Model Paralotni z Napędem

Obiekt Latający:
Model Paralotni z Napędem
(propozycja projektu do realizacji)
Mateusz Lubecki
Akademicki Klub Lotniczy PRz
Zastosowania
●
●
●
Monitoring z powietrza dzięki
zainstalowanej kamerze CCTV oraz
nadajnikowi telewizyjnemu
Funkcjonowanie jako „balon meteo” dzięki
możliwości doposażenia w różne
przyrządy pomiarowe oraz rejestracji
danych na karcie pamięci
Badanie propagacji fal radiowych w
zakresie pasma UHF (fale radiowe od
długości około 70cm i 23cm)
Zalety
●
●
●
Niski koszt budowy (wielokrotnie niższy niż
koszt zakupu quadrotora)
Ze względu na bardzo prosty pilotaż skrzydła
nie ma konieczności zapewnienia dodatkowej
programowej stabilizacji lotu, znacznie
upraszcza to konstrukcję oraz tworzenie
oprogramowania
Dzięki prądom wznoszącym powietrza (termika
i żagiel) model może bardzo długo utrzymywać
się w powietrzu bez włączonego napędu
Zalety cd.
●
●
Ze względu na tylko jedno śmigło i mniej
skomplikowaną elektronikę, niższy pobór mocy
niż w quadrotorze
Prosty w sterowaniu dla operatora
Wady
●
●
●
W normalnej fazie lotu model nie może zawisnąć
nieruchomo w powietrzu
Paralotnia jest miękkopłatem, nie ma sztywnej
konstrukcji. Oznacza to że silna turbulencja może
podwinąć skrzydło, w skrajnych przypadkach może
to doprowadzić do upadku na ziemię. Stąd
konieczność wyposażenia w spadochron
Niska maksymalna prędkość skrzydła, w zależności
od konstrukcji loty przy prędkości wiatru nie
większej niż ok 6 do 7m/s
Elementy systemu
Stacja Bazowa
● Model latający
●
Stacja Bazowa
1)Nadajnik i odbiornik telemetrii oraz sterowania
dodatkowo odbiornik sygnału telewizyjnego z kamery.
2)Odpowiedni system antenowy
3)Przyrządy do sterowania modelem
4)Radiomodemy do obsługi transmisji danych
telemetrycznych i sterujących z/do modelu
5)Mikrokontroler (80C51 bądź ARM. Nie AVR!!!!)
obsługujący przez ADC przyrządy do sterowania,
wysyłający i odbierający dane z radiomodemów oraz
wyświetlający parametry lotu na wyświetlaczu (lub
komputerze)
Stacja Bazowa 1)
Dane wysyłane i odbierane na pasmach
amatorskich
●
●
●
Downlink telemetrii: 438,075Mhz (pasmo 70cm).
Modulacja FM.
Uplink telemetrii: 144,525Mhz (Pasmo 2m).
Modulacja FM.
Downlink sygnału TV: 1280Mhz (Pasmo 23cm).
Modulacja AM, system analogowej telewizji
kolorowej PAL
Stacja Bazowa 1) cd.
Sprzęt:
●
●
●
Radiotelefony pracujące w paśmie 2m i 70cm
(pasma amatorskie).
Moc wyjściowa do 150W (przy wykorzystaniu
mojego „normalnego” pozwolenia radiowego). Po
uzyskaniu osobnego zezwolenia Urzędu
Komunikacji Elektronicznej (stacja
eksperymentalna) moc do 1500W
Konwerter z pasma 23cm na III pasmo
telewizyjne (174Mhz do 225Mhz), z wyjściem
koncentrycznym o impedancji 75ohm do
telewizora
Stacja Bazowa 2)
Możliwe dwa rozwiązania:
●
●
Osobne anteny dla każdego pasma. Dla
telemetrii i sterowania dipole półfalowe ze
względu na ch-ke promieniowania. Dla sygnału
wizyjnego kilkuelementowa antena kierunkowa
Yagi
Wspólna antena kilkupasmowa. Konieczność
zastosowania duplekserów (filtrów pasmowych)
aby oddzielić nadajnik i odbiorniki
Stacja Bazowa 3)
●
●
●
Dwa potencjometry suwakowe do zdalnego
„zaciągania krawędzi spływu”, co umożliwia
skręcanie i hamowanie skrzydła
Potencjometr do sterowania napędem
Przycisk wyrzucania spadochronu i wyłączający
regulację (zawieszający procesor w obiekcie) w
razie sytuacji awaryjnej
Stacja Bazowa 4)
Kodowanie FSK 1200bps bądź 9600bps.
