Корпус приладу управління моделі літака

Завдання

Спроектувати корпус приладу  управління моделлю літака

ДК91 25 0000.000 ПЗ

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис.

Дата

Розроб.

Корпус приладу управління літальним апаратом

Літ.

Аркуш

Аркушів

Перевір.

НТУУ  «КПІ» ФЕЛ гр. ДК-91

Н.контр

Затверд.

Зміст

ДК91 25 0000.000 ПЗ

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис.

Дата

Розроб.

Корпус приладу управління літальним апаратом

Літ.

Аркуш

Аркушів

Перевір.

НТУУ  «КПІ» ФЕЛ гр. ДК-91

Н.контр

Затверд.

1. Вступ

Поставлена задача спроектувати корпус, в якому буде розміщуватись  електроніка і органи управління моделлю літака. Розробка буде проходити  беручи до уваги принцип зручності  користування, надійності в потім  уже зовнішнього вигляду. Органи управління в проект не входять, тому в роботі зроблено припущення, про необхідні органи і їх дизайн. Також передбачається монтувати мінімальну кількість органів, які потрібні для польоту, тобто управління двигунами, механізацією крила тощо враховане не з усією їх складністю. Це пов’язано з галуззю використання пульта. Передбачається, що його використовуватимуть в гуртках авіа моделювання, для ознайомлення військових з азами використання безпілотних моделей для розвідки. Використання під час бойових дій не передбачається.

ДК91 22 0000.000 ПЗ

Лист

Изм

Лист 

№ докум.

Подп.

Дата 

2. Технічне завдання на проектування
1. Найменування, шифр и підстави для виконання роботи

Найменування: «Корпус приладу управління моделі літака». Шифр: *** . Підстави для виконання: навчальна програма Факультету електроніки НТУУ «КПІ».

1.2 Виконавець

Студент Факультету електроніки  НТУУ «КПІ» Стасюк М. В. група ДК-91.

1.3 Виробник

Не передбачений

1.4 Ціль виконання і призначення продукції

Ціль виконання  навчальна. Призначення продукції не передбачене.

1.5 Склад продукції

Складається з приладу  управління моделлю літака.

1.6 Технічні вимоги

1.6.1 Призначення

Корпус призначений для  його використання при виробництві  пультів управління літальними апаратами.

1.6.2  Надійність

Корпус повинен витримувати легкі удари і вібрації, тиск рук людини при використанні. Остаточні характеристики будуть визначені в процесі роботи.

1.6.3 Конструкції

Маса конструкції не більше 0.5 кілограма.

1.6.4 Дизайн, ергономічність

Повинні бути зручні при  ви користуванні. Не містити елементів, які можуть поранити користувача.

1.6.5 Зручність технічного обслуговування

Корпус передбачає можливість повної розбори приладу.

1.6.6 Транспортування і зберігання

Зберігання проходить  в сухому місці без доступу  прямого сонячного світла при  температурах 0..50^оС. Транспортується у тарі, яка забезпечує захист від надмірного тиску, вологи.

1.7 Техніко-економічні вимоги

Не передбачені.

1.8 Вимоги до сировини, матеріалів

Безпечність при контакті зі шкірою, відсутність виділення  отруйних речовин.

1.9 Вимоги до маркування і упаковки

Не передбачені.

10. Спеціальні вимоги

Не передбачені.

1.11 Вимоги до документації, що виконується

Мають бути виконані відповідно до ГОСТ-ів про єдину систему конструкторської документації.

1.12 Стадії і етапи

Складається з розробки пояснювальної  записки.

1.13 Порядок прийому ОКР и матеріали, які надаються після закінчення етапу

Не передбачений.

1.14 Вимоги до технічного захисту ИсОД

Не передбачений.

1.15 Додатки

Не передбачені.

Лист

Изм

Лист 

№ докум.

Подп.

Дата 

3. Характеристика і технічні вимоги до виробу, що розробляється

Вимоги до приладу формуються з урахуванням практичності, надійності при бережливому ставленні, відсутності  впливу високих температур і вологи. Також виріб повинен легко розбиратись, з огляду на можливість його використання у гуртках авіа моделювання. Прилад повинен мати наступні характеристики.

3.1Витримувати тиск на верхню і нижню кришку (стискання руками людини) 20 Ньютон.

