EESTI MAAÜLIKOOL Tehnikainstituut

Taavi Meus

TELIK OPEN UAV DROONILE

LANDING GEAR FOR OPEN UAV

Bakalaureusetöö Tehnika ja tehnoloogia õppekava

Juhendaja: lektor Marten Madissoo, PhD

Tartu 2020

2

Eesti Maaülikool

Kreutzwaldi 1, Tartu 51014

Bakalaureusetöö lühikokkuvõte

Autor: Taavi Meus Õppekava: Tehnika ja tehnoloogia

Pealkiri: Telik open UAV droonile

Lehekülgi: 46 Jooniseid: 21 Tabeleid: 4 Lisasid:10

Osakond / Õppetool: Biomajandustehnoloogiate õppetool ETIS-e teadusvaldkond ja CERC S-i kood: 4. Loodusteadused ja tehnika Juhendaja(d): Marten Madissoo

Kaitsmiskoht ja -aasta: Tartu 2020

Mehitamata lennumasina telikute kohta on vähe infot. Üliõpilaste projekti raames on teha

ühtne dokument, kuhu on võimalik soovijatel ligi pääseda. Töö eesmärgiks on luua valmis

teliku lahendus üliõpilasprojekti raames. Töös kasutatakse kirjanduse ülevaates

varasemalt ilmunud artikleid ja raamatuid. Projekteerimisel kasutatakse tarkvara Solid

Edge 2020 ning selle programmi erinevaid keskkondi. Töö tulemusena valmis, mille

põhjal oleks võimalik valmis ehitada ning edasi arendada telikuid. Peamine telik valmis

lehtmetallist ning on muutuva ristlõikega hajutamaks pingete tekkimist teliku ja

lennumasina ühendamiskohas. Eesmine telik valmis erinevatest võllidest ning

kronsteinidest. Eesmisel telikul kasutati tõmbevedrut, mille asemel saab tulevikus

kasutada teisi lööke summutavaid elemente nagu amortisaatoreid.

Märksõnad: telik, üliõpilasprojekt, projekteerimine

3

Estonian University of Life Sciences Kreutzwaldi 1, Tartu 51014

Bachelor’s Thesis

Author: Taavi Meus Curriculum: Engineering

Title: Landing gear for open UAV drone

Pages: 46 Figures: 21 Tables: 4 Appendixes: 10

Department / Chair: Chair of Biosystems Engineering

Field of research and (CERC S) code: 4. Natural Sciences and Engineering

Supervisors: Marten Madissoo

Place and date: Tartu 2020

There is little information about unmanned aerial vehicle landing gears. A compressed

document is made after student project ends, granted access for those to wish to get access.

The aim of this thesis is to create finished landing gear project. To write the thesis there

are used literature and books. Solid Edge 2020 and its different environments are used to

design the landing gear. Main landing gear is made from sheet metal and has variable

cross section to dissipate stress. The front landing gear is made from different shafts and

brackets. A tension spring was used in front landing gear, which can be replaced by other

types of shock absorbers.

Keywords: landing gear, student project, designing.

4

SISUKORD

SISSEJUHATUS ................................................................................................................... 5

1. KIRJANDUSE ÜLEVAADE ........................................................................................ 6

1.1. Telikute liigitus ....................................................................................................... 6

1.1.1. Telikute liigitus rataste asetsemise järgi .............................................................. 6

1.1.2. Telikute liigitus vastavalt funktsionaalsusele .................................................. 9

1.1.3. Löögi summutamise viisi järgi ...................................................................... 10

2. EKSPERIMENTAALNE OSA ................................................................................... 13

2.1. Telikute analüüs .................................................................................................... 13

2.2. Telikute projekteerimine ....................................................................................... 13

2.2.1. Teliku kõrguse määramine ................................................................................ 14

2.2.2. Telikule mõjuvate jõudude määramine.......................................................... 19

2.2.3. Tagumise teliku projekteerimine ................................................................... 21

2.2.4. Eesmise teliku projekteerimine ...................................................................... 27

KOKKUVÕTE .................................................................................................................... 31

KASUTATUD KIRJANDUS .............................................................................................. 33

SUMMARY ........................................................................................................................... 34

LISAD ................................................................................................................................. 36

Lisa 1. Tehnilised joonised .............................................................................................. 37

Lisa 2. Lihtlitsents lõputöö salvestamiseks ja üldsusele kättesaadavaks tegemiseks ning juhendaja(te) kinnitus lõputöö kaitsmisele lubamise kohta ............................................. 46

5

SISSEJUHATUS

Telik on „ratastega lennukiosa, mis on tarvilik startimiseks, maandumiseks ja

ruleerimiseks“[1].

Lõputöö sisuline osa koosneb kahest osast, milleks on kirjanduse ülevaade ja teliku

projekteerimine. Teoreetilises ülevaates kirjeldatakse telikuid varasemalt avaldatud artiklite

ja raamatute põhjal, milles käsitletakse erinevate asetuste, funktsionaalsuse ning löögi

summutamisega telikuid. Teliku projekteerimisel lähtutakse varasemalt avaldatud artiklitest

ja raamatutest, mille järel hakatakse eelneva analüüsi tulemusel looma sobivaimat telikut.

Eesmise ja tagumise ehk peamise teliku projekteerimise eelselt arvutatakse välja nende

kõrgus ning neile mõjuvad jõud.

Open UAV ehk avatud platvormiga mehitamata lennumasin on pikaajaline projekt, milles

üliõpilastel on võimalus osaleda lennumasina arendamises, projekteerimises ja ehituses.

Projekti eesmärgiks on luua lennumasin, mille saaks igaüks ise valmis ehitada.

Üliõpilasprojekti valmimisel luuakse avatud andmekogu, millele pääseb soovija ligi. [2] Töö

kirjutamise hetkel ei leidu selgeid ja konkreetseid juhiseid ega informatsiooni lennumasina

ehituseks, mistõttu on antud töö eesmärgiks projekteerida projekti open UAV raames

üliõpilaste poolt ehitatavale droonile töötava teliku esimene versioon. Bakalaureuse töö

ülesandeks on projekteerida ja seejärel uurida teliku konstruktsiooni vastupidavust etteantud

jõududele.

Töö kirjanduslikus osas kasutatakse erinevaid artikleid ning allikaid. Artikleid ja allikaid

leidub vähe, millest enamus on piiratud juurdepääsuga. Teliku projekteerimiseks kasutatakse

tarkvara Solid Edge 2020. Teliku testimiseks arvutatud jõududele kasutatakse Solid Edge

2020 simulatsiooni keskkonda. Töö tegemisel lähtutakse varasemalt sama projekti raames

valminud mudelitest.

6

1. KIRJANDUSE ÜLEVAADE

1.1. Telikute liigitus

Telikuid on võimalik liigitada mitmeti. Üheks võimaluseks on rataste asetsemise järgi, kus

eristatakse nelja peamist asetust, milleks on ühe peamise rattaga, jalg- või tagaratta ning

kolmikratta tüüpi. Lisaks liigitatakse ka lähtuvalt funktsionaalsusest ehk kas on tegemist

klapitava, lahti laskva või mitteklapitava telikuga. Viimaseks liigituseks on löögi

summutamise viis – jäiga kinnitamisviisiga või oleo-pneumaatiline löögi summutamine.

1.1.1. Telikute liigitus rataste asetsemise järgi

1.1.1.1. Ühe peamise rattaga

Kõige lihtsam on ühe peamise rattaga teliku konfiguratsioon (joonis 1), mis kannab peamise

osa õhulennuki massist. Lisaks on sel suurele rattale olemas ka väikene abiratas saba all.

Mõlemad rattad asetsevad ühel teljel ning peamine ratas on kordades suurem kui abiratas.

