασικό εργαλείο για την εργασία τους. Ο εγκέφαλος του συστήματος μας είναι πλατφόρμα ελέγχου πτήσης που χρησιμοποιεί τον μικροελεγκτής Arduino ATMEGA 328p. Όλες οι εντολές εκτέλεσης μεταφέρονται με τηλεχειρισμό. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί κυριολεκτικά οποιοσδήποτε μικροελεγκτής για τον έλεγχο της πλατφόρμας, ακόμα και ένα σύστημα master-slave μικροελεγκτών όπου ένας master μικροελεγκτής θα κατευθύνει διάφορους άλλους μικροελεγκτές για διάφορες λειτουργίες. Αυτό που θέλαμε να επιτύχουμε εμείς ήταν το μέγιστο δυνατό όφελος προς το ελάχιστο δυνατό κόστος. Θέλαμε έναν ελεγκτή με μικρό μέγεθος, χαμηλή τάση λειτουργίας με μεγάλες δυνατότητες προγραμματισμού και επικοινωνίας με περιφερειακά. Επιλέξαμε τον MINI MWC Flight Control Board with DSM2 Receiver ACC/ GYRO/BARO/MAG, μια πλατφόρμα που βασίζεται στον μικροελεγκτή Arduino atmega 328p. Η πλατφόρμα ελέγχου πτήσης Mini MWC είναι ορόσημο στην πρόοδο και την εφευρετικότητα του MWC πλατφόρμας. Συνδυάζοντας τη δύναμη του μικροελεγκτή ATMEGA328p με ένα επιταχυνσιόμετρο, γυροσκόπιο, βαρόμετρο και ψηφιακή πυξίδα με DSM2 δέκτη επί του σκάφους 7 καναλιών. Η πλατφόρμα προσφέρει λειτουργίες όπως αυτόματη σταθεροποίηση, αναμονή σε υψόμετρο, απλό τρόπο λειτουργίας. Με λίγα λόγια περιέχει ο,τι χρειάζεται πλατφόρμα ελέγχου πτήσης, σε πολύ προσιτή τιμή. 29

33 εικόνα 2d MINI MWC Flight Control Board τα χαρακτηριστικά της πλατφόρμα ελέγχου πτήσης βρίσκονται παρακάτω: Υπάρχουν 9 θύρες εξόδου : D3, D5, D6, D9, D10, D11, A0, A1, A2 Συμβατό 7CH DSM2 Receiver ( PPM SUM ) έλεγχος τάσης Προστασία FTD ATMEGA328P μικροελεγκτή MPU6050 επιταχυνσιόμετρο και Gyro BMP085 Digital βαρομετρική αισθητήρα HMC5883L Ψηφιακό μαγνητομετρο / Compass C8051F330 MCU CYRF69103 Radio Διπλή IIC Ports UART Θύρα GPS Θύρα οθόνη OLED Οι ακόλουθες λειτουργίες μπορούν να πραγματοποιηθούν μέσω του πίνακα ελέγχου πτήσης MINI MWC : - Αυτόματη σταθεροποίηση - Σταθεροποιήση σε υψόμετρο - Σταθερή πορεία Χαρακτηριστικά : Μέγεθος : 47.7X23.5X11mm Βάρος: 7,8 g Τάση εργασίας : 5-8.4V εικόνα 3d Διάγραμμα πλατφόρμας ελέγχου πτήσης 30

34 Για να το προγραμματίσουμε και να αλλάξουμε τις παραμέτρους του MINI MWC flight control board θα πρέπει να έχουμε εγκαταστήσει και να τρέξουμε το Arduino.exe στον υπολογιστή μας. Συνδέουμε το usb προγραμματιστή (FTDI programming stick tool) στον Η/Υ με το MINI MWC flight control board για να γίνει η διασύνδεση των δυο. Πατάμε το probe του προγραμματιστή πάνω στην καθορισμένη θέση πάνω στην πλακέτα του MINI MWC flight control board και μετά πατάμε το και κατεβάζουμε το πρόγραμμα κρατώντας ταυτόχρονα το probe πατημένο μέχρι να τελειώσει το κατέβασμα του προγράμματος. εικόνα 4d FTDI programming stick tool Το σχέδιο του προγράμματος μας το δίνει ο κατασκευαστής της πλατφόρμας " MINI MWC" και πριν το χρησιμοποιήσουμε πρέπει να κάνουμε κάποιες αλλαγές στο παράθυρο config.h που να καλύπτουν τις δίκες ανάγκες στο δικό μας project. εικόνα 5d Διασυνδεση Η/Υ με το MINI MWC flight control board 31

35 Διασύνδεση και συγχρονισμός του πομπού με τον δέκτη (Binding your DSM2 Compatible Radio TX to the On-Board Radio RX) Ο δέκτης της πλατφόρμας ειναι συμβατός με την τεχνολογία DSM2 και έπρεπε και ο πομπός εκπομπής εντολών να είναι συμβατός. Ο πομπος που επιλεξαμε ειναι ο OrangeRx T-SIX τεχνολογία εκπομπης DSM2 με τα εξης χαρακτηριστικα : εικόνα 6d Ο πομπος OrangeRx T-SIX Για να γίνει η διασύνδεση και συγχρονισμός του Receiver (MINI MWC) με τον transmitter (OrangeRx T-SIX) ακολουθούμε τις οδηγίες του κατασκευαστή που είναι στα αγγλικά οι εξής : 32

36 1. Plug your new interface cable to the board (or power the board via the output headers - D3 to D11) while pushing the bind button (the one on the top circuit board where the antenna is soldered). The red LED will blink rapidly and you are now in binding mode. 2. Turn on your DSM2 compatible transmitter while pressing on its bind button (if you have a ORX orange DSM2 module). 3. The LED on the Mini MWC will stop blinking then will stay on. It is now bound to your TX. Παραμετροποίηση των brushless ESC (Calibrating ESCs in Arduino) Ένα άλλο βασικό στοιχείο ρύθμισης που πρέπει να κάνουμε στο MINI MWC είναι παραμετροποίηση-ρύθμιση των brushless ESC.Οι οδηγίες του κατασκευαστή είναι στα αγγλικά οι εξής: 1. Uncomment #define ESC_CALIB_CANNOT_FLY (situated towards the end of CONFIG.h file). 2. Compile and upload the sketch. (Don t forget to probe) 3. When the sketch has been uploaded wait about 30 seconds and then unplug the Mini MWC. 4. Turn your transmitter on. Go full throttle. 5. Power on the Mini MWC. Wait for the 2 beeps. Set throttle to minimum. 6. You should hear 2 beeps and, depending of the ESCs, the initializing sequence. 7. Power off the board. 8. Return to Arduino, comment (i.e. //) #define ESC_CALIB_CANNOT_FLY. 9. Recompile and upload the sketch. (Don t forget to PROBE!) 33

37 Κεφάλαιο 5 ΜΠΑΤΑΡΙΑ 34

38 Κεφάλαιο 5 Μπαταρία Οι μπαταρίες Ιόντων πολυμερών Λιθίου (Li-Po) είναι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Αποτελούνται από πολλά κελιά παράλληλα μεταξύ τους ώστε να αυξηθεί η ικανότητα αποφόρτισης της μπαταρίας. Οι μπαταρίες αυτές είναι η εξέλιξη των μπαταριών Ιόντων Λιθίου. Η βασική διαφορά είναι ότι ο ηλεκτρολύτης, το άλας λιθίου, δεν βρίσκεται σε οργανική μορφή, αλλά σε ένα στερεό πολυμερές σύνθετο όπως το οξείδιο του πολυαιθυλενίου ή το πολυακρυλονιτρίλιο (Polyacrylontrile). Όντας η εξέλιξη κάποιου προηγούμενου προϊόντος, χαρακτηρίζεται από αρκετά προτερήματα όπως: χαμηλότερο κόστος κατασκευής, ικανότητα συσκευασίας σε πολλές μορφές και αξιοπιστία και αντοχή. Οι μπαταρίες Ιόντων πολυμερών Λιθίου άρχισαν να εμφανίζονται σε ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης γύρω στο Επίσης έχουν μεγάλη ικανότητα αποφόρτισης σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα της τάξης των 30 ή ακόμα και 50 φορές της χωρητικότητας των κελιών της μπαταρίας. Ο ρυθμός αποφόρτισης είναι σε amperes και η χωρητικότητα σε ampere-hours. Εικόνα 1e μια μπαταρία Ιόντων πολυμερών Λιθίου Η τάση κάθε Li-Po κελιού κυμαίνεται περίπου από 2,7 Volts (αποφορτισμένο) μέχρι 4,23 Volts (πλήρως φορτισμένο), και κάθε κελί πρέπει να προστατεύεται από τυχόν υπερφόρτιση με την εφαρμογή τάσης όχι μεγαλύτερης από 4,235 Volts ανά κελί σε συνδεσμολογία σειράς. Όπως αναφέρθηκε ένα ακαταμάχητο πλεονέκτημα αυτών των μπαταριών είναι ότι οι κατασκευαστές μπορούν να τους δώσουν όποιο σχήμα επιθυμούν, κάτι το πολύ σημαντικό σε κατασκευές που επιθυμούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ελάχιστο δυνατό διαθέσιμο χώρο. 35