1. Витримувати тиск на бокові поверхні 15 Ньютон.
2. Витримувати перенавантаження від падіння з висоти 1 м на нетверду поверхню.
3. Мати достатню вібростійкість для перевезення у всіх видах транспорту.
4. Повинен бути виконаний у пластмасовому корпусі. Кришка для проникнення всередину повинна мати різьбове кріплення.
5. Запас надійності прийняти 1.2.

Лист

Изм

Лист 

№ докум.

Подп.

Дата 

4. Опис та обґрунтування конструкції виробу та його вузлів

Виріб має форму  призми, з трапеціями в основах, трьома перпендикулярними до основи боковими гранями і однією похиленою гранню під кутом, який забезпечуватиме зручність у користуванні. Органи управління розташовуються на верхній і бокових кришках, що пояснюється необхідністю забезпечити зручність управління. На верхній кришці повинні розміщуватись наступні органи управління:

1. джойстик для керування рулем висоти і елеронами;
2. кнопка для запалювання;
3. кнопка для випуску чи прибирання шасі;
4. кнопка для гальмування колісними гальмами;
5. повзунок для управління тягою двигуна;
6. перемикач положення закрилок;
7. одна кнопка змінного призначення, яка розташується під великим пальцем руки для управління процесом, який вимагає миттєвої реакції;
8. екран;
9. клавіатура.

На бокових поверхнях розміщені:

1. повзунок для управління рулем управління потоком;
2. роз’їм шини USB типу А, для підключення до радіопередавача.

В корпусі буде знаходитись  схема для зчитування положення  органів управління і формування управляючих сигналів. Модуляція, підсилення і передавання сигналу буде реалізована  у другому приладі, а роз’єм USB забезпечує універсальність приладу. Таким чином, при підключенні до персонального комп’ютера і наявності необхідного програмного забезпечення пульт можна використовувати для керування віртуальною моделлю, для вироблення початкових навичок користування пультом. Це є корисно, оскільки взліт, а особливо посадка – це складні етапи польоту літака чи моделі. Відсутність навичок для виконання цих етапів може призвести до руйнування моделі і фінансового ущербу.

Екран і клавіатура дозволяють забезпечити додаткову функціональність приладу, показувати данні про стан моделі та параметри навколишнього середовища. Екран повинен бути рідкокристалічним для легкості.

Відсутність екрану чи клавіатури суттєво не вплинуть на параметри корпусу. Зменшиться власна частота коливання, а характеристики по стійкості до тиску покращаться.

Всередині корпусу міститься  ребро жорсткості, яке забезпечить  надійність при тиску на поверхні а також покращить вібростійкість друкованої плати і кришок корпусу.

Водночас конструкція  є досить простою, що здешевить і  полегшить її виробництво. До недоліків корпусу можна віднести його дизайн і відсутність захисту від електромагнітних перешкод. Але, оскільки у технічних вимогах не передбачений захист і не обумовлений дизайн, то ніяких порушень ТЗ ці недоліки не мають.

На друкованій платі розміром 120х80х1.5 мм будуть знаходитись:

1. 10 резисторів С2-23-0,062 (потужність 0.125 Вт і вага 0.12);
2. мікроконтроллер вагою 1.14 г (наприклад ATmega8515);
3. діод BAT54 вагою 0.15г для попередження неправильного підключення живлення;
4. 5 електролітичних конденсаторів вагою 0.25г для фільтрації напруги живлення;
5. кварцовий резонатор (вага 0.3г);
6. 5 слюдяних конденсаторів малої ємності (вага 0.1г).

Лист

Изм

Лист 

№ докум.

Подп.

Дата 

5. Розрахунки, що підтверджують працездатність і надійність конструкції
1. Віброміцність друкованої плати

Для знаходження власної  частоти плати, закріпленої в 4-х точках, використовується наступна формула:

,

де  f₀ – власна частота корливань; а – довжина пластини; b – ширина пластини; М – маса пластини; D – циліндрична жорсткість.

 ,

де Е – модуль пружності; h – товщина пластини; n - коефіцієнт Пуассона.

а=120 мм; b=80 мм; Е=3,3*10¹⁰ Па; n=0,22; ρ=2 г/см³.

h=1,5 см; Маса елементів: М_эл=0.12*10+5*0.1+5*0.25+0.3+0.15+1.14=4.54 грам

М_пл=(a*b*h)*ρ=28.8 г, М_эл=4.54 г, М_пр=5 г. М=38.34 г.

Як бачимо, власна частота  більша, ніж 250 Гц, тому ніяких додаткових методів забезпечення вібростійкості робити непотрібно.

