Konstrukční návrh

Aktuální stav konstrukčního návrhu k 7. 5. 2012

 
Rám

Rám prošel několika fázemi koncepčního návrhu a nakonec byla vybrána varianta vycházející z víceméně klasického tvaru rámu MTB kola, kdy je horní část realizována jako příhradový nosník složený ze tří paralelních trubek. Do vnitřního prostoru nosníku by se měla vejít veškerá potřebná elektronika včetně silových rozvodů pro napájení motorů, navíc tento prostor bude možné jednoduše zakrýt.

V místech připojení pohonných jednotek se zvolila varianta umožňující odejmutí sestavy pohonné jednotky (konzola s motory a vrtulemi – pro lepší přepravu). Konzola se pouze nasune na adaptér v rámu a připevní pomocí šroubů.

Otevřeným bodem zatím zůstává prostor mezi sedlovou trubkou, hlavním nosníkem a přední dvojicí trubek, kde bude umístěn kontejner se sadou LiPol baterií. Tento prostor bude nutné zvětšit a optimalizovat polohu kontejneru kvůli správné poloze těžiště stroje.

 

Ochranné kryty (koše) vrtulí

Oba ochranné koše (malý i velký) budou realizovány jako jeden kompaktní díl z kompozitu s vloženou Al výztuhou pro zpevnění a eliminaci kmitů v podélné ose. V místě průchodu rámu bude velký koš rozdělen, konce budou opatřeny Al vložkami nebo dodatečnou výztuhou přidaným materiálem. Koše budou dále vyztuženy svařenou konstrukcí ve tvaru Y podle původního designového návrhu, mezi touto konstrukcí a košem bude výplet z nylonové struny, čímž se tuhost koše ještě zvýší.

 

 Odpružení

Od počátečních úvah použít na utlumení přistávacího rázu plynokapalinové tlumiče (teleskopická sjezdová vidlice vpředu a kyvná vidlice vzadu) se upustilo vzhledem k vyšší hmotnosti těchto komponentů, které by nepříznivě ovlivnily celkovou hmotnost kola.

Jako vhodná alternativa byla pro odpružení zvolena speciálních „zimní kola“ s širokým a vysokým profilem pneumatiky. Hmotnost těchto kol bude nižší než v případě použití teleskopické vidlice pro sjezd, resp. zadní kyvné vidlice. Tlumící schopnost těchto kol sice nemusí plně eliminovat případné vibrace pohonných jednotek při dosedu kola, avšak z časových a konstrukčních důvodů bylo zvoleno toto řešení jako dostatečné. Z hlediska hmotnosti je řešení plně vyhovující.

 

Kontejner s akumulátory

Umístění kontejneru s akumulátory bylo dlouhou dobu poměrně horké téma. Jelikož celková hmotnost samotných LiPol článků přesahuje 20kg, budou podstatným způsobem ovlivňovat polohu těžiště stroje. První designový návrh počítal s umístěním v prostoru mezi sedlem a zadní pohonnou jednotkou. To ale odporovalo vyvážení stroje a navíc byla poloha těžiště příliš vysoko. V další variantě se polovina článků přesunula na přední ochranný koš, čímž se zlepšilo vyvážení, ale zase by nastávaly komplikace při výměně článků a musely by být prodlouženy silové vodiče pro vyrovnání proudů při odběru z článků. 

Finální umístění akumulátorů bylo ponecháno podle zatím posledního návrhu. Akumulátorové články budou umístěny nad sebou v deseti blocích po 14 sériově zapojených článcích. Kontejner s články bude navržen jako plně vyjímatelný z rámu pro snadnou výměnu. Kabelové vývody článků budou spojeny do jediného silového vodiče, který bude připojen ke konektoru umístěnému na kontejneru (k němu se bude připojovat hlavní el. rozvod kola).

 
Sedák

Sedák bude řešen jako kompozitová skořepina s anatomickým tvarem, která bude podpírat pilota do výšky beder. Ve spodní části sedáku bude integrována spojovací část, umožňující napojení na standardní sedlovou trubku tak, aby sedák byl nastavitelný v podélném směru a otočný kolem vodorovné příčné osy. K sedáku bude připevněn bezpečnostní pás umožňující rychlé zapnutí.