39 Αυτές οι μπαταρίες θα τροφοδοτήσουν τα ηλεκτροκίνητα οχήματα του μέλλοντος. Το κόστος παραγωγής ενός τέτοιου ηλεκτροκίνητου οχήματος προς το παρόν είναι απαγορευτικό, αλλά με την αύξηση της παραγωγής η τιμή των μπαταριών αυτού του τύπου θα ελαττωθεί σημαντικά. Ήδη εταιρίες όπως η Hyundai και η Audi τις χρησιμοποιούν σε κάποια από τα μοντέλα αυτοκινήτων τους. Υπάρχουν βέβαια και κάποιοι κίνδυνοι και περιορισμοί στη χρήση τους. Όλα τα Li-Po κελιά διαστέλλονται στα υψηλά επίπεδα φόρτισης και για να επιτευχθεί η μέγιστη ονομαστική απόδοση οι μπαταρίες περιβάλλονται από ένα σκληρό εξωτερικό περίβλημα για να διατηρούν το σχήμα τους. Η υπερφόρτιση της μπαταρίας μπορεί να οδηγήσει στην έκρηξη της, χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή κατά την φόρτιση λοιπόν. Οι μπαταρίες αυτού του τύπου τυπικά χρειάζονται παραπάνω από μία ώρα για να φορτίσουν εντελώς. Χρειάζονται ειδικοί φορτιστές για την αποφυγή πυρκαγιάς και έκρηξης. Αν η μπαταρία βραχυκυκλωθεί μπορεί επίσης να προκληθεί έκρηξη. Σχετικά με τις απλές μπαταρίες το όριο ζωής των Li-Po μπαταριών είναι μικρότερο. Με βάση λοιπόν όλα όσα έχουμε αναφέρει μέχρι στιγμής, το βασικό κύκλωμα που θα κάνει τον κινητήρα μας να λειτουργήσει φαίνεται παρακάτω. Η μπαταρία μας τροφοδοτεί το κάθε ESC ξεχωριστά και αυτά την πλατφόρμα ελέγχου πτήσης, το ESC με τη σειρά του θα οδηγήσει τον κινητήρα όταν αυτός δεχτεί το σήμα από την πλατφόρμα ελέγχου πτήσης. Με παχιά κόκκινη γραμμή είναι τα +11 Volt Mε παχιά μαύρη γραμμή τα 0 Volt Με λεπτή κόκκινη γραμμή τα +5 Με λεπτή μαύρη γραμμή η γείωση Με λεπτή πορτοκαλί γραμμή η εντολή από τον μικροελεγκτη Εικόνα 2e συνδεσμολογία μπαταρίας μικρο-ελεγκτή (Flight Control Board) ESC - κινητήρα. 36

40 Επιλογή μπαταρίας: Η μπαταρία που επιλέξαμε και τα χαρακτηριστικά της φαίνονται παρακάτω Εικόνα 3e η μπαταρία που επιλέχθηκε Χωρητικότητα: 2200 mah Configuration: Voltage: 3S1P / 3 Cell / 11.1V Discharge: 25C Constant / 50C Burst 5C (μέσα σε 10 sec μπορεί να αποδώσει 11000mA) Peak Discharge (10sec): Pack Weight: 187 g Pack Size: 106 x 35 x 24 mm 37

41 Κεφάλαιο 6 ΕΛΙΚΕΣ 38

42 Κεφάλαιο 6 Έλικες Βασικές Αρχές Σχεδίασης και Απόδοσης Ελίκων Η ιστορία της εξέλιξης των ελίκων (propellers) είναι σχεδόν τόσο παλιά όσο και η ίδια η αεροπορία. Ο σκοπός της έλικας είναι να μετατρέπει τη ροπή (η οποία δίνεται από τον κινητήρα) σε μία ευθεία έλξη, ή ώθηση, που ονομάζεται ώση. Ο Glauert δίνει ένα γενικό ορισμό της έλικας ως "ένας κοχλίας-αέρος (airscrew) που χρησιμοποιείται για πρόωση, όπως σε ένα αεροσκάφος, και έχει σχεδιαστεί για να δώσει τη μέγιστη δύναμη ώσης για μία δεδομένη ροπή δύναμης. Η λειτουργία της έλικας βασίζεται στις αρχές της φυσικής της λειτουργίας της πτέρυγας. Κάθε τμήμα ενός πτερυγίου της έλικας έχει μια εγκάρσια τομή παρόμοια με εκείνη μιας αεροτομής. Αυτή η διαμόρφωση, εξαιτίας της ροής γύρω από αυτήν, παράγει άνωση η οποία προωθεί το αεροσκάφος προς τη κατεύθυνση της κίνησης. Οι αδελφοί Wright ήταν οι πρώτοι που εισήγαγαν την έννοια της στριμμένης (twisted) αεροτομής, η οποία μορφή είναι πλέον στις έλικες των σύγχρονων αεροσκαφών. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι πέτυχαν να σχεδιάσουν έλικα με αποδοτικότητα 66%. Όπως είπε ο Orville Wright: Δεν υπήρχαν δεδομένα για τις έλικες αεροσκαφών, αλλά είχε γίνει κατανοητό ότι δεν ήταν καθόλου δύσκολο να εξασφαλίσουμε αποδοτικότητα 50% βασιζόμενοι στις προπέλες θαλάσσης. Η πλήρους-κλίμακας έλικες έχουν απολύτως διερευνηθεί και το επίπεδο κατανόησης της λειτουργίας τους κρίνεται ως ικανοποιητικό. Επιπλέον, όσο η υπολογιστική ισχύς αυξάνεται, το επίπεδο της πολυπλοκότητας των μοντέλων απόδοσης αυξάνεται επίσης. Ωστόσο, όλα αυτά τα μοντέλα είναι σχεδιασμένα για προβλέπουν με επιτυχία τις επιδώσεις κλασικών ελίκων της γενικής αεροπορίας. Κατά τα τελευταία χρόνια, η ανάπτυξη των UAVs (unmanned aerial vehicles) και το ενδιαφέρον για τα MAVs (micro air vehicle) έχει αυξηθεί εξαιρετικά. Η κατηγορία αυτή θα μπορούσε επίσης να περιλαμβάνει τα RC αεροπλάνα (τηλεκατευθυνόμενα) και την περίπτωση μας με το quad copter. Σε όλες αυτές τις εφαρμογές χρησιμοποιούνται μικρής-κλίμακας έλικες. Η διαφορά εμφανίζεται στον αριθμό Reynolds της εγκάρσιας τομής του πτερυγίου της έλικας, ο οποίος είναι σημαντικά χαμηλότερος. Ο αριθμός Reynolds, όπως θα συζητηθεί αργότερα, έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση της έλικας. Παρόλο που αξιόπιστες και ακριβείς δοκιμές έχουν γίνει σε πλήρους-κλίμακας έλικες, το αντίστοιχο εύρος στις μικρής-κλίμακας έλικες είναι πολύ περιορισμένο. Βασικές παράμετροι σχεδίασης Παραδοσιακά, κάθε προπέλα χαρακτηρίζεται από τη χρήση των δύο βασικών γεωμετρικών παραμέτρων: τη διάμετρο (diameter) και το βήμα (pitch) της έλικας. Συνήθως αυτό εκφράζεται με τη μορφή "διάμετρος x βήμα" και τα δύο μετρημένα σε ίντσες. Για παράδειγμα, μια έλικα που χαρακτηρίζεται ως "15x8", έχει διάμετρο 15 ίντσες και βήμα 8 ίντσες. 39

43 Η διάμετρος αντιστοιχεί στη διάμετρο του κύκλου στον οποίο η έλικα περιστρέφεται, ενώ το βήμα είναι ένα μέτρο του πόσο πολύ η έλικα θα κινηθεί προς τα εμπρός σε μία περιστροφή. Η επιφάνειες των δινών ακροπτερυγίου που δημιουργούνται από τον ελικοειδή απόρου της έλικας, καθώς αυτή κινείται μέσω του αέρα, απεικονίζονται στην εικ 1f. Η αξονική απόσταση μεταξύ καθενός αυτών των επιφανειών αντιπροσωπεύει το βήμα. Εικόνα 1f : Ο ελικοειδής απόρους της έλικας. Εάν θεωρηθεί ένα στοιχείο πτερύγωσης όπως αυτό στην εικονα 2f, η γωνία βήματος β υποδηλώνει τη γωνία μεταξύ της χορδής της αεροτομής και από το επίπεδο περιστροφής της έλικας. Αν υποτεθεί ότι η έλικα λειτουργεί χωρίς καθόλου γλίστρημα (slip), τότε το βήμα περιγράφεται μαθηματικά από την ακόλουθη σχέση: p = 2p r tan(β) Εικόνα 2f : Στοιχείο πτερύγωσης έλικας και τοπική κατεύθυνση της ροής. Στην εικονα 2f δείχνει πώς το στρίψιμο, η χορδή και το πάχος της πτέρυγας μεταβάλλονται από τη πλήμνη έως το ακροπτερύγιο. Η ταχύτητα Vres παριστά την προκύπτουσα ταχύτητα του τμήματος πτερυγίου η οποία αποτελείται από την ταχύτητα της ελεύθερης ροής V και τη περιφερειακή ταχύτητα Ωr λόγω της περιστροφής του επιπέδου της έλικας. Η γωνιακή ταχύτητα της έλικας είναι ίση με Ω=2πn. 40