Põhiratas asub massikeskmest eespool ning on lähedal lennumasina massikeskmele, samas

kui abiratas on paigutatud võimalikult kaugele. Lihtsa konstruktsiooni tõttu on ka enamus

purilennukeid taolise ehitusega. Mõlemad rattad ei ole sisse tõmmatavad ning ratta

väljaulatavad osad on väikesed, mis muudab õhutakistuse väiksemaks. Telikul on vaid kaks

ratast, mistõttu võib lennumasin seistes ümber kukkuda. Tänu sellele peab kere toestama.

Kere toestatakse kahe väikese abirattaga, mis paigutatakse massikeskmest võimalikult

kaugele. Antud tüüpi telikul on kaks eelist: lihtsus ning väikene kaal. Miinuseks on pikema

maa vajadus õhku tõusuks. [3]

Joonis 1. Ühe peamise rattaga tüüpi telik (modifitseeritud) [4]

7

1.1.1.2. Jalgratta tüüpi

Antud konstruktsioonis on kasutusel kaks peamist ratast (joonis 2). Üks ratas asub

lennumasina massikeskmest eespool ja teine tagapool. Mõlemad rattad asuvad kere all.

Lisaks kasutatakse kahte väikest ratast tiibade all, et vältida lennumasina ümber kukkumist.

Ratastel langeb samasugune koormus, kuna nende vahe on võrdne ning mõlemad asuvad

lennumasina massikeskmest samal kaugusel. Antud tüüpi teliku konfiguratsioonil on kaks

plussi: lihtsus ja kerge kaal. Võrreldes telikuga, millel on üks peamine ratas, on see

ebastabiilsem. [3] Võimalikuks põhjuseks võib pidada massi jaotumist kahe peamise ratta

vahel.

Joonis 2. Jalgratta tüüpi telik (modifitseeritud) [4]

1.1.1.3. Tagaratta tüüpi

Tagaratta ehk konventsionaalne telik koosneb eesmisest ja tagumisest osast. Eesmine telik

koosneb kahest rattast ja on toodud ettepoole kui on lennuki massikese. Selle tõttu on lennuk

viltuses asendis ning vajab saba alla kolmandat ratast kere toetamiseks. Tänu sellele ei lohise

saba mööda maad kaasa, vaid on maast lahti. Antud tüüpi telik annab kerele kalde, mis

võimaldab kasutada suuremaid propellereid. Seetõttu saab lennukil kasutada väiksemaid

mootoreid. [5] Teliku skeem on toodud joonisel 3.

Joonis 3. Tagaratta tüüpi teliku skeem [5]

8

Eesmisele rattale koondub kogu massist umbes 80-90% ja taga rattale umbes 10-20%.

Lennumasinal on antud teliku konfiguratsiooniga kolm pidepunkti maaga, mis teeb selle otse

sõites maa peal stabiilsemaks, kuid pöörates ebastabiilsemaks. Kui saba all olevat ratast

mingisuguses suunas pöörata, tekib tsentrifugaaljõud peamistest ratastest tagapool asuva

massikeskme tõttu. Selle tulemusel lennuk kaldub. Kui lennuki kiirus muutub suureks võib

tsentrifugaaljõud ületada rataste hõõrdejõu ning lennumasin võib ümber kukkuda. [3]

1.1.1.4. Kolmikratta tüüpi

Enim kasutatakse lennunduses kolmikratta konfiguratsiooni (joonis 4). Peamised rattad

paiknevad massikeskme lähedal, samas kui eesmine pööratav ratas asub massikeskmest

kaugemal. Mõlemad peamised rattad asuvad kesk telje suhtes võrdsel kaugusel, mistõttu on

ka kantav mass samasugune. Peamised rattad kannavad umbes 80-90% kogu massist ning

eesmisele rattale jääb kanda umbes 10-20% kogu kaalust. Eelnevate tüüpidega võrreldes on

sellist tüüpi konfiguratsiooni kasutades lennumasin stabiilseim. Lennumasina kere on

horisontaalne maapinnaga, mistõttu on seda kergem juhtida ja kontrollida. [3] Võrreldes

tagaratta tüüpi konstruktsiooniga on kolmikratta tüüpi konstruktsioon ohutum ja sellist tüüpi

õhumasinaid kasutatakse algajate koolitamiseks ning kommertslendudeks. [6]

Joonis 4. Kolmikratta tüüpi konfiguratsioon (modifitseeritud) [4]

1.1.1.5. Teliku konfiguratsiooni võrdlus

Kõigil telikute asetusel on omad positiivsed ja negatiivsed küljed (tabel 1). Kõige paremaks

konfiguratsiooniks on kolmikratta tüüp, kuna see omab stabiilsust nii takseerides kui ka

maapinnal sõites. Lisaks annavad need ka eelise õhku tõusmisel ja maandumisel. Samas on

kolmikratta tüüpi teliku maksumus suurem kui teistel. Kolmikratta tüüpi telikule järgnevad

tagaratta ja jalgratta tüüp ning ühe peamise rattaga telik [3].

9

Tabel 1. Erinevat liiki telikute konfiguratsiooni võrdlus, kus 10 on parim ja 1 on halvim

(modifitseeritud) [3]

Faktor Ühe peamise rattaga

Jalgratta tüüpi

Tagaratta tüüpi

Kolmikratta tüüpi

Maksumus 9 7 6 4 Lennumasina kaal 3 4 6 7 Tootlikkus 3 4 5 7 Õhku tõus ja maandumine

3 4 6 10

Stabiilsus maal 1 2 7 9 Stabiilsus takseerides 2 3 1 8 Kokku 21 24 31 45

1.1.2. Telikute liigitus vastavalt funktsionaalsusele

1.1.2.1. Lahti laskev telik

Sellist tüüpi telikutel lastakse telik lahti peale õhku tõusu. Teliku lahti laskmisel väheneb

lennumasina kaal märgatavalt. Tavaliselt kasutatakse sellist tüüpi telikut lennumasinatel,

mis kunagi ei maandu või millel on olemas tagavararattad. Plussiks sellise süsteemi

kasutamisel on kaalu vähenemine, mis annab lennumasinale parema võimekuse. Samas peab

arvestama, et kui tahetakse lennumasinaga veel maanduda, peaks sellist lahendust

vältima. [3]

1.1.2.2. Fikseeritud telik

Fikseeritud telik on jäigalt kinnitatud lennumasina kere külge, mistõttu ei saa seda kokku

klappida ega liigutada. Telik on kogu lennu vältel väljas, mistõttu suureneb lennumasina

õhutakistus ja seega väheneb võimekus. Lennuki kerestruktuuri ei ole vaja fikseeritud teliku

kasutamisel modifitseerida. [3] Sellist tüüpi telikud on kasutusel odavamates ja väiksemates

lennumasinates, kuna struktuur jääb puutumata ning ei ole tarvis lisatoestamist.

1.1.2.3. Kokku klapitav telik

Kokku klapitav telik klapitakse lennu ajaks lennumasina sisse. Lisaks paraneb lennuki

võimekus tänu õhu takistuse vähenemisele. Miinuseks on lennumasina kõrge hind, kuna on

vaja leida lennukis koht teliku paigutamiseks. [3]

10

1.1.2.4. Telikute võrdlus funktsionaalsuse seisukohalt

Fikseeritud ja kokku klapitava teliku võrdlus on esitatud tabelis 2. Fikseeritud teliku plussiks

on kergem konstruktsioon ning lihtsus tootmisel ja hooldamisel. Lisaks jääb muutmata

lennumasina struktuur ning telik ise on stabiilsem tänu fikseerimisele. Samas on õhutakistus

pöördvõrdeline lennumasina võimsusega. Kokku klapitaval telikul on lennumasina struktuur

tugevdatud tänu ümberehitustele, mis muudab hinna kallimaks. Lisaks mõjutavad hinda ka

tootmis- ja hooldamiskulud. Kui kallidus ei ole oluline, siis tuleks valida kokku klapitav

telik, kuna väheneb lendamisel õhutakistus.