Możliwe metody realizacji:
●
●
●
Sprzętowe układy modemów FSK (np. FX614
albo TCM3105)
Programowe generowanie przez mikrokontroler
Użycie komputera PC i specjalnego
oprogramowania
Stacja Bazowa 5)
Zadania mikrokontrolera (-ów):
●
●
●
Odczyt przez ADC ustawień przyrządów
sterujących modelem
Obsługa radiomodemów. Nadawanie
fulldupleksowo danych sterujących i odbiór
telemetrii z czujników
Wyświetlanie odebranej telemetrii (wskazania
wysokościomierza, wariometru oraz położenie)
na wyświetlaczu.
Format przesyłanych danych
●
●
Ze względu na małą prędkość transmisji (odpowiednio 300
bądź 1200 bajtów na sekundę), konieczność ograniczenia
do minimum rozmiaru poszczególnej ramki aby zapewnić
jak najmniejsze opóźnienia
Dane wysyłane:
–
–
–
–
–
●
Zaciąganie lewej krawędzi spływu: 1bajt (zakres od 0x01 do 0xFE)
Zaciąganie prawej krawędzi spływu: 1bajt (zakres od 0x01 do 0xFE)
Moc napędu: 1bajt (zakres od 0x01 do 0xFE)
Bajt Stopu (0x00 – koniec ramki)
Nadanie 0xFF powoduje wyrzucenie spadochronu
75 ramek na sekundę (dla 1200bps). Opóźnienie 13ms
Format odbieranych danych
●
●
●
●
●
Wskazanie wysokościomierza w metrach: 2bajty
Wskazanie wariometru: 1bajt (256 wartości w
zakresie od -8m/s do 8m/s. Porównywanie z
tablicą)
Pozycja GPS: Po 4bajty na długość i szerokość
geograficzną (32bit float)
Bajt Stopu (0x00) markujący koniec ramki
Łącznie 12bajtów. 25 ramek na sekundę
(1200bps). Opóźnienie 40ms
Zasięg stacji bazowej
●
●
●
Zależny od używanej mocy, zainstalowanych
anten, wysokości zainstalowania, przeszkód
terenowych oraz wysokości na jakiej będzie
znajdował się model
Przy mocy 50W (typowa dla radiotelefonów
przewoźnych i stacjonarnych) i zainstalowaniu
na wysokim wzniesieniu nawet do 200km
Zależny od możliwości odbioru downlinku
telemetrii oraz sygnału TV z kamery pokładowej
Odbiór sygnału z kamery
●
●
●
●
Układ w 100% analogowy.
Odbiór realizowany przy pomocy zwykłego
odbiornika z wejściem antenowym
Konwerter podłączony pomiędzy antenę a
telewizor obniżający częstotliwość (heterodyna
plus mieszacz) z pasma 23cm na częstotliwość
zdolną do odbioru przez głowicę telewizora.