44 Σε αυτό το σημείο πρέπει να αναφερθεί ότι οι επαγόμενες ταχύτητες (induced velocities) αγνοούνται προς το παρόν και θα συζητηθούν αργότερα. Η γωνία μεταξύ της Vres και του επιπέδου περιστροφής της έλικας ονομάζεται σχετική γωνία εισροής ή επαγόμενη γωνία πρόπτωσης και ισχύει: Η ταχύτητα του πτερυγίου κατά μήκος της ακτίνας δεν είναι σταθερή αφού ισχύει u=ω x r. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι το στοιχείο πτερύγωσης το οποίο είναι πιο κοντά στην κορυφή κινείται ταχύτερα σε σύγκριση με αυτό της πλήμνη. Ως εκ τούτου, η σχετική γωνία εισροής γίνεται όλο και μικρότερη καθώς το στοιχείο πτερύγωσης κινείται από την πλήμνη στην κορυφή. Εικόνα 3: Διακύμανση των γωνιών και των ταχυτήτων κατά μήκος ενός πτερυγίου έλικας. Η γωνία προσβολής α καθορίζει το λόγο άνωσης-αντίστασης (lift-to-drag ratio) για κάθε στοιχείο πτερύγωσης και ο οποίος είναι επιθυμητό να έχει τη μέγιστη τιμή του σε μία ή περισσότερες συνθήκες πτήσης. Η γωνία αυτή καθορίζεται από τη χορδή και τη Vres και ισχύει: tanφ = V Ωr = V2π nr Για να έχουμε βέλτιστη απόδοση της έλικας, η γωνία αυτή θα πρέπει να είναι ίδια για κάθε στοιχείο πτερύγωσης. Έτσι, η γωνίας βήματος του πτερυγίου θα πρέπει να μειώνεται με αύξηση της ακτίνας ώστε να ταιριάζει με τη μεταβολή της γωνίας σχετικής εισροής. Αυτό εξηγεί γιατί τα πτερύγια της έλικας έχουν πάντα ορισμένη μία γωνία συστροφής. Συνήθως, το βήμα της έλικας ορίζεται από την τιμή της γωνίας β στο 75% της ακτινικής απόστασης: β = Η παρατήρηση αυτή οδηγεί στο διαχωρισμός δύο διαφορετικών τύπων ελίκων: έλικες μεταβαλλόμενου βήματος κατά την πτήση έλικες σταθερού βήματος Στους έλικες σταθερού βήματος η γωνία βήματος κυμαίνεται κατά μήκος της ακτίνας με έναν συγκεκριμένο τρόπο, έτσι ώστε το βήμα της έλικας να παραμένει σταθερό σε όλη την ακτίνα. 41

45 Στις έλικες σταθερού βήματος, η γωνία βήματος των πτερυγίων είναι προκαθορισμένη και δεν μπορεί να ρυθμιστεί. Αντίθετα, οι έλικες μεταβλητού βήματος έχουν τη δυνατότητα να προσαρμόσουν τη γωνία βήματος τους ανάλογα με τις συνθήκες πτήσης. Αυτό είναι εφικτό μόνον με ειδικούς μηχανισμούς που έχουν τη δυνατότητα να περιστρέφουν τα πτερύγια γύρω από τον άξονά τους. Τέλος, με βάση τη θέση που εγκαθίστανται, οι έλικες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν έλικες έλξης (tractor) και ώθησης (pusher). Οι τελευταίες λέγονται επίσης και έλικες ανάποδου βήματος. Οι έλικες έλξης εγκαθίστανται μπροστά από το σημείο σύνδεσης του, ενώ στις ώθησης πίσω. Οι έλικες ώθησης έχουν το πλεονέκτημα της εισρόφησης του οριακού στρώματος (boundary layer ingestion), η οποία οδηγεί σε αναβάθμιση των επιδόσεων, ελαττώνοντας την οπισθέλκουσα που δημιουργείται από την εισαγωγή και αυξάνοντας τη συνολική απόδοση του προωστικού συστήματος. Βασικές παράμετροι απόδοσης Έλικες οι οποίες έχουν την ίδια διαμόρφωση-σχήμα αλλά διαφορετική κλίμακα, συμπεριφέρονται κατά παρόμοιο τρόπο. Για να μπορέσουν να συγκριθούν ευκολότερα μεταξύ τους έλικες διαφορετικού μεγέθους, οι μηχανικοί προσπαθούν να απαλλαγούμε από τις μονάδες. Ως εκ τούτου, είναι σύνηθες να εκφράζονται τα χαρακτηριστικά απόδοσης με αδιάστατες παραμέτρους. Σε αυτό το σημείο θεωρείται μια έλικα διαμέτρου D, με Β αριθμό πτερυγίων και συχνότητα περιστροφής n. Η ελεύθερη εισερχόμενη ροή, η οποία είναι αξονική, έχει ταχύτητα V. Η έλικα απαιτεί μια ροπή Q και παράγει μια ώση Τ. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες αδιάστατες παράμετροι για την απόδοση της έλικας ορίζονται ως εξής: Advance Ratio: (1) Συντελεστής Ώσης (Thrust Coefficient): (2) Συντελεστής Ροπής (Torque Coefficient): (3) Συντελεστής Iσχύος (Power Coefficient): (4) Αποδοτικότητα Πρόωσης (Propulsive Efficiency): (5) Μία ακόμα χρήσιμη εξίσωση για τον συντελεστή ισχύος μπορεί να ανακτηθεί αν ο CQ είναι γνωστός. Από τις σχέσεις (3) και (4), θεωρώντας ότι P=2πnQ, μπορεί εύκολα να αποδειχθεί ότι: Μία άλλη επίσης πολύ σημαντική παράμετρος που επηρεάζει ιδιαιτέρως την απόδοση της έλικας είναι η ταχύτητα ακροπτερυγίου Vtip. Όπως παρουσιάζεται αργότερα, η αποδοτικότητα της έλικας αυξάνεται με την αύξηση της διαμέτρου της. Επίσης, μπορεί να υποτεθεί ότι η έλικα περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα όση και η άτρακτος του κινητήρα, εάν φυσικά δεν υπάρχει ένα κιβώτιο ενδιάμεσα. (6) 42

46 Η μέγιστη ισχύς στις περισσότερες μηχανές επιτυγχάνεται σε υψηλό αριθμό στροφών. Σαν αποτέλεσμα, υπάρχουν περιπτώσεις όπου η ταχύτητα στην άκρη των πτερυγίων προσεγγίζει ή ακόμη και υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου (340 m/s σε συνθήκες ISA, έδαφος). Αυτό προκαλεί ανεπιθύμητες συνθήκες συμπιεστότητας, οι οποίες είναι υπεύθυνες για την αύξηση της ροπής και μείωση της ώσης. Ως αποτέλεσμα, η αποδοτικότητα της πρόωσης μειώνεται. Η ταχύτητα ακροπτερυγίου της έλικας σχετίζεται με τη ταχύτητα της ελεύθερης ροής του αέρα. Εάν οι επαγόμενες ταχύτητες αγνοηθούν, από το εικονα 3 μπορεί να αποδειχθεί ότι: Χρησιμοποιώντας τη σχέση 1, η παραπάνω έκφραση μπορεί να ξαναγραφεί ως: (7) Σύμφωνα με τον Torenbeek, για Mtip>0.92 παρατηρείται μία αισθητή μείωση στην απόδοση για έλικες με λεπτά πτερύγια (λόγος πάχους χορδής περίπου 6%). Επιπλέον, αν συμπεριληφθεί και ο παράγοντας του θορύβου, η Mtip θα πρέπει να διατηρείται οπωσδήποτε κάτω από Ma=0,85 αν θέλει να βρίσκεται μέσα στα επιτρεπτά όρια. Αυτή η παράμετρος είναι ο και λόγος ο οποίος για ταχύτητες πτήσης πάνω από Ma=0,70 η έλικα αποσύρεται και η αεριοπροώθηση παίρνει τη θέση της. Ωστόσο, η NASA στη δεκαετία του 1970, ξεκίνησε ένα νέο πρόγραμμα με όνομα Advanced Turboprop Project (ATP), με σκοπό να σχεδιάσει ένα καινοτόμο και χαμηλής κατανάλωσης προωθητικό σύστημα. Τα turboprops, γνωστά και ως profans, είναι σχεδιασμένα με μεγάλη πίσω κλίση πτερυγίου και συστροφή, καθώς και με λεπτές αεροτομές, με σκοπό να ελαχιστοποιήσουν τα φαινόμενα συμπιεστότητας. Η νέα έλικα είχε τη δυνατότητα να διατηρήσει υψηλή αποδοτικότητα σε ταχύτητες πτήσης μέχρι και Ma = 0,8. Vtip = V2 + (π nd)2 Χάρτες απόδοσης Οι κατασκευαστές προκειμένου να περιγράψουν την απόδοση της έλικας, χρησιμοποιούν ειδικά διαγράμματα απόδοσης βασισμένα σε υπολογισμούς και μετρήσεις. Αυτά τα διαγράμματα απεικονίζουν τις αδιάστατες παραμέτρους ηp, CT, CP σαν συνάρτηση του J και της γωνίας βήματος β0.75 ή του λόγου βήματος προς διάμετρο Y. Η τελευταία ορίζεται ως: Η αποδοτικότητα της πρόωσης είναι η πιο σημαντική παράμετρος μίας έλικας. Ακολουθώντας τη θεωρία στοιχείων πτερύγωσης, ο Torenbeek δείχνει ότι η αποδοτικότητα εξαρτάται μόνο από τη γωνία βήματος και το J. 43

