Utvikling av førerkupé og førerplass for Dolphin Sky, Fase 2

Abstract

Person og varetransport ved hjelp av moderne droneteknologi og småskala luftfart er kommet i fokus både som en ny mulighet for å løse transportoppdrag over kortere avstander. Ved Fakultet for realfag og teknologi er det gjennom flere år arbeidet med småbilkonseptet «Dolphin». Dette arbeidet er en videreføring av dette med hensyn til mulighetene for å lære mer om moderne droneteknologi og utvikle en liten enmanns-drone eller «svevebil», kalt «Dolphin Sky», og med spesiell vekt på førerplass og førerplass-funksjon og førercockpit. Masteroppgaven bygger i noen grad videre på elementer fra tidligere grunnlagsarbeider for Dolphin Sky med hensyn til tidlige designskisser, samt teknisk utredning av sveveteknologi, men representer en videreutviklet delløsning eller «modulløsning» for førerplass og førerens cockpit med flere bruks-områder. Grovt forklart vil «Dolphin Sky» kunne bestå av tre hoveddeler, en øvre sveve-enhet med el-drevet propellsett, en sentral førercockpit og et understell bestående av batteripakke og landings-understell eller underchassis med tre hjul for veikjøring. Målsettingene for dette masterprosjektet er flerdelt, og omfatter både kartlegging av eksisterende cockpitløsninger for luftfarkoster av ulike slag, sentrale ergonomiske forhold og krav med hensyn til adkomst og sikt, interiør, viktige betjeningsfunksjoner, samt utvikling av forslag til en helhetsløsning med fokus på design, funksjonalitet, aerodynamikk og bruksegenskaper. Strukturelt og planmessig er progresjonen i første delen av masterrapporten delt opp med nærmere angivelser av oppdragsrammer, plangrunnlag og avgreninger, samt metodiske valg og ergonomiske og teknologiske grunnlags-utredninger, fulgt av spesifiseringsarbeid og konseptuelt grunnlagsarbeid. Integrert produktutvikling (IPD) legges til grunn som metodisk ramme for utrednings og utviklings-arbeidet, med kjente verktøy som Pugh’s metodikk, SCAMPER, modultankegang, datasøk og 3D-programvarebruk mv. som viktig del av dette. De påfølgende utviklingsprosessene omfatter en trinnvis konseptutvikling med krav-spesifiseringer, funksjons analyse og utvikling av design og løsningsalternativer, 3D-design-utvikling, konstruering og tilslutt forhold og ferdigstilling. Etter endt teoriutredning og formstudier av diverse kjøre- og flyvende fartøy sin utvikling, startet produksjonen av skisser og forslag. Det ble tatt hensyn til ergonomiske mål som følger 99-prosentil mann gjennom hele oppgaven. Siden ikke farten skulle være veldig høy, kunne jeg ta litt mer kunstneriske friheter som gjorde designet mer originalt og spennende. Dette gjorde jeg med et valg av både uorganiske og organiske former, med fokus på de uorganiske. Den endelige design-løsningen sammen med ben-, ratt-, stol- og dørløsning ble selektert ut ved hjelp av seleksjons-matriser. Løsningene ble deretter 3D-modellert hver for seg i Solidworks. På grunn av situasjonen med Covid-19 ble den eksterne spørreundersøkelsen byttet ut med ekstern input fra fagpersonell på NMBU, der fikk jeg tilbakemeldinger på konseptet og designløsningen. Det ble deretter gjennomført en enkel luftstrømanalyse i Solidworks Flow Simulation for å se på fartøyets aerodynamiske egenskaper. Renderte sammenstillinger av den endelige designløsningen er vist i markedspresentasjonen, hvor Dolphin Sky er plassert i forskjellige både naturlig og virtuelle miljøsettinger med logo. I ferdigstillingsfasen ble det kartlagt produksjonsmetoder for komponentene. Det ble også utarbeidet et grovt kostnadsestimat for produksjons av prototype og sammenligning med andre konkurrenter, basert på tidligere arbeider. De totale dimensjonene på fartøyet har en lenge på 1930 mm på det lengste, bredde på 1000 mm og en høyde på 1400 mm på det høyeste. Hovedformen er inspirert av retro 80-talls filmen «Blade Runner» med et hint av Cyberpunk når det kommer til stilen. Selve kroppen består av karbonfiber med ABS-plast som vindu og aluminium som skjelett. Dette for å gjøre fartøyet så lett som mulig. Luftstrømningen viser gunstig form med hensyn til løft, noe som var forventet på grunn av formen som ble valgt. For det videre arbeidet må det jobbes med å optimalisere fartøyets vekt. Dette vil redusere kraft som trengs for å løfte kupeen og vil da resultere i eventuell lenger flytid. Dimensjonene på den valgte formen og de andre delene kan forbedres. Dette vil føre til mer optimalisert kostnadsestimat og hjelpe med styrkeberegninger. Det burde også arbeides med koblingsmetodene mellom fly- og kjøremodusen som det ikke ble tatt hensyn til i oppgaven. Til slutt burde aerodynamikken forbedres siden det var punkter hvor det var dårligere flyt enn andre.