Лист

Изм

Лист 

№ докум.

Подп.

Дата 

2. Надійність

Надійність - це здатність  системи зберігати працездатність при дії дестабілізуючих факторів. При розрахунки були використані наступні припущення:

• Відмови системи є випадковими незалежними подіями;
• Параметричні відмови не враховуються;
• Вірогідність відмови росте з часом по експоненційному закону;
• Розрахунок проводиться лише для корпусу і електроніки (друкована плата і елементи)

Коефіцієнт умов візьму рівним 60 – рухома автомобільна апаратура. Коефіцієнти навантаження вказані в таблиці. Інтенсивності відмов, відразу приведені в таблиці, рахуються як добуток коефіцієнту надійності і інтенсивності відмови базового елемента(резистора).

Таблица 6.1

a1,2 – коефіцієнт, який враховує температуру і електричний режим;

a3,4 - коефіцієнт, який враховує кінематичні і механічні навантаження

Інтенсивність відмов розраховується за формулою:

 l=Σ(l_і*a_1,2і*a_3,4і)

де li – інтенсивність відмови і-го елемента;

a_12і, a_34і – коефіцієнти поправки для кожного елемента.

λ=2.41*10^-6

Напрацювання до відмови.

Т=1/ λ=414937,76 годин.

Вірогідність безвідмовної роботи

Знайдемо час роботи, за який не відбудеться збоїв з вірогідністю 0.99.

P=exp(-2.41*10^-6t); P>0.99; exp(-2.41*10^-6t)>0.99; -2.41*10^-6t>-0.01; t<4149.4 години або 5.76 місяці. Данні задовільні. Можна припускати, що корпус і електроніка не вийдуть з ладу впродовж 1037 польотів в розрахунку середньої тривалості польоту 4 години.

Лист

Изм

Лист 

№ докум.

Подп.

Дата 

3. Тепловий режим

В даному розділі буде пораховано тепловий режим діода, який зберігає схему від неправильно підключення  напруги живлення. Живлення здійснюється через інтерфейс USB, тому на перший погляд наявність діоду надлишкова. Але з огляду на можливість використання приладу в гуртках авіа моделювання, додатковий захист не є лишній, оскільки розпаювати контакти інтерфейсу буде не професіонал. Обраний діод ВАТ54 є діодом Шоткі, розрахований на струм 200 мА і має спад напруги 0.8 В (при струмі 100 мА) у відкритомі стані. Це треба брати до уваги при виборі мікросхем, оскільки вони повинні працювати при напрузі 4.2 В, що на 0.3 В менше, ніж нижній рівень напруги для ТТЛ логіки. З цифрових мікросхем передбачено наявність лише мікроконтроллеру. Сучасні мікроконтроллери можуть працювати від напруг 2.7 В - 5.5 В, тому діод не викличе труднощів при проектуванні електричної частини.

Згідно з документацією  він має такі характеристики:

• Максимальна температура кристалу 125^оС;
• Температурний опір між кристалом і навколишнім середовищем 500 К/Вт;

В загальному випадку температурний  опір між кристалом і середовищем  знаходиться по формулі:

R_КС=R_КК+R_{КОР.СЕР}  (5.3.1)

де R_КС, R_КК, R_{КОР.СЕР} – теплові опори між кристалом і середовищем, кристалом і корпусом, корпусом і середовищем. Насправді R_КК і R_{КОР.СЕР} розраховуються досить складно, беручи до уваги корпус мікросхеми і технологію її виготовлення, оскільки треба врахувати теплопровідність контактів, плати, відмінності температурного опору основи і кришки корпусу.

Потужність, яка виділяється  на кристалі:

Р=I*U=100*10^-3*0.8=0.08 Вт (5.3.2)

 де I – струм через відкритий діод, 100 мА (стільки дає USB по замовчуванню)

 U – напруга на відкритому діоді.

ΔТ=Р* R_КС=40 ^оС.

Температуру навколишнього  середовища приймемо за 40^оС – управління моделлю влітку.

Таким чином температура кристалу менша, ніж 80^оС. Для строгості треба було б порахувати променеву складову, але даних і необхідності для її обрахунку немає: не вказана степінь чорноти, площа корпусу приладу, тепловий опір між кристалом і корпусом для обрахунку температури поверхні корпусу.

Лист

Изм

Лист 

№ докум.

Подп.

Дата