- 1 - 제 5 회국제신비차경연대회최종보고서 2014. 9. 15.
- 2 - A. 학술부문 1. 설계개념및형상설계 (1) 설계목표주어지임무를완수하기위해저희팀에서는수직이착륙이가능한 VTOL형신비차를제작을목표로합니다. 주행과비행미션을효율적으로수행하기위하여신비차의경량화와에너지효율을높이는쪽으로설계 / 제작할계획입니다. 시스템경량화신비차의경량화를위하여경량의 ABS 소재와카본파이버복합소재와경량의알루미늄을이용하여제작할예정입니다. 시스템에너지효율 신비차의경량화및에너지효율을높이기위해서비행을위해사용되는동력원 을지상주행에서도사용할수있는허브시스템을개발할예정입니다. (2) 디자인의미 허브를이용한비행시스템의동력원을주행에사용에너지효율을높이기위해서는차량의무게를줄이는것이중요한요소이다. 신비차의무게를줄이기위한방법으로주행을위한동력장치를따로두지않고비행에사용하는동력장치의출력을주행축의허브를이용하여바퀴로전달함으로서신비차의경량화및단가를낮출수있는디자인을구상하였습니다. 아래의그림과같이구동축에허브를설치하고주행모드시아래를접히는비행시스템의동력축을허브를이용하여비행시스템의동력을지상주행용바퀴에전달하도록한다.
- 3 - 지난 2 회대회의디자인은다수의인원이이용할수있는미니버스형의디자인 컨셉을가지고디자인을하였고이번대회에서는 1~2 인을위한스포츠형모델을 기본컨셉으로경량화에너지효율을높이기위해서디자인을하였습니다.
- 4 - (2) 외형설계 모드변환장치신비차의모드변환장치는아래의그림과같으면위의모드변환장치를이용하여비행에사용되는로터를접고 / 펼수있도록하여비행모드 / 주행모드간의모드변환을한다. 비행 / 주행모드변환 아래그림과같이신비차의모드변환장치를이용하여비행 / 주행모드변환한다.
- 5-2. 도면및주요제원 (1) 도면 주행모드현재도로를주행할수있도록신비차주행모드일시전폭 2,000mm, 전장 5,000mm로설계하였다. 비행모드 신비차비행모드일시전폭약 4,000mm 로설계하였다. 모형제작시에는약 1/4 스케일축소모형을제작.
- 6 - (2) 주요제원 모터 600 W급 ( 추력3~4 kg) BLDC 모터를선택하였습니다. 충분한추력을확보하였기때문에추가적인페이로드를적재하였을경우에도충분히비행가능 TGY AerodriveXp 25 SK Series 35-42 1000Kv 변속기 변속기는모터의소모전력에맞추어선정하였으며 BEC 전압 5V 으로비 행제어기에전원으로사용합니다. [RS ] ESC 50A - Super BEC 프로펠러 12 인치프로펠러를사용하였을경우약 4 kg 의추력을가질수있으며 10 인치프로펠러를이용할경우약 3 kg 의추력을생성할수있습니다. 그림 9 APC 12x3.8SF
- 7 - 배터리 신비차는 14.8v 6,000 mah 배터리를 2 개를병렬 (12,000 mah) 사용 Turnigy nano-tech 6000mAh 4S 25~50C 주행 / 비행제어기 자체제작한주행 / 비행제어기를사용
- 8 - B. 창의성부문 1. 형상 (1) 형상의참신성비행이필요할시후륜부분에겹쳐져있는프로펠러를올려비행가능한상태로변형한다. 주행시에는프로펠러부분을접어주행시방해가되지않도록하여, 기존의도로에적합한폭을확보하도록한다. (2) 형상의단순성 ( 고장발생가능성 ) 비행 / 주행시의신비차의구조적 / 기구적인형상을단순하게구성하여고장요소를줄였다. 주행을위한별도의동력원이두지않고비행시사용하는모터를주행에도다시사용하여구조의복잡성을줄였다. (3) 주행모드시도로주행현실성주행모드일시의가장큰걸림돌은신비차의큰폭으로인한도로중해에서의한계이다. 이러한어려움을극복하기위해프로펠러를접어신비차의폭을줄일수있도록하였다.