Tabel 2. Telikute võrdlus funktsionaalsuse seisukohalt (modifitseeritud) [3]

Faktor Fikseeritud telik Kokku klapitav telik Hind Odavam Kulukam Kaal Kergem Raskem Disain Lihtsam Raskem Tootmine Kergem Raskem Hooldus Lihtsam Raskem Õhutakistus Suurem Väiksem Lennumasina võimsus Väiksem Suurem Teliku stabiilsus Stabiilsem Vähem stabiilsem Mahutavus Ei vähenda Vähendab Kokku klappimise süsteem

Ei vaja Vajab

Kütuse mahutavus Suurem Väiksem Lennumasina struktuur Muutmata Tugevdatud

1.1.3. Löögi summutamise viisi järgi

1.1.3.1. Jäiga kinnitusega

Telik peab olema võimeline summutama lööke maandumisel. Selleks on kasutusel enamasti

kaalult kergete, suuruselt väikeste ja/või kodus ehitatud lennumasinates jäiga kinnitusega

vedru või võll. Jäiga kinnituse puhul teeb kogu summutamise töö ära lennumasina ratas või

vedru. Suuremate ja raskemate lennumasinate puhul ei soovitata selliselt lööki summutada.

[3]

Fikseeritud vedrustuse peamised eelised on odavus, jämedus, vastupidavus ning kerge

paigaldatavus. Õhuke lehtvedru tekitab vähem õhutakistust. Rattad ja teised teliku osad

tekitavad aga suurt õhutakistust, mistõttu on vajalik ratastele peale paigaldada kate.

11

Peamised puudused jäiga kinnitusega telikul on jõu ülekandumine lennumasinale tänu suure

jõu õla tõttu ning telikut ei ole võimalik lennu ajaks kokku pakkida. Lisaks on halb

summutamise võime.[6]

Joonis 5. Fikseeritud vedrustus [3]

1.1.3.2. Oleo-pneumaatiline amortisaator

Oleo-pneumaatiline amortisaator on kokku kombineeritud vedrust ja hüdraulilisest

summutist. Oleo-pneumaatiline löögi summutuse viis on levinuim, kuna selline amortisaator

pakub väga head sõidu kvaliteeti isegi ebatasasel pinnasel. Oleo-pneumaatiline amortisaator

tagab parema löögi summutuse, mis tähendab seda, et maandumisel ei lange nii suured jõud

lennuki struktuurile. Samuti on võimalik sellist amortisaatori tüüpi kasutades pakkida telik

lennuki sisse, vähendamaks õhu takistust. Üheks suureks miinuseks on sellist tüüpi

amortisaatori puhul kallidus ning keeruline hooldus ja remont. [6] Oleo-pneumaatiline

amortisaator on amortisaator, kus on sees nii gaas kui ka hüdrovedelik. Koormusel pressib

hüdrovedelik gaasi kokku ning koormuse langusel surub gaas amortisaatori algsesse

asendisse. [7]

Joonis 6. Oleo-pneumaatiline amortisaatori tüüpi telik [6]

12

1.1.3.3. Jäiga kinnitusega ja oleo-pneumaatilise amortisaatori võrdlus

Jättes kõrvale maksumuse, on võimalik järeldada, et parem on oleo-pneumaatilne

amortisaator, kuna sel on väiksem õhutakistus ning parem amortiseerimisvõime (tabel 3).

Tabel 3. Jäiga kinnitusega ja oleo- pneumaatilise amortisaatori võrdlus

Faktor Jäiga kinnitusega amortisaator

Oleo-pneumaatiline amortisaator

Hind Odavam Kulukam Amortiseerimise võime Halvem Parem Ehitus Kergem Keerulisem Hooldus Kergem Keerulisem Paigaldus Kerge Keerulisem Õhutakistus Suurem Väiksem või puudub

13

2. EKSPERIMENTAALNE OSA

2.1. Telikute analüüs

Toetudes kirjanduse ülevaatest tehtud uuringutele, võib järeldada, et kõige parema tulemuse

saavutab, kui kasutada teliku konstrueerimisel kolmikratta tüüpi rataste asetust. Eeliseks

teiste ees on see, et saavutatakse kergemini lennumasina stabiilsus maapinnal, kuna laiast

tiivaulatusest tingituna peavad teliku rattad asetsema üksteisest võimalikult kaugel. Samuti

oleks üheks võimaluseks kasutada tagaratta tüüpi teliku asetust, kuna seal on massikeskme

asukoht peamiste rataste juures ja on laiali haardes. Samas halvendab lennumasina

kasutamist tagant lükkav propeller, mis võib hävineda maaga kokku puutudes.

Sobilik oleks fikseeritud telik, kuna selle eeliseks on lennumasina mittekahjustamine ega

üldise struktuuri nõrgendamine. Kolmandaks tuleks kasutada tagumise teliku puhul jäiga

kinnitusega fikseeritud amortisaatorit ning eesmisel telikul vedru amortisaatorit. Oleo-

pneumaatilise amortisaatori kasutamine eesmisel telikul on võimalik ja oleks ka parim

lahendus, kuid tegemist on kallima detailiga. Seetõttu oleks mõistlik katsetamise eesmärgil

piirduda esmalt vedruga, kuna tänu jäiga kinnitusega amortisaatori kasutamisele ei mõju

eesmisele telikule suur koormus.

2.2. Telikute projekteerimine

Teliku projekteerimiseks ning katsetamiseks kasutatakse tarkvara Solid Edge 2020. Teliku

projekteerimisel toetutakse varasemalt ilmunud kirjandustele, et täita kindlaid tingimusi ning

vältida teliku või lennumasina purunemist teliku toimimisel.

Õhusõiduki disain baseerub droonil RQ-2 Pioneer’il. Esialgsetes plaanides on lennusõiduki

kaal 16 kg ja edasi liikumiseks kasutatakse elektrilist mootorit. 2020. aasta juuniks on

planeeritud valmis ehitada esimene lennusõiduk. Drooni disainimise nõuded: laiatiivaline;

kahe sabaga disain; kerge monteerimine ning mahtuvus autosse; maandumisteks ja õhku

tõusmiseks telik; mahutavus erinevatele laadungitele; kerge ja odav hooldada. Drooni

spetsifikatsioon: tiibade ulatus 3,5 m; tiibade ruumala 1,23 m2; lennu kõrgus 2000 m;

mootori võimsus 2,9 kW; lendamise kiirus 20 m/s. [8]

14

2.2.1. Teliku kõrguse määramine

Esialgses versioonis tehakse telik kolmikratta tüüpi asetuses. Peamine telik peab asuma

massikeskmest tagapool, muidu võib lennumasin üle kalduda ning teha kahju lennumasinale.

Lennumasina telik peab asuma maksimaalselt 15° kaugusel, see tähendab, et vertikaalne

nurk, mis jookseb läbi teliku rataste, ja teliku massikeskme vaheline nurk ei tohi ületada 15°,

muidu ei ole lennumasin võimeline õhku tõusma [6]. Nurk teliku ja massikeskme vahel peab

olema võrdne või suurem, mis on teliku ja saba kõige alumise punkti vahel. Suurem võib

olla tänu sellele, et sellisel juhul jõuab lennuk õhku tõusta enne, kui lennumasina saba puutub

maad. Teada on, et praegusel hetkel projektis kasutusel oleva propelleri läbimõõt on 26 tolli

ehk 660,4 mm, kuid projektijuht soovis, et teliku arvutamisel arvestaks propelleri

diameetriks 28 tolli ehk 711,2 mm. Propelleri kaugus saba kaugeimast punktist, mis läheb

kallutamisel vastu maad, on 790 mm kaugusel (mööda horisontaalset telge). Propelleri

keskpunkt on mööda vertikaalset telge pidi kõige kaugemast saba punktist 100 mm allpool

(joonis 7).

Joonis 7. Propelleri ja saba kaugeima punkti vahele tekkinud nurk α. a – propelleri

keskpunkti kaugus saba kaugeimast punktist mööda vertikaaltelge; d – propelleri läbimõõt;

l – propelleri minimaalseim kaugus saba kaugeimast punktist mööda horisontaalset telge.

