Přeskočit obsah

Mechanika dronu

Přehled

Dron typu fixed-wing je navržen jako celokompozitní konstrukce vyráběná primárně 3D tiskem z materiálu PET-G (alternativně PLA-LW pro nižší hmotnost) vyztužená karbónovými tyčemi.

Základní mechanické parametry

Parametr Hodnota
Rozpětí křídel 2 200 mm
Délka trupu 1 400 mm
Plocha křídla 0,554 m²
Letová hmotnost (bez nákladu) ~4,1 kg
Max. hmotnost nákladu 2 kg
Max. vzletová hmotnost (MTOW) ~6,1 kg
Plošné zatížení (bez nákladu) ~74 g/dm²
Plošné zatížení (s nákladem) ~110 g/dm²

Konstrukční materiály

3D tisk

  • Primární materiál: PET-G
  • Výborná odolnost proti vlhkosti a UV záření
  • Dobrá mechanická pevnost
  • Teplota tisku: 230–250 °C
  • Teplota podložky: 70–80 °C
  • Hustota: ~1,27 g/cm³
  • Alternativní materiál: PLA-LW (lehčená verze PLA)
  • Nižší hustota (~0,8 g/cm³ po zpěnění)
  • Nižší odolnost proti teplu a vlhkosti
  • Vhodný pro nekritické části (výplně, kryty)

Karbónové tyče

  • Nosník křídla: Karbónová trubka ø12 mm, tloušťka stěny 1,5 mm
  • Výztuha trupu: Karbónová tyč ø8 mm, plná
  • Výztuha ocasních ploch: Karbónová tyč ø6 mm, plná
  • Tyče slouží jako hlavní nosné prvky, přenášejí ohybové momenty a smykové síly

Spojovací materiál

  • Šrouby M3 a M4 z nerezové oceli
  • Nylonové matice (samojistné)
  • Epoxidové lepidlo pro lepení karbónových tyčí do 3D tištěných úchytů
  • Stahovací pásky pro dočasné fixace kabeláže

Hlavní konstrukční celky

1. Trup

Trup je hlavním nosným prvkem celé konstrukce. Je rozdělen na několik sekcí pro snadný 3D tisk a montáž:

  • Přední sekce (nos): Obsahuje motor, ESC a přední podvozek
  • Střední sekce: Nákladový prostor (přístupný shora), bateriový prostor, řídicí elektronika
  • Zadní sekce: Přechod na ocasní plochy, serva výškového a směrového kormidla

Průřez trupu je oválný s rozměry cca 140 × 100 mm ve střední sekci pro maximalizaci vnitřního prostoru při minimálním aerodynamickém odporu.

Nákladový prostor

  • Rozměry: 250 × 120 × 100 mm (d × š × v)
  • Dvířka na horní straně trupu na pantu
  • Zajištění dvířek mechanismem na cvaknutí (push-to-open latch)
  • Vnitřní pěnové vložky pro fixaci nákladu
  • Nosnost: 2 kg

2. Křídlo

Křídlo je navrženo jako dvoudílné s karbónovým nosníkem procházejícím celým rozpětím.

  • Profil: Clark-Y (modifikovaný pro 3D tisk)
  • Hloubka kořenového profilu: 300 mm
  • Hloubka koncového profilu: 200 mm
  • Úhel šípu: 3°
  • Vzepětí: 5°
  • Zkroucení: -2° (washout)

Křídlo je vyrobeno z 3D tištěných žeber a potahu. Nosník z karbónové trubky prochází úchyty v žebrech.

3. Ocasní plochy

Klasické uspořádání s vodorovnou a svislou ocasní plochou.

  • Vodorovná ocasní plocha (VOP):
  • Rozpětí: 700 mm
  • Hloubka: 150 mm
  • Profil: NACA 0009 (symetrický)
  • Výškové kormidlo: 40 % hloubky

  • Svislá ocasní plocha (SOP):

  • Výška: 250 mm
  • Hloubka: 180 mm
  • Profil: NACA 0009
  • Směrové kormidlo: 40 % hloubky

4. Podvozek

Dron má pevný podvozek pro autonomní vzlet a přistání z rovného povrchu.

  • Přední kolo: ø60 mm, řiditelné (napojeno na servo směrového řízení)
  • Hlavní podvozek: dvě kola ø80 mm na odpružených nohách
  • Nohy podvozku z ohýbaného pružinového drátu ø3 mm nebo 3D tištěné s karbónovou výztuhou
  • Rozchod hlavního podvozku: 350 mm

Hmotnostní rozbor

Komponenta Hmotnost (g)
Trup (3D tisk) 800
Křídlo (3D tisk + karbón) 900
Ocasní plochy 200
Podvozek 150
Motor + vrtule 350
ESC 80
Baterie (Li-ion 6S3P, 10 500 mAh) 900
Řídicí elektronika (FC, GPS, 4G, BT) 200
Serva (5×) 150
Kabeláž a konektory 100
Karbónové tyče 200
Spojovací materiál 70
Celkem (bez nákladu) ~4 100
Náklad až 2 000
MTOW ~6 100

Zatěžovací stavy

Normální let (1g)

  • Vztlak = MTOW = 6,1 kg × 9,81 = 59,8 N
  • Rozložen rovnoměrně na křídlo

Manévr (2,5g)

  • Maximální provozní přetížení: 2,5g
  • Celkový vztlak: 149,5 N
  • Ohybový moment v kořeni křídla: ~90 Nm

Přistání (3g náraz)

  • Rázové zatížení podvozku: 3 × 59,8 = 179,4 N
  • Podvozek musí absorbovat energii při vertikální rychlosti do 2 m/s

Voděodolnost

Pro provoz v dešti:

  • Všechny spoje trupu opatřeny gumovým těsněním
  • Dvířka nákladového prostoru s pryžovým lemem
  • Elektronika uložena v uzavřeném prostoru s odkapávací drážkou
  • Otvory pro ventilaci opatřeny membránou propouštějící vzduch, ale ne vodu
  • Servo výstupy opatřeny manžetami
  • Konektory ošetřeny silikonovým tmelem