47 Χαρακτηριστικά αεροτομών των πτερυγίων της έλικας Μία απότις πιο σημαντικές παραμέτρους στα πτερύγια των ελίκων είναι ο λόγος πάχους-χορδής (t/c) των τμημάτων της αεροτομής. Η παραπάνω παράμετρος ποικίλει κατά μήκος του πτερυγίου. Χαμηλά, στη πλήμνη της έλικας, ο λόγος πάχους είναι υψηλός (μέχρι 30%) εξαιτίας κατασκευαστικών λόγων, ενώ προς την άκρη του πτερυγίου χρησιμοποιούνται χαμηλές τιμές έτσι ώστε να ελαχιστοποιήσουν τα φαινόμενα συμπιεστότητας. Όπως υποδεικνύεται στην εικόνα 3, το πάχος του πτερυγίου επηρεάζει την απόδοση της έλικας. Οι καμπύλες των ηp και CP αντιπροσωπεύουν τέσσερις διαφορετικές έλικες. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι για μηδενικό ηp το J φτάνει σε μεγαλύτερα τιμές. Αυτό εξηγείται με το γεγονός ότι οι λεπτές αεροτομές φτάνουν το σημείο μηδενικής άνωσης σε μικρότερες γωνίες προσβολής, έτσι παράγουν μεγαλύτερη άνωση και αντίσταση για την ίδια γωνία προσβολής. Για το γεγονός αυτό στις λεπτές αεροτομές, για το ίδιο J οι συντελεστές CP και CT είναι μεγαλύτεροι ενώ το ηp ελαφρώς μικρότερο λόγων της αυξημένης αντίστασης. Επίδραση του χαμηλού αριθμού Reynolds στην αεροτομή και την απόδοση της έλικας Ο κρίσιμος αριθμός Reynolds της έλικας υπολογίζεται στην χορδή της εγκάρσια διατομής του πτερυγίου στα 3/4 τις ακτίνας του. Όσο ο αριθμός Reynolds μικραίνει, τόσο οι δυνάμεις λόγω ιξώδους της ροής γίνονται εντονότερες σε σχέση με τις δυνάμεις αδράνειας. Αυτή η αλλαγή επηρεάζει σημαντικά και το συντελεστή αντίστασης CD ο οποίος αυξάνεται επίσης. Με αυτό το τρόπο η ροή μεταβαίνει από στρωτή σε τυρβώδης. Κατά τη διάρκεια αυτής της μετάβασης μια φυσαλίδα σχηματίζεται κοντά στην ακμή προσβολής, εκεί όπου το οριακό στρώμα αποκολλάται. Η αποκόλληση συμβαίνει λόγω της ισχυρής αρνητικής κλίσης πίεσης κατάντη του σημείου ελάχιστης πίεσης. Σε κρίσιμους αριθμούς Reynolds εξαιτίας της επανακόλλησης του οριακού στρώματος, η φυσαλίδα καταστρέφεται και μία μεγαλύτερη παίρνει τη θέση της αυτή τη φορά όμως σε διαφορετική θέση προς την ακμή φυγής. Τυπικές συνθήκες ροής σε συνθήκες πτήσης θεωρούνται αυτές με Reynolds κάτω από 500,000. Σε αυτές τις συνθήκες το οριακό στρώμα που αναπτύσσεται γύρω από την αεροτομή είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο με την αλλαγή της γωνίας προσβολής, το σχήμα της αεροτομής, τη τραχύτητά της και το επίπεδο στροβιλότητας της ελεύθερης ροής. Οι έλικες που χρησιμοποιούνται στη γενική αεροπορία δεν επηρεάζονται από το παραπάνω φαινόμενο μιας και μόνο ένα μικρό τμήμα τους, κοντά στη πλήμνη λειτουργεί με αριθμό Reynolds μικρότερο του 1,000,000. Οι συγκεκριμένες έλικες μπορεί να λειτουργούν με χαμηλή περιστροφική ταχύτητα ( rpm), αλλά η ταχύτητα πτήσης τους είναι αρκετά μεγάλη. Ο υψηλός αριθμός Reynolds οφείλεται επίσης και στην αρκετά μεγάλη διάμετρο και χορδή τους. Ωστόσο στις περίπτωσης μικρών εφαρμογών όπως UAV, MAN και RC μοντέλων, ο αριθμός Reynolds κυμαίνεται μεταξύ 50,000 και 300,000 και το παραπάνω φαινόμενο επηρεάζει σημαντικά την απόδοση. Παρ όλο που οι ταχύτητες περιστροφής των συγκεκριμένων εφαρμογών θεωρούνται υψηλές, οι χαμηλές τιμές Reynolds οφείλονται στα μικρά μήκη χορδών, διαμέτρων αλλά και ταχυτήτων πτήσης. Οι διάμετροι κυμαίνονται από 4 έως 22 ίντσες. Όπως προαναφέρθηκε, λόγω των χαμηλών τιμών Reynolds η αύξηση της αεροδυναμικής αντίσταση προκαλεί φαινόμενα αποκόλλησης και για αυτό το λόγω οι επιδώσεις των μικρής κλίμακας ελίκων διαφέρουν σε σχέση με των ομολόγων τους. 44

48 Επίδραση του αριθμού Reynolds στην απόδοση της έλικας. Έτσι είναι προτιμότερο οι μικρές έλικες να λειτουργούν στη μέγιστη ταχύτητα περιστροφής ώστε να μειώσουν τις αρνητικές επιδράσεις του χαμηλού αριθμού Reynolds, με άνω όριο είναι η ηχητική ταχύτητα του ακροπτερυγίου. Έτσι (αν η επίδραση του θορύβου αγνοηθεί), οι έλικες τα πρέπει να λειτουργούν σε ταχύτητες ακροπτερυγίου κοντά στο Ma=1 (~0.95) προκειμένου να αποφευχθούν φαινόμενα υψηλής συμπιεστότητας. Εικόνα 4e slow flyer έλικες Υπάρχουν δύο κατηγορίες ελίκων, οι έλικες Slow flyer και οι ηλεκτρικοί έλικες. Λόγω τους μορφολογίας τους (μεγάλη κλίση και μεγάλη επιφάνεια πτερυγίων) οι slow flyer έλικες είναι κατασκευασμένοι για κινητήρες που παράγουν λίγες στροφές ανά βολτ. Οι κινητήρες που επιλέχτηκαν είναι υψηλών RPM (1000 rpm/volt). Έτσι επιλέξαμε τους ηλεκτρικούς έλικες. Εικόνα 5e ηλεκτρικοί έλικες Οι οποίοι είναι κατάλληλοι για κινητήρες του τύπου μας. Επόμενο βήμα είναι η επιλογή της κατάλληλης κλίσης και μήκους πτερυγίων. Σύμφωνα με τον κατασκευαστή, υπάρχουν πολλές έλικες κατάλληλες για τους συγκεκριμένους κινητήρες. 45

49 Εμείς επιλέξαμε πλαστικές 2 έλικες 8" x 4.5" με περιστροφή φόρας του ρολογιού και 2 έλικες 8" x 4.5" με αντίθετη περιστροφή προς την φόρας του ρολογιού που θα τοποθετηθούν διαμετρικά αντίθετης φόρας στο x-qouadcopter. Δεδομένου ότι το ανώτερο όριο συνεχούς έντασης που μπορεί να αντέξει ο κινητήρας είναι 15 Α και η μπαταρία που αγοράστηκε παράγει 11.1 αμπέρ (3 κελιά * 3.7 volt). Tο πρόγραμμα ενός κατασκευαστή που ορίζει την καλύτερη έλικα σε σχέση με την απόδοση μας δείχνει ότι στην έλικα 8 x 4.5 ο κινητήρας τραβάει 7 Α στα 11.1 βολτ και έχει ανυψωτική δύναμη 476 γραμμαρίων. Όπως βλέπουμε παρακάτω, το πρώτο διάγραμμα απεικονίζει την απόδοση σε σχέση με τα αμπέρ. Το δεύτερο διάγραμμα απεικονίζει την ισχύ εισόδου (πράσινη καμπύλη) και την ισχύ εξόδου (κόκκινη καμπύλη). Στο πρόγραμμα ορίζονται πολλές παράμετροι όπως η θερμοκρασία και η πυκνότητα του αέρα όπως και μερικές από τις προδιαγραφές της μπαταρίας και του ESC που θα χρησιμοποιηθούν. Επίσης, εμφανίζει την θερμοκρασία, τα Αμπέρ, τις στροφές καθώς και την ανυψωτική δύναμη που θα παραχθεί στην μέγιστη απόδοση. Τα αποτελέσματα του παρακάτω προγράμματος έδειξαν ότι η έλικα που επιλέξαμε είναι κατάλληλη. Εικόνα 6e απόδοση σε σχέση με την ένταση του ρεύματος με το πρόγραμμα Scorpion Η απόδοση του κινητήρα είναι ίση με την ισχύ που παράγει (ισχύς εξόδου Pshaft ) προς την ισχύ εισόδου του Pelec 46

50 Όπου Qm είναι η ροπή του κινητήρα και Ω οι στροφές ανά λεπτό Από τον τύπο της ροπής, έχουμε Και από τον τύπο των στροφών Όπου : Kv : Στροφές ανά λεπτό ανά βολτ Io : Ονομαστική ένταση I : Ένταση του ρεύματος του κινητήρα R : Αντίσταση του κινητήρα V : Τάση στην είσοδο του κινητήρα Έτσι η (2) μέσω της (4) και της (5) γίνεται Και η (1) μέσω της (6) και της (3) γίνεται Για την δημιουργία των γραφικών παραστάσεων της ροπής Qm, της ισχύος εξόδου Pshaft και της απόδοσης M, λύνουμε ως προς I την (5) και την αντικαθιστούμε στην (4) στην (6) και στην (7) αντίστοιχα. Έτσι έχουμε : 47

51 Και τέλος έχουμε Γνωρίζοντας τα V=11.1 volt, Kv=1000 rpm/volt, R=0.03Q, Ιο=1,3Α Παίρνουμε τις επόμενες γραφικές παραστάσεις 48

52 0,25 Ροπή, Q=f(Ω) 0,2 Qm 0,15 0,1 0, Ω (rpm) Εικόνα 7e η ροπή σαν συνάρτηση της γωνιακής ταχύτητας Ισχύς, P=f(Ω) Pshaf t Ω(rpm) Εικόνα 8e η ισχύς εξόδου σαν συνάρτηση της γωνιακής ταχύτητας M% απόδοση, Μ%(Ω) Ω (rpm) Εικόνα 9e η απόδοση σαν συνάρτηση της γωνιακής ταχύτητας 49