 
Stabilizační podpěra

Stabilizační podpěra bude realizována podle posledního návrhu. Odpružení zajistí nakupovaná plynová vzpěra, která bude integrována do hlavní nosné trubky. Zatím není zcela vyřešen konstrukční uzel v místě kontaktu podpory s povrchem, který by zajistil skluz po povrchu v případě horizontálního pohybu při vzletu resp. přistání tak, aby nedošlo k deformaci nebo destrukci podpory. Uvažuje se o vytvoření jakési mechanické pojistky, která by v případě nekontrolovaného přistání zajistila „odlomení“ podpěry tak, aby nedošlo k deformaci rámu.

 
Řídící jednotka

Řídící jednotka a ovládací prvky jsou technicky nejsložitější části stroje. V současnosti zatím není vybráno finální řešení, v principu se nabízejí následující možnosti:

1. Hotový modul od společnosti HowerFly

Jedná se o „krabicové řešení“, integrující řídící jednotku a senzory. Byl navázán kontakt s výrobcem této jednotky a řeší se s ním případné úpravy, které by bylo nutné provést pro konfiguraci rotorů F-bike. Další postup v tuto chvíli závisí na vyjádření výrobce, který zřejmě při odběru jednoho kusu nemusí být ochotný úpravu provést.
V tomto případě je zajištěna velmi dobrá stabilizace ve vzduchu i funkčnost celého systému.

2. Řešení na míru

V této variantě by bylo nutné sestavit řídící jednotku z dílčích komponent (MCU, senzory,…) a naprogramovat ji. Jednalo by se o řešení na míru. Bylo by to časově náročnější a stabilita by nemusela být na dostatečné úrovni, srovnatelné s první variantou. Na druhou stranu by zde bylo více možností konfigurace. Celé řešení by sestavil a oživil p. Chmelař z Univerzity v Pardubicích (fakulta elektrotechniky a informatiky).

Momentálně se uvažuje o použití varianty č. 1. Pokud se s výrobcem řešení HowerFly nedohodneme, přejde se k variantě č. 2.

 

fb3

 

Aktuální úkoly (k 25. 4. 2012) na konstrukčním návrhu

 

Technodat

  • dokončit modelování 3D CAD dat nakupovaných komponent
  • navrhnout konstrukce „palubní desky“
  • vytvořit 3D model elektrické instalace
  • navrhnout konstrukci aretace řídítek v kombinaci s ovládacím prvkem
  • definovat materiály pro určení hmotnosti
  • průběžně aktualizovat hlavní sestavu a kontrolovat model
  • provést orientační pevnostní FEM výpočet rámu

 

Duratec

  • dokončit konstrukci rámu, jeho vyztužení, upevnění hlavních motorů, upevnění ochranných košů
  • upravit rám pro umístění kontejneru s akumulátory
  • dokončit konstrukci přední vidlice
  • dokončit konstrukci velkých a malých ochranných košů
  • navrhnou detailnější tvar sedáku s upevněním bezpečnostních pásů
  • sestavit přehled hmotností nakupovaných komponentů pro určení celkové hmotnosti
  • poskytnou modely brzdových kotoučů a třmenů

 

Evektor

  • dokončit konstrukci kontejneru pro akumulátory
  • navrhnout a u dodavatele zajistit spojení akumulátorových článků (vyvedení silového vodiče, výběr vhodného konektoru)
  • komunikovat řídící jednotku HowerFly s jejím výrobcem
  • navrhnout integraci plynové vzpěry do podpory, navrhnout kluzný prvek (otočné kolo, lyžinu,…) pro zajištění skluzu podpory při kontaktu s povrchem
  • dokončit 3D modely vrtulí
  • připravit maketu pro zapojení veškeré elektrické instalace a zahoření celého systému (včetně schéma zapojení)

 

2

 

Digitální prototyp (23. května 2012)