Sprzęt łatwy w zbudowaniu ze względu na dużą
bazę schematów
Model Latający
1)Nadajnik telemetrii i odbiornik sygnałów sterowania
wraz z systemem antenowym
2)Kamera oraz nadajnik telewizyjny oraz antena
3)Mikrokontroler sterujący
4)Serwomechanizmy do sterowania skrzydłem
5)Przyrządy pokładowe
6)Śmigło, silnik i jego sterownik
7)Akumulator
8)Skrzydło
Model Latający 1)
●
●
●
●
Nadajnik nie musi mieć dużej mocy, ze względu
na i tak duże pokrycie zasięgiem przy dużej
wysokości
Moc nadawcza do 500mW lub jeszcze mniejsza
Zastosowanie fabrycznych ręcznych
radiotelefonów (lub jednego z funkcją crossband
repeater)
Anteny unipolowe bądź helikalne (z wyglądu
przypominają antenki dołączane do kart WiFi)
Model Latający 2)
●
●
●
●
Miniaturowa kamera płytkowa kolorowa
Rozdzielczość najlepiej 520 linii. Jak największy
przetwornik CCD. Chodzi o zapewnienie jak najlepszej
jakości obrazu
Nadajnik telewizyjny pracujący w paśmie 23cm i
modulacji AM (emitowany sygnał jest identyczny z tym
nadawanym przez tradycyjne stacje telewizyjne)
Moc 500mW lub 1W (Widmo sygnału wizyjnego ma
szerokość 8Mhz przez co należy zastosować większą
moc w celu odbioru z większej odległości
Model Latający 3)
●
Wymagania podobne jak w stacji naziemnej.
Dodatkowo:
●
Obsługa czujnika ciśnienia. Na podstawie jego
pomiaru obliczenie wysokości oraz jej zmian w
czasie (wskazanie wariometru)
●
Obsługa modułu GPS
●
Sterowanie dwoma serwomechanizmami
●
Sterowanie napędem
Model Latający 5)
●
●
●
●
Wariometr baryczny (wskaźnik prędkości
poziomej)
Wysokościomierz
Odbiornik GPS do ustalania aktualnej pozycji
oraz prędkości lotu względem ziemi
Przetwornik ciśnienia (np.. Bosh BMP035) oraz
modułu GPS
Model Latający 6)
●
●
●
Akumulator powinien zapewnić lot z napędem
w ciszy (przy braku wiatru) przez co najmniej
45 minut
Przy locie swobodnym (bez napędu)
elektronika powinna być z niego zasilana przez
co najmniej 3 godziny
Najwięcej zasilania będzie pobierał napęd, w
drugiej kolejności stopnie mocy nadajników
Model Latający 8)
●
●
●
Najbardziej czasochłonna część projektu.
Skrzydło powinno być tak skonstruowane tak
aby miało maksimum tzw. bezpieczeństwa
pasywnego, czyli dużą odporność na
podwinięcia oraz w razie ich wystąpienia
szybko powracało do normalnego lotu
Nie powinno być zbyt zwrotne i szybkie aby
było łatwe w zdalnym sterowaniu
8) Krótko na temat budowy paralotni
●
●
●
●
●
Paralotnia jest to miękkopłat, czyli statek
powietrzny pozbawiony sztywnej konstrukcji
Składa się z dwóch poszyć zszytych ze sobą
przy pomocy rozpórek
W przestrzeni pomiędzy dolnym i górnym
poszyciem znajdują się tzw. komory.
Krawędź natarcia skrzydła jest to przednia
krawędź (jest ustawiona do kierunku lotu).
Krawędź spływu jest to tylna krawędź profilu
8) Krótko na temat budowy paralotni
●
●
●
●
W krawędzi natarcia znajdują się wloty powietrza
do komór
Przy starcie powietrze dostaje się do środka
skrzydła i dzięki swojemu ciśnieniu napełnia całą
konstrukcję. Powstaje profil aerodynamiczny który
generuję siłe nośną
Sterowanie polega na zaciąganiu odpowiedniej
części krawędzi spływu.
Zaciągając np. lewą stronę, zwalnia się jej lot
przez co skrzydło zaczyna skręcać w stronę
„wolniejszej strony”
8) Krótko na temat budowy paralotni
●
Do dolnego poszycia zamocowana jest galeria
kilku rzędów (typowo 4 plus sterówki) linek
nośnych które ostatecznie zbiegają się w dwie
taśmy które w normalnych skrzydłach podłącza
się do uprzęży w której siedzi pilot.
8)
●
Prawdopodobnie zaistnieje konieczność
poproszenia o pomoc w zaprojektowaniu i
wykonaniu któregoś z polskich producentów