53 Κεφάλαιο 7 Μοντελοποίηση και Προσομοίωση του κινητήρα 50

54 Κεφάλαιο 7 Μοντελοποίηση και Προσομοίωση του κινητήρα Η μοντελοποίηση των brushless dc motors απαιτεί την ταυτόχρονη λύση πολλών διαφορικών εξισώσεων, κάθε μια από αυτές εξαρτάται από τις εισόδους του κινητήρα και τις σταθερές εξομοίωσης. Οι σταθερές εξομοίωσης είναι σταθερές όπως για παράδειγμα η φασική επαγωγή η οποία παραμένει σταθερή κατά την διάρκεια της εξομοίωσης. Έτσι τέτοιες παράμετροι μπορούν να θεωρηθούν σαν σταθερές κατά τη διάρκεια της εξομοίωσης. Οι εξισώσεις του brushless dc κινητήρα δίνονται παρακάτω. Χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο χώρου κατάστασης (state space model) καθώς επιτρέπει την πιο εύκολη και ακριβή περιγραφή του κινητήρα. Οι εξισώσεις των τυλιγμάτων του στάτη σε σχέση με τις ηλεκτρικές σταθερές του κινητήρα είναι οι εξής : (1) Όπου : Rs : αντίσταση του στάτη ανά φάση Ia, Ib, Ic : φασικά ρεύματα του στάτη Ea, Eb, Ec : back EMFs στις αντίστοιχες φάσεις vn : η τάση του ουδέτερου σημείου κόμβου που δίνεται από την : σημαίνει η συνεχής άθροιση των ξεχωριστών φασικών emfs Οι επαγόμενες emfs θεωρούνται όλες σας τραπεζοειδείς συναρτήσεις, η μέγιστη τιμή των οποίων δίνεται από τον τύπο : Ep = (BLv)N = N(Blrω) = NΦω = λω 51

55 Όπου: B : Η ένταση του μαγνητικού πεδίου σε Tesla = Weber / m2 L : το μήκος του ρότορα N : ο αριθμός των στροφών ανά φάση ω : η ηλεκτρική γωνιακή ταχύτητα σε rad/ sec Φ : η μαγνητική ροή λ : το γινόμενο της μαγνητικής ροής επί τον αριθμό των σπειρών οι επαγωγές και οι κοινές επαγωγές θεωρούνται συμμετρικές για όλες τις φάσεις και έτσι η (1) γίνεται : (2) Εάν απλοποιήσουμε κι άλλο την 2 παίρνουμε : (3) Και η παραγόμενη ηλεκτρομαγνητική ροπή δίνεται από την σχέση : ( σε N m) (4) Οι επαγόμενες emfs μπορούν να γραφούν ως : Όπου : fa(θ), fb(θ), fc(θ), είναι συναρτήσεις που έχουν την ίδια μορφή με τις back emfs με μέγιστο πλάτος ± 1. Οι τιμές από την (4) μπορούν να αντικατασταθούν στην (3) για να πάρουμε την τιμή της ροπής. 52

56 Επίσης : (5) Όπου : Ti : ροπή φορτίου J : ροπή αδράνειας B : συντελεστής τριβής Η ταχύτητα του ρότορα και η θέση του σχετίζονται ως : Όπου P είναι ο αριθμός των πόλων του κινητήρα. Συνδυάζοντας όλες τις εξισώσεις, ο χώρος κατάστασης γίνεται : Όπου : Με αποτέλεσμα ο πίνακας να γίνεται : 53

57 Όπου : L1 = L M L: αυτεπαγωγή του τυλίγματος ανά φάση. Μ : η κοινή επαγωγή ανά φάση. Va, Vb, Vc : η εφαρμοζόμενη σε κάθε φάση τάση των τυλιγμάτων του κινητήρα. Όπως είπαμε, ο χώρος κατάστασης είναι της μορφής : Έστω Υ η έξοδος του συστήματος, τότε : 54

58 Θέτουμε λοιπόν τον πίνακα C = [ ] γιατί η έξοδος μας είναι η γωνιακή ταχύτητα ω του κινητήρα μας. Επίσης D = [0] επειδή η είσοδος δεν επιδρά στην έξοδο απευθείας Έτσι η συνάρτηση μεταφοράς G(s) μπορεί να βρεθεί τώρα. Είναι : Όπου Ι είναι ο μοναδιαίος πίνακας. O πίνακα της συνάρτησης μεταφοράς είναι : Όπου: 55

59 Με λίγα λόγια ο πίνακας της συνάρτησης μεταφοράς είναι της μορφής : Που μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το σύστημα μας έχει την παρακάτω μορφή Όπου U1 (s) = Va(s) U2 (s) = Vb(s) U3 (s) = Vc(s) U4 (s) = T(s) Y(s) = ω (s) Αυτό είναι το σύστημα ανοιχτού βρόχου του κινητήρα και για να τον ελέγξουμε θα χρειαστούμε ένα σύστημα κλειστού βρόχου με ανάδραση, η οποία θα είναι το αισθητήριο της εξόδου. Από αυτά που γνωρίζουμε μέχρι στιγμής, θα χρειαστούμε : Μια εντολή από τον μικροελεγκτή η οποία θα αντιστοιχεί στην επιθυμητή ταχύτητα. Ένα electronic speed controller για να δεχτεί την εντολή και να την μετατρέψει σε 3-φασικό PWM. Μια είσοδο για την ροπή. Ανάδραση εξόδου από αισθητήριο. 56

60

61 Κεφάλαιο 8 Σχεδίαση σκελετού πλατφόρμας με τη βοήθεια υπολογιστή 57

62 Κεφάλαιο 8 Σχεδίαση σκελετού πλατφόρμας με τη βοήθεια υπολογιστή Γενικά περί AutoCad Αρχικά, το CAD χρησιμοποιούταν κυρίως για τη δημιουργία σχεδίων (ως τέχνη ή αποτύπωση). Οι αρχικές προσπάθειες να αυτοματοποιηθούν οι δραστηριότητες ενός κύκλου παραγωγής επικεντρώθηκαν στην μείωση της ανθρώπινης ανάμειξης αναφορικά με την ετοιμασία και ερμηνεία του δισδιάστατου σχεδίου. Αυτή η προσπάθεια οδήγησε στην ανάπτυξη τεχνικών γεωμετρικής μοντελοποίησης στην πιο πρωτόγονη μορφή τους. Στην αρχή, το CAD (στην πιο πρωτόγονη μορφή του) ήταν ένα εργαλείο αναλυτικής μοντελοποίησης. Όμως, συνειδητοποιήθηκε νωρίς πως το «σχέδιο μέσω CAD» είχε περιορισμένη χρησιμότητα, από τότε που η πληροφορία εισαγόταν χειροκίνητα στον υπολογιστή και εξαγόταν ως αποτέλεσμα στο χαρτί. Όλη η προσπάθεια που γίνεται για την δημιουργία σχεδίων, συνεπώς, δεν έχει τόσο μεγάλο όφελος εκτός από την αυτοματοποίηση της διαδικασίας δημιουργίας του σχεδίου. Έτσι, το CAD είχε περιορισμένη χρησιμότητα στη διαδικασία του λειτουργικού σχεδίου. Ύστερα, ήρθε το δύο και μισό CAD. Μετέφερε τα χαρακτηριστικά του σχεδίου στους πελάτες πιο γρήγορα από το σύνηθες 2-D CAD. Το σύστημα 3-D CAD που ακολούθησε, ήταν ικανό στον εντοπισμό προβλημάτων διάταξης του σχεδίου, όπως η παρέμβαση που δεν μπορούσε να εντοπιστεί σε ένα 2-D CAD ή ένα σχέδιο. Επίσης, επέτρεπε τον καθορισμό φυσικών ιδιοτήτων ή μερών (όγκος, βάρος) χωρίς τη δημιουργία φυσικού μοντέλου. Το AutoCAD της Autodesk είναι το πιο διαδεδομένο πρόγραμμα CAD σε παγκόσμιο επίπεδο. Με νέα εργαλεία και δυνατότητες για σχεδιασμό σε δύο ή τρεις διαστάσεις και ακόμα πιο εύκολο φωτορεαλισμό αλλά πάντα συμβατό με παλαιότερες εκδόσεις βοηθάει ακόμη περισσότερο τον χρήστη στην διεκπεραίωση της δουλειάς του. Με το AutoCAD η αξία των παραγόμενων σχεδίων μεγιστοποιείται. Η επεξεργασία, η διαμόρφωση, η κοινοποίηση των σχεδίων γίνεται πλέον σε πραγματικό χρόνο εύκολα, γρήγορα και πάντα με τη γνωστή ακρίβεια του AutoCAD. Μέσα από το Internet ή κάποιο τοπικό δίκτυο ολόκληρη η ομάδα μελέτης μοιράζεται τις εργασίες, επιταχύνοντας έτσι την ολοκλήρωση του έργου. Το AutoCAD είναι όπως αναφέρθηκε και παραπάνω ένα σχεδιαστικό εργαλείο για δημιουργία δισδιάστατων και τρισδιάστατων σχεδίων. Σύμφωνα με πολλούς είναι το πιο διαδεδομένο πρόγραμμα CAD σε παγκόσμιο επίπεδο, πάντα εύχρηστο και ακριβές, απευθύνεται πέρα από εξειδικευμένους επαγγελματίες αρχιτέκτονες, πολιτικούς μηχανικούς, διακοσμητές, σχεδιαστές, και γενικότερα σε όσους σχεδιάζουν τεχνικό σχέδιο. 58