Võttes arvesse eelnevaid andmeid on võimalik välja arvutada minimaalne nurk teliku ja saba

kõige kaugema punkti vahel valemiga 1.

15

Kus, d - propelleri läbimõõt

a - propelleri keskpunkti kaugus saba kaugeimast punktist mööda

vertikaaltelge

l - propelleri minimaalseim kaugus saba kaugeimast punktist mööda

horisontaalset telge

α - nurk teliku ja saba alumise punkti vahel

Seejärel tuleb arvutada välja minimaalne nurk, mis peab olema teliku ja saba kõige alumise

punkti vahel. Valemist 1 on tuletatud nurk

Leidsin, et nurk teliku ja saba kõige kaugema punkti vahel peab olema vähemalt 30,12°.

Vältimaks võimalust, et propeller läheb vastu maad enne saba, võtan nurgaks 31°.

Tagumise teliku kõrguse määramiseks on vajalik teada raskuskeskme asukohta.

Raskuskeskme asukoht on varasemalt välja arvutatud Eesti lennuakadeemia tudengite poolt.

Lennumasina raskuskeskme asukoht jääb tiiva esimesest punktist 120 mm saba- ning

lennumasina kere ülemisest punktist 90 mm allapoole. Vastavalt tiiva asukohale saan kätte

raskuskeskme kauguse saba kõige kaugemast punktist. Lennuakadeemias valminud mudeli

põhjal saan mööda horisontaalset telge saba kõige kaugema punkti ja raskuskeskme

vaheliseks kauguseks 1290 mm ning vertikaalset telge pidi 70 mm (joonis 8). Teades

varasemast, et lennumasina tagumise teliku ning saba vaheline nurk peab olema vähemalt

31°, saan välja arvutada teliku kõrguse võttesse arvesse, et ratta läbimõõt on 190 mm. Selleks

leian Pythagorase teoreemiga (valem 2) kolmnurga kõrguse (joonis 8), mis moodustub saba

alumise punkti ja raskuskeskme vahel.

16

Joonis 8. Raskuskeskme ja saba alumise punkti vahele moodustunud kolmnurk. b –

moodustunud kolmnurga kõrgus; l1 – raskuskeskme kaugus saba kaugeimast punktist

(horisontaalne telg).

Kus, b - lennumasina saba kõige kaugema punkti kõrgus raskuskeskmest mööda

vertikaalset telge

l1 - lennumasina raskuskeskme asukoht saba kaugeimast punktist mööda

horisontaalset telge

α - nurk teliku ja saba alumise punkti vahel

Leian valemiga 2 kõrguse raskuskeskme juurest.

Joonisel 9 on näha kolmnurka, mis tekib teliku ning raskuskeskme vahel ja moodustunud

nurkasid. Varasemalt leitud nurk teliku ja saba kaugeima punkti vahel võimaldab leida nurga

, mis on raskuskeset läbiva vertikaaltelje ning saba läbiva teliku puutuja vaheline nurk.

α = 90°-α = 90°-31° = 59° . Kolmnurga sisenurgad moodustavad 180°. Seda teades saan

arvutada välja nurga β = 180°-α-γ = 180°-59°-15° = 106°

17

Joonis 9. Teliku ning raskuskeskme vahele tekkinud kolmnurk. α - raskuskeset läbiva

vertikaaltelje ning saba läbiva teliku puutuja vaheline nurk; β – saba läbiva teliku puutuja

ja raskuskeskme ning teliku vaheline nurk; γ – raskuskeskme ja teliku vaheline nurk; a –

kaugus raskuskeskme ja teliku puutuja vahel; b - lennumasina saba kõige kaugema punkti

kõrgus raskuskeskmest vertikaalset telge pidi; c – nurga γ vastas olev külg.

Teades, et raskuskese asub 70 mm allpool saba kaugeimast punktist, saab leida kasutades

siinusteoreemi moodustunud kolmnurgast kauguse raskuskeskme ja teliku puutuja vahel

(valem 3).

Kus, α, β, γ - kolmnurga sisenurgad

a, b, c - kolmnurga sisenurkade vastas olevate külgede pikkused

Leian läbi siinusteoreemi kolmnurga külje pikkuse, mis moodustub raskuskeskme ja teliku

puutuja vahel.

Teades, et moodustunud kolmnurga vahel on tipu nurk 15°, saab leida Pythagorase teoreemi

kasutades ratta kõige alumise punkti ja raskuskeskme vahelise kauguse mööda vertikaaltelge.

18

Teades, et raskuskese asub kere ülemisest punktist 90 mm allpool ning et kere ise on 256

mm kõrge (joonis 10), saan leida, kui kõrge peab olema telik koos rattaga (valem 4).

Joonis 10. Teliku ja raskuskeskme vahele tekkinud nurk ning teliku kõrgus. a - kaugus

raskuskeskme ja teliku puutuja vahel; d – ratta kõige alumise punkti ja raskuskeskme

vaheline kaugus mööda vertikaaltelge; h – teliku kõrgus; h1 – raskuskeskme asukoht kere

alumisest punktist.

Kus, d - teliku madalaima punkti kaugus lennumasina raskuskeskmest

h1 - lennumasina raskuskeskme asukoht kere alumisest punktist

h - teliku kõrgus

Vältides propelleri hävinemist tänu maapinnaga kokkupuutumisele võtan teliku kõrguseks

445 mm. Leian tagumise teliku laiuse, teades, et nurk raskuskeskme ja rataste puutepunkti

vahele moodustuv nurk peab olema üle 25°, et lennumasin ei kukuks ümber maandumisel ja

maa peal pööramisel [6]. Teades teliku kõrgust saab selle Pythagorase teoreemi kasutades

välja arvutada.

19

Kus α - nurk kesktelje ja ratta puutuja vahel

a - kaugus lennumasina kesktelje ja rataste puutepunkti vahel

h - teliku kõrgus koos ratastega

Leitud kaugusest on võimalik näha, et a väärtus ehk teliku ratta keskpunkt lennumasina

kaugus keskteljest peab olema vähemalt 207,5 mm. Arvestades, et projekti raames loodud

lennumasina tiiva ulatus on oma kere kohta väga lai siis võtame ohutuks kauguseks 300 mm,

mis teeb kahe ratta omavaheliseks vahekauguseks 600 mm (joonis 11).

Joonis 11. Teliku rataste vahekaugus ning moodustunud nurk ratta ja raskuskeskme vahel.

α – nurk kesktelje ja ratta puutuja vahel 2a – kahe ratta puutuja vahe; h – teliku kõrgus

koos ratastega.

Projekteerimise üheks tingimuseks oli reguleeritava kõrgusega telik. Rataste diameeter on

150 mm ja ratta paksus on 32 mm. Rataste andmeid teades saan teha kronsteini, mida saab

keerata nii ühte kui ka teistpidi, ehk algasendis on madalaim aste 445 mm ja muudetavas

asendis on telik koos ratastega 30 mm kõrgem.

2.2.2. Telikule mõjuvate jõudude määramine

Telikule on vaja leida mõjuvad jõud. Selleks leian tagumise teliku kesktelje kauguse

raskuskeskmest. Teliku kaugust raskuskeskmest on võimalik leida kasutades Pythagorase

teoreemi ja varasemate arvutuste käigus leitud kolmnurga hüpotenuusist (joonis 10).

20

Arvutuste põhjal on näha, et tagumise teliku kesktelje kaugus raskuskeskmest asub mööda

horisontaalset telge 157,19 mm kaugusel. Vähendades riske, et lennumasin suudaks õhku

tõusta, võtan kauguseks 155 mm, et tagumise teliku ja raskuskeskme asukoha vaheline nurk

ei ületaks kindlasti 15°.