- 9 - (4) 비행모드시비행제어현실성 비행모드시비행안정성을확보하기위해비행동력을제공해주는프로펠러의위치확보가필요하며이를위해서프로펠러를접을수있도록제작하였다. 프로펠러가펼쳐졌을때 6X 형상으로통상적으로멀티로터형상에사용하는방식으로비행제어기제작의어려움이없다. 2. 주행방식 (1) 조향방식의참신성조향시스템의경량화단순화를위하여조향용서버와직렬로연결한조향시스템을제작, 경량의바퀴와, 카본봉을사용하였음. (2) 주행동력전달방식의참신성주행과비행동력시스템이이원화되어있을경우신비차의무게가증가하게되고따라서효율또한줄어들게된다. 따라서이러한문제점을해결하기위해서비행동력과주행동력을일원화하기위해서후륜에비행용모터의추력을사용하기위한 3D 프린터를이용하여허브를제작하였다.
- 10 - 제작된허브를이용하여아래그림과같이프로펠러의동력축과주행바퀴의동력 축을결합함으로서비행용모터의추력을주행을위해서사용함. 전후진을위한바퀴의정 / 역방향의변환은헬리콥터에사용하는 MainGear 의원 웨이베이링을뒷바퀴양쪽에장착하여전후진시뒷바퀴의좌 / 우의프롭한쪽을 회전하면차량이원웨이베이링으로인하여전 / 후진중하나의동작을하게됨
- 11-3. 비행방식 (1) 비행에이득을주는요소 안정적으로추력을확보하기위한방법으로 6X 형태의멀티로터비행방식을사용 4. 주행모드, 비행모드변환방식 (1) 모드변환시참신성비행시에만필요로하는프로펠러를아래의그림과같은기구를이용하여모드변환시킨다.
- 12 - 아래의그림은제작중인신비차의주행모드시프로펠러를접은상태로뒷바퀴와 연결과허브와연결되어동력을전달할수있도록한다. 다음그림은비행모드시프로펠러를펼친신비차의사진으로리니어서버를이용 하여프로펠러를잡고있는축을펼친다.
- 13-5. 동력원 (1) 독창적인동역원사용여부 / 녹색기반에너지원허브를이용하여비행용모터를주행용동력으로사용함으로서기체의무게를줄였으며, 전기를이용하는모터를사용하여친환경성과효율을높였다.
- 14 - C. 제작부문 1. 기체소재의특성 (1) 강도 ABS 플라스틱, 카본파이프를사용하여기체강도를높였다. (2) 형상제작의편의 기성품인카본파이프를 ABS 플라스틱소재로링크시키는조립식구 조로제작의편의성확보 (3) 가벼운소재 경량고강성소재은카본파이프를사용함으로서다른소재를사용했을 시보다적은재료를사용하더라고충분한강성을얻음. (4) 소재의현실성 카본파이프는대량생산이용이함으로카본파이프를기본구조를한 신비차의제작은가능할것으로판단된다.
- 15-2. 제작능력 (1) 휠, 조향장치 High Torque 서버모터를사용하여조향하는방식을사용하여무게를 구조를단순화시켰습니다. (2) 힌지, 링케이지 조향장치를이루는부분을힌지로구성하였으며, 상부커버를연결하 는부분도힌지로구성되어있습니다.
- 16 - 그리고뒷바퀴동력을전달하는부분도아래의그림과같이제작하여사용 하고있습니다.
- 17 - (3) 날개, 동체의비틀림 동체를트러스트구조로제작하여동체의비틀림을최소화하였습니다. (4) 엔진고정 후방알루미늄각재를이용하여고정하였으며전방은 ABS 재질로구조 로만들어고정하였습니다. (5) 완성도 ( 강도, 무게 ) 동체가비틀림없는안정적인모습을보여주었으며무게는동체무게만 4.5kg 기타배터리등의기타장비가추가되어도 6kg 을넘지않았다. (6) 완성도 ( 동작성능 ) 모드변환, 주행등정상동작하였다.
- 18 - (7) 완성도 ( 외형 ) 전체적인모습은아래와같고, 전면부커버를제작중입니다.