63 Η αρχή στο συγκεκριμένο έργο είναι τα σχέδια του κάθε κομματιού από τα οποία αποτελείται η πλατφορμα, σχεδιασμένα συνήθως σε χαρτί. Από την γραπτή μορφή τα σχέδια πρέπει με κάποιο τρόπο να μετατραπούν σε ψηφιακή και επεξεργάσιμη μορφή. Αυτό το καταφέρνουμε με τη χρήση του AutoCAD. Έχοντας στη διάθεσή μας το σχέδιο, στο πρόγραμμα μπορούμε και δημιουργούμε όλες τις γραμμές και μάλιστα βάζοντας διαστάσεις. Κάθε γραμμή ουσιαστικά υποδηλώνει ένα πραγματικό αντικείμενο με ανάλογες διαστάσεις το οποίο επιβάλλει την σωστή τοποθέτηση των γραμμών και ιδιαίτερη προσοχή στην ακριβή εφαρμογή των μηκών. Στην ψηφιακή μορφή του σχεδίου μπορούμε εύκολα να το προσδιορίσουμε σε σύστημα συντεταγμένων και να καταλάβουμε καλύτερα τη θέση του στο χώρο καθώς επίσης και σε καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων για τις τρεις διαστάσεις. Επίσης μπορούμε πέρα από τις κυρίως γραμμές να προσθέσουμε ίχνη καθώς και βοηθητικές γραμμές έτσι ώστε να μας βοηθούν να διαβάζουμε πιο εύκολα το σχέδιο. Εικόνα 1g Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων σε 3 διαστάσεις Μια από τις δυνατότητες που μας προσφέρει το AutoCAD είναι η προσθήκη στρωμάτων (layers). Το σύστημα στρωμάτων που χρησιμοποιεί επιτρέπει να κατηγοριοποιούμε μέρη του σχεδίου ώστε να μπορούμε να τα προσθέτουμε ή να τα αφαιρούμε όλα με τη μια. Αυτό μας επιτρέπει να δούμε τα σχέδια με ή χωρίς σημειώσεις, τις διαστάσεις να αναγράφονται ή ακόμη και τμήματα του σχεδίου. Ακόμη κάθε στρώμα μπορεί να έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά έτσι ώστε μπορούμε να σχεδιάζουμε γραμμές, χωρίς να επεξεργαζόμαστε την κάθε γραμμή μετά. Για παράδειγμα αν θέλουμε οι διαστάσεις να έχουν πιο λεπτές γραμμές από το υπόλοιπο σχέδιο, μπορούμε να ορίσουμε στρώματα καθώς και τον ίδιο τύπο της γραμμής. 59

64 Χρησιμοποιώντας όλες τις παραπάνω δυνατότητες που μας προσφέρει το πρόγραμμα καταφέρνουμε να δημιουργήσουμε το σχέδιο του σκελετού της πλατφόρμας. Τα πλεονεκτήματα που μας δίνει το ψηφιακό σχέδιο είναι ότι πολύ εύκολα μπορούμε να διορθώσουμε τυχόν λάθη και να έχουμε μια πλήρη, σαφή και καθαρή εικόνα του σχεδίου μας. Μπορούμε με άνεση να προσθέτουμε και να αφαιρούμε γραμμές, να διορθώνουμε τυχόν ατέλειες χωρίς να επηρεάζουμε το υπόλοιπο σχέδιο, να τις δημιουργούμε με τις σωστές τους διαστάσεις χωρίς την χρήση ειδικών οργάνων και φυσικά χωρίς μεγάλο κόπο όπως αυτό θα συνέβαινε χρησιμοποιώντας το παραδοσιακό σχέδιο σε φυσικά μέσα. Αυτοί είναι οι βασικοί λόγοι για τους οποίους πλέον οι σχεδιαστές προτιμούν να δημιουργούν τα σχέδια τους κατευθείαν στον υπολογιστή σε ψηφιακή μορφή και να τα επεξεργάζονται χρησιμοποιώντας μόνο ψηφιακά μέσα. Συστήματα 3-D CAD Το αναλυτικό σχέδιο ήταν πάντα μια διαδικασία σκέψης στις τρεις διαστάσεις και η μεταποίησή τους σε σχέδιο δύο διαστάσεων ή ισομετρική εικόνα. Γενικά, όσο απομακρύνεται η απεικόνιση ενός μηχανικού συστήματος από την γεωμετρική του μορφή, τόσο είναι δυσκολότερο για ένα μηχανικό να το καταλάβει διαισθητικά. Η τεχνολογία μοντελοποίησης στερεών έχει γίνει καταλυτικός πυρήνας για την αναλυτική μοντελοποίηση. Η ανάλυση τρισδιάστατων σχημάτων γίνεται απλούστερη με στερεά μοντέλα. Με τα τρισδιάστατα στερεά, τα ηλεκτρονικά μοντέλα ενός προϊόντος μπορούν να προσομοιώσουν τα βήματα δράσης του σχεδίου και τις παραγωγικές διαδικασίες για την βιομηχανοποίηση του κομματιού. Τα στερεά μοντέλα μπορούν να προσομοιώσουν την ψηφιακή προσυναρμολόγηση και το ηλεκτρονικό προσχέδιο και να αποδώσουν τρισδιάστατη συνδυαστική ανάλυση (χρησιμοποιώντας εργασίες πρωτότυπων λογισμικών). Η εταιρία Boeing εξάλειψε την ανάγκη για ένα προσχέδιο πλήρους μεγέθους ενός νέου 777, χρησιμοποιώντας στερεή μοντελοποίηση. Τα στερεά είναι απολύτως χρήσιμα στην ενεργοποίηση πλήρων δεδομένων στα γρήγορα πρωτότυπα συστήματα, για αποκτήσουν γρήγορα φυσικά μοντέλα των επινοήσεων και σχεδίων. Τέτοιοι μηχανισμοί είναι πολύ σημαντικοί παράγοντες διευκόλυνσης για την διαδικασία του CE σχεδίου. Αυτές οι αναπτύξεις έχουν φέρει πιο κοντά τα αναλυτικά μοντέλα στην υλοποίηση φυσικών αντικειμένων πιο πολύ από ποτέ άλλοτε. Ακόμα, δεν είναι πάντα πρακτικό να κάνουμε σχέδιο την κάθε λεπτομέρεια. Επί παραδείγματι, τα περισσότερα τρισδιάστατα μοντέλα δεν απεικονίζουν την γεωμετρική δομή λεπτομερώς αναφορικά με τις μεταβλητές διαστάσεις. Αυτό προϋποθέτει επαναδημιουργία του σχεδίου ακόμα και αν μόνο ένα μικρό υποσύνολο παραμέτρων χρειάζεται να αλλαχθεί. Επίσης, οι προδιαγραφές των ανοχών και του τελειώματος της επιφάνειας είναι δύσκολο να καθοριστούν στα περισσότερα τρισδιάστατα μοντέλα (Requisha και Voelcker, 1982). Με τη βοήθεια των λογισμικών της AutoDesk, AutoCAD σχεδιάστηκε ο σκελετός μας. 60

65 Κάποιες από τις εντολές AutoCAD που χρησιμοποιήσαμε Για την 2D σχεδίαση: zoom, pan, line, pline, circle, ellipse Εντολές 3D σχεδίασης: box, cylinder, wedge, shpere, revolve, extrude, loft, sweep, revolve, presspull, union, subtract, solidedit Εκτός των πραγματικών διαστάσεων του σκελετού που σκεφτήκαμε, μεριμνήσαμε ώστε να ανοιχτούν και τρύπες ώστε να μειωθεί το βάρος της κατασκευής και για να στερεωθούν οι κινητήρες. Στις παρακάτω εικόνες είναι ο σκελετός που φανταστήκαμε και σχεδιάσαμε. Εικόνα 2g το quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD Κάτοψη Εικόνα 3g το quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD Εμπρόσθια όψη 61

66 Εικόνα 4g το quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD - Πλάγια όψη Εικόνα 5g το quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD Άποψη από πάνω Εικόνα 6g το quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD Άποψη από κάτω 62

67 Εικόνα 7g το arm του quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD Άποψη από πάνω Εικόνα 8g το arm του quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD Άποψη από κάτω Εικόνα 9g τα διάφορα μέρη που αποτελείται το arm του quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD 63

68 Επάνω κέλυφος Μεσαία πλάκα Κάτω πλάκα Εικόνα 10g τα υπόλοιπα μέρη που αποτελείται το quad copter σχεδιασμένο στο AutoCAD 64