Võtan esimese teliku kauguseks tagumisest telikust 950 mm, see tähendab, et esimene telik

jääb raskuskeskmest 795 mm kaugusele (joonis 12). Kõigepealt on vaja leida lennumasinale

mõjuv raskusjõud (valem 5). Vastavalt nendele teadmistele leian telikutele mõjuvad jõud

valemiga 6.

Kus, F - lennumasinale mõjuv raskusjõud

m - lennumasina mass

g - gravitatsioonikonstant

Leian lennumasinale mõjuva raskusjõu.

Joonis 12. Jõudude skeem. A – eesmise teliku asukoht; B – raskuskeskme asukoht; C –

tagumise teliku asukoht; F – lennumasinale mõjuv raskusjõud; F1 – eesmisele telikule

mõjuv jõud; F2 – tagumisele telikule mõjuv raskusjõud

21

Kus, F1 - eesmisele telikule mõjuv raskusjõud

F - lennumasina raskusjõud

l2 - tagumise teliku kaugus raskuskeskmest

l - eesmise ja tagumise teliku kaugus

Leian eesmisele ja tagumisele telikule mõjuvad jõud valemiga 6.

Leitud jõududest näen, et kogu raskusest läheb eesmisele telikule ligi 16%, mis on sellise

teliku lahenduse kasutamisel eeliseks. Veendumaks, et leitud jõud on õiged kasutame

jõudude tasakaalu võrrandit 7.

Kus, M - jõumoment

F1, F2 - jõud

l1,l2 - jõu õlg

Leidmaks jõudude tasakaalu võrrandi järgi mõjuvad jõud asetan algpunkti suvalisse punkti,

näiteks punkti A. Jõumomendi kokkulepitud suund, mis on vastu kellaosuti suunda, on

positiivne.

Jõudude tasakaalu võrrandist selgub, et leitud jõud on ligilähedased nullile. Nulliga võrduma

ei tohi panna, sest eespool jõudude välja arvutamise juures on ümardatud.

2.2.3. Tagumise teliku projekteerimine

Tagumise teliku materjaliks oleks sobilik DIN (Deutches Institut für Normung) 1.4301, kuna

tegemist on kuumvaltsitud roostevabast terasega. DIN 1.4301 ei hakkaks roostetama ning

22

antud roostevaba teras on heade mehaaniliste omadustega [9] ja laialdaselt kättesaadav ning

odavam võrreldes teiste roostevabade terastega. Antud terasel on venivuspiiriks 230 MPa-d.

Tõmbetugevuseks 540…750 MPa-d. Vastavalt lehtvedru paksusele, milleks võtan 6 mm,

teen valmis tagumise teliku, mis vastaks eespool leitud nõuetele.

Teliku sobivust katsetatakse Solid Edge 2020 simulatsiooni keskkonnas. Simulatsiooni

keskkonnas peab valima uue uuringu. Vajadusel on võimalik materjali omadusi muuta.

Antud uuringus on muudetud venivuspiiri ning ka tõmbetugevust, et simulatsioonis oleks

sarnased väärtused DIN 1.4301-le. Peale uue uuringu ja materjali omaduste määramist

defineeritakse järgnevad uuritavad detailid, millele saab simulatsioonis määrata mõjuvad

jõud, nagu näiteks pinge, jõud, vääne jne. Koostu testimiseks on tarvis kõik detailid

omavahel ühendada, mida saab programmis teha automaatselt. Erinevate detailide vahel on

võimalus luua ka poltliiteid. Simulatsiooni keskkonnas tuleb defineerida paigalseisev

detailiosa.

2.2.3.1. Konstantse ristlõikega telik

Esimese versioonina tehakse U-tähe kujuline telik, millel on ristlõige igal pool samasugune

ja omab kahte painet. Teliku laiuseks on 554 mm ja kõrguseks 420 mm ning lehe paksuseks

on 6 mm ja laiuseks 50 mm. Teliku algelised parameetrid on võetud katseeksitusmeetodil.

Teliku katsetamisel valitakse katsealuseks kogu telik ilma ratasteta. Rataste kinnitamiseks

on tehtud detail, mis koosneb 5 mm lehtdetailist ja võllist, mida on võimalik treida või

freesida välja ühest tükist. Samuti on võimalik teha ka kahest erinevast detailist, mis

tähendaks seda, et võlli on vaja töödelda peale lehtdetaili külge keevitamist. Külge kruvimist

tuleks vältida, kuna võll on väike ja puurimisega detail nõrgeneb. Võllile, kuhu rattad

kinnituvad, mõjuvad jõud. Rattad on võlli külge fikseeritud M6x8 mm kruviga. Detail, mille

külge rattad kinnituvad, on fikseeritud kruvidega M6x10 mm lehtvedru külge. Teliku

massiks on 3,05 kg. Projekteerimisel tuleb arvestada teliku kaaluga, mistõttu ei tohiks teliku

ristlõiget igast kohast suurendada.

Simulatsioonis rakendatakse võllile jõud, mille suuruseks on eespool leitud jõud F2. Esimese

simulatsiooni käigus on võimalik täheldada, et pinge teliku kinnituskohas lennumasinaga on

suur (joonis 13 - vasak). Maksimaalne pinge on 84,2 N•(mm2)-1 ning kinnitusdetaili juures

on näha ka pinge kontsentratsiooni ca 30,5 N•(mm2)-1, kus võll saab kokku lehtmetalliga.

Siit saab järeldada, et antud detail, milleks on rataste kinniti, tuleks kas ühest tükist välja

23

treida, freesida või hoopis kahest detailist kokku keevitada. Simulatsioonist on veel näha

teliku maksimaalset siiret jõu F2 rakendamisel (joonis 13 - parem). Antud katse puhul oli

maksimaalne siire 9,64 mm, mis võiks olla väiksem, kuna sellest tingituna võib propeller

maad puudutada ning puruneda.

Joonis 13. Kahe paindega teliku lahendus. Vasakpoolsel joonisel on näha teliku pinge

kogunemine kinnituskohta. Parempoolsel joonisel on toodud teliku siire.

Teise katsena proovitakse teha telik kahe painde asemel nelja paindega. Kinnitamiskoha

laius jääb samaks nagu esimeses katses. Detailidest muudetakse ainult lehtvedruna töötavat

osa. Hajutamaks pinget tuleb lehtvedru projekteerimisel arvestada, et pinge

kontsentratsiooni juures peaks olema paine nurk võimalikult väike. Kõige optimaalsem on

lahendus, kui nurk teliku kinnitamise ning järgneva painde vahel on 10°. Sellisel juhul asub

pinge kontsentratsioon samas kohas, kus esimeselgi katsel (joonis 14 - vasak). Maksimaalne

pinge on 86,4 N•(mm2)-1, samas kui siire on 9,41 mm (joonis 14 - parem).

Joonis 14. Nelja paindega teliku lahendus. Vasakpoolsel joonisel on näha teliku pinge

kogunemine kinnituskohta. Parempoolsel joonisel on teliku siire.

N∙(mm2)-1

mm

84,2- 77,2 -70,2- 63,2- 56,2- 49,1- 42,1- 35,1- 20,1- 21,1-

14- 7,82-

0-

9,64-8,83- 8,03- 7,23- 6,42- 5,62- 4,82- 4,02- 3,21- 2,41- 1,61- 0,80-

0-

N∙(mm2)-1

mm

86,4- 79,2-

72- 64,8- 57,6- 50,4- 43,2-

36- 28,8- 21,6- 14,4-

7,2- 0-

9,41-8,63- 7,85- 7,06- 6,28- 5,49- 4,71- 3,92- 3,14- 2,35- 1,57- 0,79-

0-

24

Tabel 4. Kahe erineva lahendusega teliku võrdlus

Telik Pinge Siire Kahe paindega 84,2 9,64 Nelja paindega 86,4 9,41

Tabelist neli saab järeldada, et parem on kahe kui nelja paindega telik. Teliku eeliseks on

väiksem pinge, kuid suurem siire. 0,2 mm siirde vahe on väga väikene, kuid pinge suuruse

järgi on vahe suurem. Suurem siire tagab teliku sujuvama maandumise, suurema pinge puhul

võib telik puruneda.