Person and goods transport using modern drone technology and small-scale aviation has come into focus as both are new opportunities to solve transport missions over shorter distances. For several years, The Faculty of Science and Technology has been working on a small car concept known as "Dolphin". This work is a continuation of this, with special regard to opportunities to learn more about modern drone technology and develop a small one-man drone or "glider-concept", called "Dolphin Sky", with special emphasis on driver, driver function and a driver's cockpit. The Master's thesis is to some extent based on elements from previous foundation work for Dolphin Sky with regard to early design sketches, as well as analysis of floating technology, but represents a further developed sub-solution or "module solution" for the driver's seat and the driver's cockpit, with several applications. Roughly explained, the "Dolphin Sky" could consist of three main parts, an upper glider with an electric propeller set, a central driver cockpit and a chassis consisting of battery pack and landing chassis or three-wheel chassis for road travel. The objectives of this master project are multi-part, and include both mapping of existing cockpit solutions for aircraft of various kinds, central ergonomic conditions and requirements with regard to access and visibility, interior design, important operating functions, and the development of a proposal for a comprehensive solution focusing on design, functionality, aerodynamics and operating characteristics. Structurally and systematically, the progression in the first part of the master's report is divided into further details of assignment frameworks, plan bases and branches, as well as methodological choices and ergonomic and technological basis investigations, followed by specification work and conceptual foundation work. Integrated Product Development (IPD) is used as a methodological framework for the research and development work, with well-known tools, such as Pugh's methodology, SCAMPER, module thinking, data search and 3D software use, etc. as an important part of this. The subsequent development processes include a step-by-step concept development with requirements specifications, function analysis and development of design and solution alternatives, 3D design development, construction and final conditions and completion. After completing theory development and form studies of various flying and flying vessels' development, the production of sketches and proposals began. Ergonomic targets that followed 99- percentile man throughout the task were taken into account. Since the speed was not very high, I could take some more artistic freedoms that made the design more original and exciting. I did this with a choice of both inorganic and organic forms, focusing on the inorganic. The final design solution together with leg, steering wheel, chair and door solution were selected by means of selection matrices. The solutions were then 3D-modeled separately in Solidworks. Due to the situation with Covid-19, the external questionnaire was replaced with external input from professionals at NMBU, where I received feedback on the concept and the design solution. A simple airflow analysis was then performed in Solidworks Flow Simulation to look at the vessel's aerodynamic properties. Rendered compilations of the final design solution are shown in the market presentation, where Dolphin Sky is placed in various enviroments, natural and virtual and with a logodesign. During the completion phase, production methods for the components were mapped. A rough cost estimate for prototype production and comparison with other competitors was also prepared. The overall dimensions of the vessel have a length of 1930 mm on the longest, a width of 1000 mm and a height of 1400 mm on the highest. The main form is inspired by the retro 80s movie «Blade Runner» with a hint of cyberpunk when it comes to style. The body itself consists of carbon fiber with ABS plastic as window and aluminum as skeleton. This is to make the vessel as light as possible. The air flow shows a favorable shape with corresponding lift that was expected due to the shape chosen. For further work, efforts must be made to optimize the weight of the vessel. This will reduce the force needed to lift the cabin and will result in possibly longer flight time. The dimensions of the selected shape and the other parts can be improved. This will lead to more optimized cost estimates and help with strength calculations. Work should also be done on the coupling methods between the flight and the driving modes, which were not taken into account in the task. Finally, aerodynamics should be improved since there were points where there was poorer flow one another.