69 Κεφάλαιο 9 Εκτύπωση σκελετού στο 3D PRINTER 65

70 Κεφάλαιο 9 Εκτύπωση σκελετού στο 3D PRINTER. ΟΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΤΗΣ 3D ΕΚΤΥΠΩΣΗΣ Στερεολιθογραφία (Stereolithography, STA) Το 1986, ο Charles W. Hull, καταχώρησε την Στερεολιθογραφία ως μια μέθοδο κατασκευής στερεών αντικειμένων, με διαδοχική εκτύπωση λεπτών στρώσεων σε ένα σκληρυνόμενο από το υπεριώδες φως υλικό. Η διαδικασία αυτή, περιγράφεται με μια συγκεντρωμένη δέσμη υπεριώδους φωτός, η οποία εστιάζεται στην επιφάνεια ενός δοχείου γεμάτο με φωτοπολυμερές υγρό. Η δέσμη φωτός, σχεδιάζει το αντικείμενο πάνω στην επιφάνεια του ρευστού στρώμα-στρώμα. Η διαδικασία αυτή βασίζεται στην αρχή του πολυμερισμού ή σταυρωτής σύνδεσης, για να δημιουργήσει ένα στερεό μέσω μιας πολύπλοκης διαδικασίας, στην οποία απαιτείται αυτοματισμός. Την ίδια χρονιά, ίδρυσε την εταιρεία 3D System Inc, για να γενικεύσει και να εμπορευματοποιήσει την διαδικασία αυτή. Έχουν γίνει προσπάθειες, για την κατασκευή μαθηματικών μοντέλων της διαδικασίας της Στερεολιθογραφίας, και αλγορίθμων σχεδιασμού, για να προσδιορισθεί, κατά πόσο ένα πρωτότυπο αντικείμενο μπορεί να κατασκευασθεί με αυτή την μέθοδο. Είναι μια διαδικασία κατασκευής, η οποία περιλαμβάνει μια δεξαμενή με φωτοσκληρυνόμενο υγρό (πολυμερής ρητίνη), και ένα υπεριώδες λέιζερ για να χτίσει τις στρώσεις του εξαρτήματος μια-μια κάθε φορά. Για κάθε στρώμα, η δέσμη λέιζερ, σχεδιάζει μια εγκάρσια τομή του σχεδίου στην επιφάνεια της υγρής ρητίνης. Η έκθεση σε υπεριώδες φως, στερεοποιεί το μοτίβο που σχεδιάστηκε, πάνω στην ρητίνη και το ενώνει με το κάτω στρώμα. Αφού το πρωτότυπο, έχει σχεδιαστεί, η πλατφόρμα κατεβαίνει κατά μια απόσταση ίση με το πάχος του κάθε στρώματος (0,05mm έως 0.15mm). Η διαδικασία αυτή, επαναλαμβάνεται, εωσότου ολοκληρωθεί το σχέδιο του τρισδιάστατου κομματιού. Αφού κατασκευασθεί το εξάρτημα, βυθίζεται σε ένα χημικό λουτρό, και στην συνέχεια τοποθετείται σε έναν υπεριώδες φούρνο, για να σκληρυνθεί περισσότερο. Με την μέθοδο αυτή, μπορούν να κατασκευασθούν, ταχύτατα πολύπλοκα σχέδια. Ο χρόνος κατασκευής, εξαρτάται από το μέγεθος και την πολυπλοκότητα του σχεδίου. Οι περισσότερες μηχανές, παράγουν κομμάτια με μέγιστο μέγεθος 50x50x60 cm. Τα πρωτότυπα που παράγονται από την Στερεολιθογραφία, έχουν αυξημένη μηχανική αντοχή και μπορούν να επεξεργασθούν από εργαλειομηχανές C.N.C. Επιλεκτική σύντηξη με την χρήση ακτινών λέιζερ (Selective Η επιλεκτική σύντηξη με την χρήση ακτινών λέιζερ (S.L.S.) Αναπτύχτηκε και καταχωρήθηκε από τον Dr. Carl Deckard, στο πανεπιστήμια του Τέξας στο Όστιν, στα μέσα της δεκαετίας του Σε αντίθεση με άλλες μεθόδους κατασκευής πρωτοτύπων, όπως η στερεολιθογραφία, η μέθοδος αυτή, δεν απαιτεί δομές υποστήριξης και αυτό οφείλεται στο γεγονός, ότι το εξάρτημα που κατασκευάζεται περιβάλλεται από μη λιωμένη σκόνη καθ όλη την διάρκεια κατασκευής. 66

71 Είναι μια τεχνική κατασκευής πρωτότυπων, που χρησιμοποιεί ένα λέιζερ υψηλής ισχύος, (π.χ. CO2) για να λιώσει μικρά σωματίδια από πλαστικό, μέταλλο, κεραμικό και σκόνη γυαλιού στο επιθυμητό σχήμα. Το λέιζερ λιώνει επιλεκτικά, κονιοποιημένο υλικό, με σάρωση σε εγκάρσιες τομές από ένα ψηφιακό 3D αρχείο. Αφού, μια εγκάρσια διατομή έχει σχεδιασθεί, η επιφάνεια της σκόνης χαμηλώνει κατά ένα μήκος όσο το πάχος του στρώματος, και επαναλαμβάνεται η διαδικασία, έως ότου ολοκληρωθεί το εξάρτημα. Επειδή, η πυκνότητα του τελικού εξαρτήματος, εξαρτάται από την μέγιστη ισχύ του λέιζερ και όχι από την διάρκεια της ακτινοβολίας, η μηχανές S.L.S. χρησιμοποιούν συνήθως παλμικό λέιζερ. Η μηχανή προθερμαίνει το κονιοποιημένο υλικό λίγο κάτω από το σημείο τήξης του, ώστε να καταστεί ευκολότερο για το λέιζερ να αυξήσει την θερμοκρασία των επιλεγμένων περιοχών στο σημείο τήξης του. Μερικά μηχανήματα S.L.S., χρησιμοποιούν σκόνη ενός συστατικού, (π.χ. άμεση συσσωμάτωση μετάλλου με λέιζερ), ωστόσο οι περισσότερες μηχανές χρησιμοποιούν σκόνη δύο συστατικών, συνήθως είτε επικαλυμμένης σκόνης είτε ένα μείγμα σκόνης. Σε ενός συστατικού σκόνες, το λέιζερ λιώνει μόνο την εξωτερική επιφάνεια των σωματιδίων, (τήξη επιφανείας) ενώνοντας τους στερεούς μη λιωμένους πύρινες μεταξύ τους και με το προηγούμενο στρώμα. Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους παραγωγής με πρόσθεση υλικού, οι μηχανές αυτές μπορούν να παράγουν εξαρτήματα από ένα ευρύ φάσμα εμπορικά διαθέσιμων υλικών σε σκόνη. Μερικά από αυτά είναι το νάιλον, το καθαρό γυαλί, πολυστυρόλιο, ή μέταλλα συμπεριλαμβανομένου του τιτανίου, του χάλυβα, μείγμα κράματος και σύνθετα. Η φυσική διαδικασία, μπορεί να είναι μερική τήξη, ή υγρής φάσης πυροσυσσωμάτωση. Ανάλογα με την πυκνότητα του υλικού (100%), μπορούμε να πετύχουμε μηχανικές ιδιότητες, ανάλογες με αυτές από τις συμβατικές μεθόδους παραγωγής. Σε πολλές περιπτώσεις, μεγάλος αριθμός εξαρτημάτων, μπορεί να τοποθετηθεί μέσα στην σκόνη επιτρέποντας έτσι πολύ μεγάλη παραγωγικότηταlaser Sintering, SLS) Συγκόλληση Λεπτών Φύλλων (Laminated Object Manufacturing, L.O.M.) Είναι ένα σύστημα ταχείας πρωτοτυποποίησης, που αναπτύχτηκε από την εταιρεία Helisys Inc. Σε αυτή την μέθοδο, τα στρώματα δημιουργούνται με κόλλα και χαρτί, πλαστικό, ή μεταλλικά ελάσματα, που συγκολλούνται μεταξύ τους και κόβονται στο επιθυμητό σχήμα, με ακτίνα λέιζερ ή κάποιου είδους λεπίδα. Η διαδικασία ξεκινάει από ένα θερμαινόμενο κύλινδρο, ο οποίος προσκολλά το φύλλο σε ένα υπόστρωμα (τράπεζα), και στην συνέχεια το λέιζερ χαράζει τις επιθυμητές διαστάσεις του πρωτότυπου. Στην συνέχεια, χαράζει εγκοπές, για την πιο εύκολη απομάκρυνση του αποβλήτου. Η πλατφόρμα με το ολοκληρωμένο πια στρώμα, κατεβαίνει προς τα κάτω, για να λάβει θέση η επόμενη στρώση, και πλέον ένα νέο απλώνεται πάνω, και η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου ολοκληρωθεί το πρότυπο μοντέλο. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου αυτής, είναι το χαμηλό κόστος, τα απλά υλικά κατεργασίας, και τα μεγάλα εξαρτήματα που μπορούμε να κατασκευάσουμε. Δεν χρειάζονται κάποια χημική επεξεργασία όπως σε άλλες μεθόδους, και τα τεχνικά χαρακτηριστικά του δοκιμίου, μοιάζουν με αυτά του ξύλου. Ένα μειονέκτημα που έχει η μέθοδος αυτή, είναι ότι έχουμε μικρότερη ακρίβεια σε σχέση με άλλες τεχνικές. 67