2.2.3.2. Muutuva ristlõikega telik

Eelnevate testide tulemusena on vajalik muuta lehtvedru ehitust. Nimelt tuleks laiendada

ristlõiget pinge kontsentratsiooni juures. Pingete vähendamise eesmärgil lisatakse mõlemale

poole 50 mm materjali juurde. Teliku uueks kaaluks on 5,439 kg. Teliku ülejäänud mõõtmed

peale laiuse, mis laienes 150 mm peale, jäid samaks. Sõltuvalt inertsimomendi valemist,

muutub lehtvedru sellise lahenduse puhul jäigemaks, kuid rataste kinnituskoha juurest on

telik painduvam. Sarnase tulemuse oleks saanud ka telikus kasutatava lehtmetalli

paksendamisega, kuid see oleks teinud telikut jäigemaks, mis võib kahjustada nii telikut

ennast kui ka lennumasinat.

Teliku ristlõike suurendamine tõi kaasa pinge languse. Varasema 84,2 N•(mm2)-1 asemel on

nüüd suurim pinge 31,1 N•(mm2)-1. Pinge teliku kinnituskoha juures ei ole enam nii suur kui

varasemalt, kuna pinge on nüüd jaotunud teliku kinnituskoha ja rataste kinnitamise võlli

vahele (joonis 15 - vasak). Teliku siire vähenes samuti 9,64 mm pealt 3,93 mm peale (joonis

15 - parem), mis vähendab läbipaindumise võimalust. Praegusel juhul kasutatakse projektis

rataste kinnitamiseks 8 mm laiuse avaga laagreid, kuid vastavalt simulatsiooni tulemustele

tuleks mõelda suurematele vältimaks võlli purunemist pinge suurenemise tõttu.

25

Joonis 15. Muutuva ristlõikega tagumine telik. Vasakpoolsel joonisel on näha teliku pinge

kogunemine kinnituskohta. Parempoolsel joonisel on teliku siire.

Teliku massi vähendamiseks eemaldasin muutuva ristlõikega tagumise teliku teisel

katsetamisel painde ja kinnituskoha juurest materjali, kuna sealne pingete kontsentratsioon

ei olnud suur. Teliku kaalu vähendamiseks on võimalik kasutada ka alumiiniumi DIN 7075-

te, mis tooks kaalu umbes 2 kg juurde, kuid probleemiks muutub kinnitamisviis. Nimelt võib

alumiinium olla terase vastu korrosiivne, mille lahenduseks oleks kinnitada rataste kronstein

alumiiniumist neetidega kinni. Neetidega kinnitamise puuduseks oleks see, et teliku kõrgust

ei saaks enam reguleerida ega välja vahetada. Seega jäin roostevabast terase juurde. Kaalu

vähendamise eesmärgil ja pinge ühtlasemaks jaotumiseks vähendasin tagumise teliku laiust

rataste kinnituskohast 50 mm-lt 25 mm-le, et saada sujuv üleminek. Teliku massiks kujunes

3,982 kg, mis on 1,457 kg kergem kui algselt muutuva ristlõikega telikul. Lõpliku teliku

maksimaalne pinge jõu F2 ehk tagumisele telikule mõjuva jõu korral on 31,6 N•(mm2)-1

(joonis 16 - vasak) ning siire 5,41 mm (joonis 16 - parem).

N∙(mm2)-1

mm

3,93-3,6-

3,27- 2,95- 2,62- 2,29- 1,96- 1,64- 1,31- 0,98- 0,66- 0,33-

0-

31,1- 28,5- 25,9- 23,3- 20,7- 18,1- 15,5- 13,0- 10,4-

7,8-5,2- 2,6-

0-

26

Joonis 16. Muutuva ristlõikega lõplik telik koormusel F2 (tagumisele telikule mõjuv jõud).

Vasakpoolsel joonisel on näha teliku pinge kogunemine kinnituskohta. Parempoolsel

joonisel on teliku siire.

Maksimaalne jõud, mida telik kannatab jõudes voolepiirini, on F3=1,5 kN. Sellise jõu juures

on maksimaalne siire 39,6 mm ning maksimaalne pinge 231 N•(mm2)-1 (joonis 17).

Tegelikkuses kannatab telik rohkem jõudu, kuid siis on juba oht jäädavalt deformeerumisele

ning ka purunemisele.

Joonis 17. Muutuva ristlõikega lõplik telik koormusel F3 (maksimaalne jõud voolepiiri

saavutamisel). Vasakpoolsel joonisel on näha teliku pinge kogunemine kinnituskohta.

Parempoolsel joonisel on teliku siire.

Tegemist on viimase peamise teliku versiooniga, mis selles töös analüüsitakse (lisa 1).

N∙(mm2)-1

mm

31,6- 28,9- 26,3- 23,7- 21,1- 18,4- 15,8- 13,2- 10,5-

7,9-5,3- 2,6-

0-

5,4-5,0- 4,5- 4,1- 3,6- 3,2- 2,7- 2,3- 1,8- 1,4- 0,9- 0,5-

0-

N∙(mm2)-1

mm

231- 212- 193- 173- 154- 135- 116- 96- 77- 58- 39- 19-

0-

39,6-36,3- 33,0- 29,7- 26,4- 23,1- 19,8- 16,5- 13,2- 9,9- 6,6- 3,3-

0-

27

2.2.4. Eesmise teliku projekteerimine

Eesmise teliku projekteerimise aluseks võetakse eelnevalt tehtud teliku kõrguse arvutus, kus

eesmise teliku kõrgus peab olema 445 mm koos ratastega (lisa 1). Eesmise teliku

projekteerimisel kasutatakse ümmargusi detaile, et oleks võimalikult voolujooneline. Kuna

telik pidi olema lihtne ja vähe maksma, siis kasutatakse löökide summutamiseks vedrut.

Materjaliks kasutatakse taaskord eespool kasutatud DIN 1.4301 terast. Teliku kuju kõrvalt

vaadatuna on tagurpidi T-tähe kujuline. Teliku võiks teha ka A-tähe kujulise, kuid sellise

teliku miinuseks on see, et kui kõrvalt mõjuvad jõud, paindub telik paigast ära ning võib

isegi murduda. T-tähe kujulise teliku puhul on ülemine ots kinnitatud lennumasina kere

külge.

Telikus kasutatakse võlle. Peamise võlli diameetriks võtan 20 mm. Rataste ühendamise koha

juures kasutan võlli diameetriga 8 mm, mis lõplikus versioonis asendatakse M8 DIN931

poldiga. Rataste ja võlli ühendamiseks kasutan kahte samasugust kronsteini, mis omab nelja

painet, et saada võimalikult lähedale peamisele võllile. Kolmas ja neljas paine on eesmärgiga

ühendada omavahel kaks kronsteini peale võlli kokku, milleks kasutatakse polti ja mutrit.

Kronsteinide keskpunkt asub võlliga kokkusaamispunktis, kus mõlemale poole jääb 100 mm

(ühel pool vedru, teisel pool ratas), et tagada mõlemale poole sarnane jõud. Vedru ja kahe

kronsteini kinnitamiseks tehakse kaks eraldi U-tähe kujulist kronsteini. Kronsteinid

kinnituvad üksteise külge M6 poldi ja mutriga.

Vajaliku vedru arvutamiseks on SolidEdge 2020 programmis kasutada funktsioon spring,

mille käigus tuleb sisestada vedrule mõjuvad jõud, mille järel programm arvutab välja

vajalikud parameetrid. Tavaolekus mõjub telikule jõud F1= 40,01 N. Vastavalt eelpool leitud

tagumisele telikule mõjuva maksimaalse jõuga, saan leida eesmisele telikule vastava jõu.

Läbi jõu arvutamise valemi saan kätte maksimaalse jõu.

Kasutades ära SolidEdge programmis funktsiooni spring, panen vajalikuks eeljõuks

F1= 40,01 N ja maksimaalseks jõuks F4=292,45 N. Vedru maksimaalseks siirdeks

maksimaalse jõu korral defineeritakse 150 mm ning vedru väliseks läbimõõduks 30 mm.

28

Seejärel arvutab programm välja vedru parameetrid. Tulemuseks on, et vedru traadi läbimõõt

on 3,2 mm, 12 keerdu ning vedru pikkus jõudusid rakendamata 97,4 mm. Jõudu F1

rakendades on vedru pikkus 109 mm.

Eesmisele rattale mõjub jõud alt ülesse, kuid vedrule nurga all. Vedrule mõjuv jõud on

võrdeline rattale mõjuvaga. Testimaks kronsteine tuleb aga jõud jagada komponentideks, et

oleks võimalik eristada pingete tekkimise asukohti. Projekteerimisel ilmneb, et vedru on

keeruline programmi SolidEdge jaoks, mistõttu eemaldan vedru ning rakendan jõu vedru

kinnitamise võllile. Seejärel on võimalik välja arvutada mõjuvad jõudude projektsioonid

vastavatele telgedele kasutades Pythagorase teoreemi. Programmist saadakse nurgad, mis on

tekkinud telje ja vedru vahele. Vastavalt vedru pikenemise jõule F1 on võimalik välja

arvutada kaks jõukomponenti. Vedru pikenemisel mõjuvad jõud teisiti, kuna muutub jõu

rakendumise nurk (joonis 18). Kõigepealt arvutan välja F5 komponendid, mis on arvutatud

lennumasina maapeal rakenduvatele jõududele. Jõud F5 on sama, mis on F1 komponentideks

jaotatult.

Joonis 18. Vedru ja Y- telje vaheline nurk.

Eesmise teliku esimese simulatsiooni käigus rakendatakse ratta ühendamiskohta jõud F1 ja

vedru kinnituskohta komponentideks jaotatuna F5. Simulatsioonist on näha, et pinge on

koondunud peamiselt kronsteini painete juurde, mis ühendab ratast ja võlli (joonis 19).

Suurim pinge kronsteinidel on 12,1 N•(mm2)-1. Kasutades simulatsiooni funktsiooni Probe

on võimalik teha erinevatele osadele analüüse. Kahe kronsteini ja peamise võlli

29

kinnitamiseks kasutatakse võlli, mille suurim pinge on 3,36 N•(mm2)-1. Seega ei teki sinna

pinge kontsentratsiooni ega ei pea muretsema selle purunemise pärast. Siiret vaadeldakse

võlli ja kahe kronsteini kinnitamiskohas, milleks kasutatakse samuti funktsiooni Probe. Sealt

on võimalik näha, et võlli maksimaalne siire on 0,193 mm, mistõttu ei pea siirdega

arvestama. Sarnaselt ei pea arvestama ka kronsteinide siirdega, kuna antud jõu puhul need

ei paindu.

Joonis 19. Eesmise teliku pingeanalüüs.

Teiseks eesmise teliku katsetuseks on vaja välja arvutada jõu komponendid vastavalt

maksimaalsele jõule, millele peab telik vastama. Arvutan välja F6 komponendid, mis on

arvutatud lennumasina maksimaalsele jõule F4. Jõud F6 on sama, mis on F4

komponentideks jaotatult. Jõudude arvutamiseks kasutan suurimat jõudu, mida võib telikule

rakendada. Vastavalt vedru funktsioonile on võimalik panna vedru asendisse, kus vedru on

maksimaalselt välja sirutatud ning ei esine deformatsioone. Sealt on võimalik saada

vastavad uued kraadid. Välja sirutatud vedruga on võimalik näha, et ratta ning kronsteinide

vahel on 22,81 mm ehk siis ei ole võimalik, et kronsteinid puutuvad kokku maaga kui ei

rakendata ettenähtust rohkem jõudu. Vedru ja Y-telje vahele tekib nurk 25,38° (joonis 20).

N∙(mm2)-1

14,4- 13,2- 12,0- 10,8-

9,6- 8,4- 7,2- 6,0- 4,8- 3,6- 2,4- 1,2-

0-

30

Joonis 20. Vedru ja Vedru Y- telje vaheline nurk.

Teise eesmise teliku simulatsioonis rakendan jõudu täpselt samadesse kohtadesse nagu

eelneval simulatsioonil. Simulatsiooni tulemusena on näha, et pinge on kogunenud nii

kronsteinide painete juurde kui ka võllile, millega ühendatakse telik lennumasinaga (joonis

21 - vasak). Teliku võllile on avaldunud maksimaalne pinge 70,7 N•(mm2)-1 ning

maksimaalne pinge kronsteinidel on 76,9 N•(mm2)-1. Jõudude tõttu on aga kronsteinide enda

siire kordades suurem kui oli tavalisel koormusel. Siire on 1,71 mm ning painutas kronsteine

ülespoole (joonis 21 - parem)

Joonis 21. Eesmise teliku pingeanalüüs jõule F6 (maksimaalne eesmisele telikule langev

jõud, mis on komponentideks jagatud F4). Vasakpoolsel joonisel on näha teliku pinge

kogunemine kinnituskohta. Parempoolsel joonisel on teliku siire.

mm

76,9- 70,5- 64,1- 57,7- 51,3- 44,9- 38,5- 32,0- 25,6- 19,2- 12,8- 6,44-

0-

1,7- 1,6- 1,4- 1,3- 1,1- 1,0- 0,9- 0,7- 0,6- 0,4- 0,3- 0,1-

0-

31

KOKKUVÕTE

Teliku projekteerimisel lähtuti kirjanduse analüüsist, teliku kõrguse arvutamisest ning

vajalikkudest simulatsioonidest. Kirjanduse ülevaate põhjal oleks antud mehitamata

lennumasina juures parimaks lahenduseks kolmikratta tüüpi asetus tänu lennumasina laiale

tiiva ulatusele ning löökide summutamiseks oleo-pneumaatiline amortisaator. Arvestades, et

oleo-pneumaatiline amortisaator on kulukas, kasutati projekteerimisel tõmbevedrut, mis on

soodsam.

Teliku projekteerimisel arvutati teliku kõrgus, milleks rakendati erinevaid kolmnurga

valemeid. Teliku kõrguseks saadi koos varuga 445 mm ja laiuseks 600 mm. Teliku ja saba

kõige kaugema punkti vahele tekkiv nurk on oluline, et vältida propelleri kokkupuudet

maaga lennumasina õhkutõusul. Peamine kui ka eesmine telik said tehtud DIN 1.4301

terasest, kuna sel on head mehaanilised omadused. Kaalu säästmise eesmärgil mõeldi ka

kasutada alumiiniumit DIN 7075, kuid langes välja võimaliku korrosiivse reaktsiooni tõttu

terasega. Peamise teliku projekteerimisel, mille kontuuri hakati simulatsioonide tulemustena

muutma, kasutati lehtmetalli. Esimese peamise teliku konstruktsioon oli ühtlase ristlõikega,

mille tulemusena oli näha, et peamine pingekontsentratsioon tekib teliku ja lennumasina

ühenduskohta. Selle vältimiseks valmis teine konstruktsioon, kuhu oli lisatud lisamaterjali

pinge kontsentratsiooni piirkonda. Materjali lisamist oleks saanud vältida paksema

lehtmetalli kasutamisega, kuid nii oleks telik muutunud jäigemaks. Teise konstruktsiooni

testimise tulemusena selgus, et vähenesid nii pinge kui ka siire, kuid pinge kontsentratsioon

oli jaotunud teliku ja lennumasina ning võlli ja rataste kinnituskohta.