72 Tρισδιάστατη Εκτύπωση (3D INK-JET PRINTING) Η διαδικασία 3D Printing είναι μια διαδικασία Ταχείας Πρωτοτυποποίησης (RP) η οποία αναπτύχθηκε από την IBM και στη συνέχεια πουλήθηκε στην εταιρεία Stratasys Inc. Και αυτή η διαδικασία κατασκευάζει μοντέλα χτίζοντας layer by layer.αρχικά, στρώνεται ένα μικρό στρώμα από σκόνη στην επιφάνεια του εμβόλου. Από ένα μοντέλο σχεδιασμένο σε σύστημα C.A.D, υπολογίζονται οι απαραίτητες πληροφορίες για τα στρώματα, μέσω ενός αλγορίθμου. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία παρόμοια με αυτή των ink-jet εκτυπωτών, ένα υλικό ενοποιεί τα σωματίδια στα σημεία εκείνα όπου το αντικείμενο πρέπει να είναι ένα σώμα. Το έμβολο τότε, χαμηλώνει τόσο ώστε να απλωθεί η νέα σκόνη και να ενοποιηθεί επιλεκτικά. Αυτή η διαδικασία, στρώμα-στρώμα επαναλαμβάνεται μέχρι να ολοκληρωθεί το μοντέλο. Με μια κατάλληλη θερμική διαδικασία, αφαιρείται η ελεύθερη σκόνη αφήνοντας πίσω το μοντέλο. Πολλοί επιμένουν πως η διαδικασία 3D Printing είναι πιο ευέλικτη από όλες τις τεχνολογίες. Εναπόθεση Σύντηξη Διαδοχικών Στρώσεων (Fused Deposition Modeling, F.D.M.) Είναι μια τεχνολογία κατασκευής, πρόσθεσης υλικού, που χρησιμοποιείται κυρίως για την μοντελοποίηση, την πρωτοτυποποίηση και την παραγωγή εφαρμογών. Το F.D.M., λειτουργεί σε μια αρχή πρόθεσης υλικού, απλώνοντας το υλικό σε στρώματα. Ένα πλαστικό νήμα, ξετυλίγεται από ένα ρολό, το οποίο προωθείται σε ένα ακροφύσιο εξωθήσεως (hotend). Το ακροφύσιο, λιώνει το υλικό και μπορεί να κινείται σε οριζόντια και κάθετη διεύθυνση, με ένα ελεγκτή αριθμητικού ελέγχου (N.C. Controller). Το μοντέλο ή εξάρτημα, παράγεται, με εξώθηση υλικού, σε εύπλαστη μορφή, από ένα θερμοπλαστικό υλικό, για τον σχηματισμό στρωμάτων, καθώς το υλικό σκληραίνει αμέσως μετά από την εξώθησή του από το ακροφύσιο. Η κίνηση του Hotend, γίνεται με βηματικούς κινητήρες ή σερβοκινητήρες, και η τεχνολογία αυτή αναπτύχθηκε από τον S. Scott Crump, στα τέλη του 1980, και εμφανίστηκε στο εμπόριο το Ο όρος F.D.M., είναι εμπορικό σήμα της Stratasys Inc, και ακριβός ισοδύναμος όρος, είναι το F.F.F. (Fused Filament Fabrication) που επινοήθηκε, από τα μέλη των RepRap Project, για να δώσει μια φράση που θα μπορούσε να είναι νόμιμο χωρίς περιορισμούς. Η μέθοδος F.D.M., ξεκινάει με μια διαδικασία λογισμικού, που αναπτύχτηκε από την εταιρεία Stratasys Ltd, το οποίο επεξεργάζεται ένα αρχείο STL μέσα σε λίγα λεπτά, και με μαθηματικό τρόπο τεμαχίζει, και προσανατολίζει το μοντέλο, για την διαδικασία κατασκευής, του και δημιουργούνται αυτόματα δομές υποστήριξης εάν απαιτούνται. Το θερμοπλαστικό υλικό υγροποιείται, και εναποτίθενται μέσω ενός ακροφυσίου, το οποίο ακολουθεί μια διαδρομή η οποία καθορίζεται από το αρχείο C.A.D. του σχεδίου. Το υλικό αποτίθενται, σε στρώματα λεπτού πάχους, έως 0,01mm, και το εξάρτημα φτιάχνεται από κάτω προς τα πάνω, ένα στρώμα κάθε φορά. Τα υλικά που χρησιμοποιεί, είναι το ABS, (ακρολονονιτρίλιο βουταδιαίνειο στυρόλιο) πολυμερές, PLA, (πολυγαλακτικό οξύ), πολυανθρακικά, πολυκαπρολακτόνη, πολυφαινισουλφόνες και κερί με διαφορετικές αντοχές και θερμοκρασιακές ιδιότητες. 68

73 3D PRINTER DIMENSION SST Ο Dimension SST είναι ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής που σχεδιάστηκε έτσι ώστε να είναι εύκολος στην χρήση του χωρίς ιδιαίτερες γνώσεις. Μπορούμε να δημιουργήσουμε υψηλής ποιότητας πρωτότυπα από ABS πλαστικό γρήγορα και εύκολα όπως επίσης και να επέμβουμε στο αντικείμενο με διάφορους τρόπους π.χ. (οπές, λιμάρισμα, κ.α).ο Dimension SST χτίζει τα πρωτότυπα και τις εσωτερικές του λεπτομέρειες άμεσα μέσο των αρχείων STL(Stereo Lithography) όπου ο χρήστης σχεδιάζει 3D αντικείμενα και τα δημιουργεί σε αρχεία STL. Η διαδικασία για την εκτύπωση ενός τρισδιάστατου δοκιμίου είναι πολύ απλή. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται τα τρία βήματα από την σχεδίαση έως το τελικό αποτέλεσμα που είναι το δοκίμιο Εικόνα 32. Σχεδίαση (CAD) Εκτύπωση δοκιμίου Μοντέλο Εικόνα 1h: βήματα από την σχεδίαση έως το τελικό αποτέλεσμα Περιγραφή και Ανάλυση των κύριων μέρων του DIMENSION SST. Θάλαμος εκτύπωσης Στόν θάλαμο εκτύπωσης μπορούμε να δούμε αρχικά την διαδικασία εκτύπωσης του μοντέλου μας. Επίσης στο δεξίο μέρος του θαλάμου υπάρχουν πέντε οθόνες όπου η κάθε μία μας δίχνει πληροφορίες που χρειαζόμαστε για την κατάσταση λειτουργείας του μηχανήματος. Μπορούμε να δούμε το όνομα του δοκιμίου που κατασκευάζετε, την ποσότητα υλικού που είναι διαθέσιμη και τον χρόνο που υπολείπετε για την ολοκλήρωση της διαδικασίας. 69

74 Εικόνα 2h: Θάλαμος εκτύπωσης. Για την διευκόλυνση μας υπάρχει η επιλογή στην οθόνη (lights on/off)για να έχουμε καλύτερη εικόνα στο χώρο εκτύπωσης και εάν υπάρξει πρόβλημα έχουμε επίσης την δυνατότητα να διακόψουμε την εκτύπωση πατώντας το κουμπί με την ένδειξη (Pause) έτσι ώστε να διορθωθεί το πρόβλημα και στην συνέχεια το ξαναθέτουμε σε λειτουργεία όπως φαίνεται στην εικόνα 33. Διαδικασία εκκίνησης του 3D Printer. Στο κάτω δεξίο μέρος του 3D Printer μας υπάρχει το κουμπί ΟΝ/OFF όπου ξεκινάει να λειτουργεί.στην συνέχεια περιμένουμε έως οτού ζεσταθεί (100%).Βεβαιωνόμαστε ότι στο εσωτερικό του θαλάμου έχουμε τοποθετημένη και κλειδωμένη την βάση μας στο μεταλικό μέρος όπου θα εκτυπωθεί το μοντέλο μας (Εικόνα). ΣΗΜΕΙΩΣΗ : Μπορούμε εάν θέλουμε να τοποθετήσουμε μια χρησιμοποιημένη βάση με την προϋπόθεση ότι έχει πλυθείστον σταθμό πλυσίματος sst station ( βλ.παρακατω ). Υπάρχει όμως περίπτωση ο εκτυπωτής μας να μην καταφέρει να βρει τις συντεταγμένες για να κατασκευάσει το δοκίμιο μας. Αν συμβεί αυτό τότε αλλάζουμε την βάση και τοποθετούμε μιαάλλη. Επίσης θα πρέπει να προσέξουμε να τοποθετήσουμε την βάση πριν ο εκτυπωτής αποκτήσει την κατάλληλη θερμοκρασία για να λειτουργήσει για να πάρει και βάση μας την κατάλληλη θερμοκρασία. Αν δεν προβούμε στην συγκεκριμένη ενέργεια υπάρχει περίπτωση κατά την διάρκεια της εκτύπωσης να ξεκολλήσει το δοκίμιο μας από την βάση και να μην μπορέσουμε να ολοκληρώσουμε την κατασκευή του. Διαδικασία εκτύπωσης. Ο εκτυπωτής μας βρίσκεται στην κατάσταση << Ready to Build >>Από την κύρια οθόνη πατάμε την ένδειξη start model. Από την στιγμή που θα ενεργοποιήσουμε την παραπάνω εντολή ο εκτυπωτής μας ξεκινάει την διαδικασία κατασκευής από μόνος του. Στην οθόνη τώρα βλέπουμε την ένδειξη warming up που μας υποδηλώνει ότι το σύστημα πρέπει να αποκτήσει τις κατάλληλες θερμοκρασίες για να ξεκινήσει η διαδικασία. Α) 75 βαθμούς για το περιβάλλον εργασίας. Β) 280 βαθμούς για την κεφαλή. 70

75 Κατά την διάρκεια της λειτουργίας warming up εκτελείτε και μια άλλη διαδικασία με την ένδειξη finding home η οποία μαςπροειδοποιεί ότι ο εκτυπωτής βρίσκετε στην αναζήτηση των συντεταγμένων και της θέσης κατασκευής του δοκιμίου. Αν στην οθόνη μας εμφανιστεί η ένδειξη could not find home τότε σημαίνει ότι η διαδικασία αναζήτησης συντεταγμένων δεν μπορεί να ολοκληρωθεί. Αυτό συμβαίνει διότι η βάση που έχουμε βάλει στο μηχάνημα θέλει αλλαγή. Αλλάζουμε την βάση και πατάμε retry και ξανα ξεκινά η διαδικασία. Η ένδειξη building μας δείχνει ότι η διαδικασία κατασκευής του δοκιμίου βρίσκεται σε εξέλιξη και η ένδειξη material remaining μας δείχνει την ποσότητα των υλικών που έχουν απομείνει. ΓΕΝΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ DIMENSION SST Εικόνα 3h. κύρια μέρη του dimension SST Στις εικόνες 3h και 4h μπορούμε να διακρίνουμε όλα τα κύρια μέρη του dimension SST. 1. Κεφαλή 2. Οπές Υλικού 3. Ράβδοι οδηγοί 4. Βίδα μόλυβδου 5. Κασέτα υλικού (material) 6. Κασέτα υλικού (support ) 7. Οθόνη ενδείξεων 8. Βούρτσα καθαρισμού κεφαλής 9. Δοχείο αποθήκευσης πεταμένου υλικού 10. Βάση δοκιμίου 11. Πλατφόρμα Ζ 12. Διάδρομοι ολίσθησης βάσης 71