Eesmise teliku projekteerimisel võeti aluseks peamise teliku kõrgus. Eesmise teliku

õhutakistuse vähendamiseks tehti konstruktsioon osaliselt võllidest. Peamise võlli ja ratta

kinnitamiseks tehti kaks identset kronsteini. Vedru, peamise võlli ja rattaid kinnitavate

kronsteinide omavaheliseks ühendamiseks tehti kaks erinevat U-tähelist kronsteini, mille

peamine eesmärk on nii vedru kinnitamine kui ka võimalusel oleo-pneumaatilise

amortisaatori kasutamine. Vedru arvutamiseks oli vaja teada maksimaalset jõudu, mida

tagumine telik kannatab (ilma moondumata) ning sealt sai välja arvutada eesmisele telikule

mõjuva jõu. Konstruktsiooni katsetamiseks simulatsioonis jagati vedrule mõjuvad jõud

komponentideks, kuna vedru oli programmi jaoks liiga keeruline. Esimesel katsetusel oli

32

näha nii pingete kogunemist ratast ja peamist võlli ühendavate kronsteinide painete juurde

kui ka minimaalset siiret. Teisel katsetusel määrati rattale maksimaalne jõud, mida peab telik

taluma. Tulemusena täheldati, et eesmisel telikul koguneb pinge kronsteinidele ja peamisele

võllile. Mõjuvad jõud põhjustasid rattaid kinnitavate kronsteinide paindumist jõudude

mõjumispunktist üles.

Bakalaureusetöö tulemusena saavutati eesmärk ehk valmis teliku lahendus, mille saab võtta

aluseks järgnevate üliõpilasprojekti open UAV tööde tegemiseks ning edasi arendamiseks.

Saadud teoreetilised tulemused võiks rakendada praktikasse, mis võimaldaks teliku

edasiarendust. Sõltuvalt katselistest tulemustest võiks arendamisel mõelda ka teistsuguse,

näiteks oleo-pneumaatilise amortisaatori peale. Teliku summutusvõime ja stabiilsuse

saavutamiseks tuleks uurida, kas ja milliseid materjale, näiteks alumiinium, oleks veel

võimalik kasutada mehitamata lennumasina ehitamisel.

33

KASUTATUD KIRJANDUS

1. Eesti keele seletav sõnaraamat (2009). Teliku tähendus. [veebileht]

http://eki.ee/dict/ekss/index.cgi?Q=telik (03.05.2020).

2. Open Source UAV. Avatud platvormiga lennumasina projekt. [veebileht]

https://openuav.eava.ee/index.html (30.10.2019).

3. Sadraey, H. M. (2012). Landing Gear Design. New Hampshire, Ameerika

ühendriigid: John Wiley & Sons. 808 lk.

4. Designing of an aircraft based on preliminary mission requirement technical report

(2017). India: Indian Institute of Technology Kanpur.

https://www.researchgate.net/publication/321107730_Designing_of_an_aircraft_ba

sed_on_preliminary_mission_requirement (30.03.2020).

5. Parmar, J. et al (2015). Selection and analysis of the landing gear for unmanned

aerial vehicle for SAE aero design series - International journal of mechanical

engineering and techology. Nr 6, väljaanne 2. [e-ajakiri]

http://www.iaeme.com/MasterAdmin/Journal_uploads/IJMET/VOLUME_6_ISSU

E_2/IJMET_06_02_002.pdf. (30.03.2020)

6. Gudmundsson, S. (2013). General Aviation Aircraft Design. Esimene trükk.

Ühendkuningriigid: Butterworth-Heinemann. 1048 lk.

7. Olson, E. (2019). How do oleo-pneumatic shock struts work? Engineering 360. [e-

ajakiri]

https://insights.globalspec.com/article/12954/how-do-oleo-pneumatic-shock-struts-

work (09.05.2020).

8. Open UAV project page. Avatud platvormiga lennumasina projekti kirjeldus.

[veebileht] https://openuav.eava.ee/about.html (30.10.2019).

9. Gomeringer, R. et al (2018). Mechanical and Metal Trades Handbook. 4 trükk.

Saksamaa: Europa Lehrmittel. 483 lk.

34

SUMMARY

Unmanned aerial aircraft landing gear is designed based on published articles, the calculation

of the height of the landing gear and necessary simulations. Based on previously published

articles and book analyses, for this type of aircraft it is best to use tricycle positioning

because of wide wingspan. For the front landing gear it would be best to use oleo-pneumatic

shock absorber. Given that oleo-pneumatic shock absorber is expensive, cheaper version of

shock absorber is used, tension spring.

When designing a landing gear, landing gear height must be calculated, based on different

kinds of triangle formulas. Landing gear height based on calculations is 445 mm and width

600 mm. Angle between the landing gear and farthest point of tail is important to prevent

propeller touching the ground during take-off. Main and front landing gear is made from

DIN 1.4301 steel due to good mechanical properties. In order to save weight, it was thought

to use DIN 7075 aluminium, but fell out due to possible corrosion effect between aluminium

and steel. While designing main landing gear contour were changed on simulation results.

Main landing gear were made from sheet metal. First design was with equal cross section,

simulation results show that stress concentration is in the place where landing gear connects

to the aircraft. To avoid that, second design was made, with widening the landing gear near

the spots of stress concentration. Widening could be avoided with thicker sheet metal, but

that would cause it to be more rigid than before. Second design simulation shows that stress

is reduced and distributed between connecting point between the landing gear and aircraft

as well as on shaft that connects landing gear and wheel.

Front landing gear is based on main landing gear height. To reduce the air resistance, front

landing gear is mainly made from shafts. Two identical brackets were made to connect main

shaft and wheels together. To connect spring, main shaft and brackets that hold wheels, two

different U-shape brackets were made, which main purpose is to hold the spring but also to

replace the spring with oleo-pneumatic shock absorber. In order to calculate the spring

needed it was necessary to find out the maximum force that main landing gear could handle

(before deformation), and then it is calculated how much force the front landing gear must

handle. In first test force 1 was put to the test, as a result there can be seen stress

concentrations on brackets that connect wheels and main shaft together, as well as minimum

35

displacement. In the second test maximum force was applied, results show that stress

concentration is on wheels attaching bracket and on main shaft. Applied forces cause

brackets to bend upwards.

As a result of bachelor’s thesis, the goal was achieved, which can be used to develop landing

gear further. The obtained theoretical results could be applied in practice, which would allow

further development on landing gear. Based on experimental result, a different damper could

be used, such as oleo-pneumatic shock absorber. Landing gear shock absorbing and stability

results have to be studied further to find if and which materials could be used, such as

aluminium.

36

LISAD

37

Lisa 1. Tehnilised joonised

38

39

40

41

42

43

44

45

46

Lisa 2. Lihtlitsents lõputöö salvestamiseks ja üldsusele kättesaadavaks tegemiseks ning juhendaja(te) kinnitus lõputöö kaitsmisele lubamise kohta

Mina, Taavi Meus,

(autori nimi)

sünniaeg 20.04.1995,

1. annan Eesti Maaülikoolile tasuta loa (lihtlitsentsi) enda koostatud lõputöö

Telik open uav droonile,

(lõputöö pealkiri)

mille juhendaja(d) on Marten Madissoo,

(juhendaja(te) nimi)

1.1. salvestamiseks säilitamise eesmärgil, 1.2. digiarhiivi DSpace lisamiseks ja 1.3. veebikeskkonnas üldsusele kättesaadavaks tegemiseks

kuni autoriõiguse kehtivuse tähtaja lõppemiseni; 2. olen teadlik, et punktis 1 nimetatud õigused jäävad alles ka autorile; 3. kinnitan, et lihtlitsentsi andmisega ei rikuta teiste isikute intellektuaalomandi ega

isikuandmete kaitse seadusest tulenevaid õigusi.

Lõputöö autor (allkirjastatud digitaalselt)

(allkiri)

Tartu, 19.05.2020

(kuupäev)

Juhendaja(te) kinnitus lõputöö kaitsmisele lubamise kohta

Luban lõputöö kaitsmisele.

(allkirjastatud digitaalselt) _____________________

(juhendaja nimi ja allkiri) (kuupäev)