POLSL HF-1 Orzeł. MIWL Bezmiechowa 2012 Politechnika Śląska - High Flyers

Transkrypt

1 POLSL HF-1 Orzeł MIWL Bezmiechowa 2012 Politechnika Śląska - High Flyers

2 Plan prezentacji Wstęp Międzywydziałowe Koło Naukowe High Flyers Zespół projektowy Autopilot Naziemna Stacja Kontroli Lotu Testy Autopilota Płatowiec POLSL HF-1 Orzeł Obloty Warunki eksploatacji Kosztorys Sponsorzy 2

3 High Flyers Międzywydziałowe Koło Naukowe High Flyers zostało zainicjowane i jest prowadzone przez studentów Politechniki Śląskiej Data założenia: Listopad 2010 Skupiamy inżynierów: Elektroniki Informatyki Robotyki Automatyki Mechaniki 3

4 Zespół projektowy 1. Marcin Janik płyta Autopilota 2. Marcin Kolny software NSKL 3. Oliver Kurgan RC Switch, oświetlenie 4. Michał Ożga software Autopilota 5. Krzysztof Płatek projekt i konstrukcja płatowca 6. Tomasz Siwy marketing i logistyka 7. Marcel Smolioski projekt i konstrukcja płatowca 8. Łukasz Szczurowski RC Switch, oświetlenie, 9. Piotr Tracichleb pojemnik transportowy 10. Dominik Wybraoczyk lider zespołu, elektronika, komunikacja radiowa, software Autopilota 11. Agnieszka Ziebura marketing i logistyka Opiekun: dr inż. Roman Czyba 4

5 Autopilot platforma System wbudowany RB110 oraz RB100 Cechy : Kompaktowe wymiary 96x56 mm 32 bitowy procesor Vortex86DX (1 GHz) 256 MB DRAM 5

6 Autopilot projekt autorski 6

7 Autopilot projekt autorski Autorska płyta autopilota Projekt wykonany w Altium Designer STM32F103VE 16PWM Do 3A na 3V3 i 5V 4ADC 5V 4ADC 3V3 microsd JTAG 7

8 Komunikacja radiowa Bluetooth v2.0 F2M03GX firmy Free2Move Najważniejsze cechy: Po skonfigurowaniu moduł jest transparentny Przepustowośd 2 lub 3 Mbps Zasięg faktyczny do 500 m 8

9 Komunikacja radiowa Digi International xbee 2.4 GHz Najważniejsze cechy: Po skonfigurowaniu moduł jest transparentny Przepustowośd 250 kbps Zasięg do 300m 9

10 Komunikacja radiowa Digi International xbee-pro 868MHz Najważniejsze cechy: Po skonfigurowaniu moduł jest transparentny Przepustowośd 24 Kbps, 10% DutyCycle Zasięg 16km 10

11 Pomiary xbee-pro 2.4 GHz, zasięg: 250 m xbee-pro 868 MHz zasięg: 2.4 km 11

12 GPS Wykorzystano układ GPS firmy ublox Założenia: Szybkie osiągnięcie fix a Możliwośd podpięcia anteny aktywnej Konfigurowalna ramka 12

13 Czujnik ciśnienia BMP085 Najważniejsze cechy: Możliwośd wyboru dokładności pomiaru Komunikacja cyfrowa 13

14 AHRS minimu9 CHR UM-6 14

15 Zasilanie Przetwornice impulsowe Texas Instruments LMZ1200x Dla LMZ12003 pobór prądu do 3A Duża sprawnośd dla 12V 15

16 RC Switch 16

17 Software - FreeRTOS System operacyjny czasu rzeczywistego FreeRTOS Podział funkcjonalności na niezależnie działające zadania Zapewnienie wykonania określonego zadania w określonych przedziałach czasowych Zaawansowany system priorytetów oraz mechanizm wywłaszczania zadao Bezpieczne mechanizmy komunikacji i wymiany danych między zadaniami 17

18 FreeRTOS 18

19 Naziemna Stacja Kontroli Lotu 19

20 NSKL - oprogramowanie 20

21 NSKL planowanie misji 21

22 NSKL kontrola lotu 22

23 Testy Autopilota Testy przy użyciu modelu z pianki EPP 23

24 Projekt wstępny płatowca 24

25 Główne części płatowca Dziób wraz z demontowaną kabinką. Belka ogonowa wraz ze stałym sterem kierunku. Dwie lustrzane połówki pływającego steru wysokości. Lewa połowa centropłata. Prawa połowa centropłata. Bagnet węglowy do centropłata. Lewe ucho z lotką. Prawe ucho z lotką. Dwa węglowe bagnety łączące uszy z centropłatem. Dwa pręty węglowe łączące połówki steru wysokości. 25

26 Transport motoszybowca Motoszybowiec można złożyd do skrzyni transportowej o wymiarach 1000X300X350 [mm]. Szkielet pudła został wykonany z listew sosnowych. Jako ścianki użyto płyt pilśniowych. Projekt skrzyni przed wykonaniem Wykonana skrzynia transportowa 26

27 Konstrukcja płatowca Skrzydło ze względu na dużą rozpiętośd (3500mm) zostało podzielone na 4 części, które łączone są za pomocą 3 bagnetów. Główny łącznik skrzydeł bagnet z włókna węglowego UMS 27

28 Podstawowe dane techniczne Rozpiętośd: 3500 mm Długośd: 1680 mm Wysokośd: 430 mm Masa do lotu: ~ 5 kg Profil płata: MH32 Powierzchnia nośna skrzydeł: 67 dm 2 Obciążenie pow. nośnej płatowca: ~ 76,2 g/dm 2 28

29 Etapy budowy płatowca 1. Projektowanie motoszybowca i założenia konstrukcyjne. 2. Modelowanie bryły modelu i jego form (CAD/CAM). 3. Frezowanie pozytywów form. 4. Wyprowadzenie powierzchni na pozytywach. 5. Odbicie negatywowych form od pozytywów. 6. Wyprowadzenie powierzchni na formach. 7. Wytwarzanie modelu - laminowanie w formach. 8. Wyposażenie samolotu w elektronikę i mechanizmy. 29

30 Zastosowane technologie Motoszybowiec jest zrobiony w całości z laminatów kształtowanych w formach. Dzięki zastosowaniu materiałów kompozytowych cała konstrukcja jest sztywna i lekka. 30

31 Wykonanie kadłuba Technologia wytworzenia kadłuba została tak opracowana, by maksymalnie zmniejszyd koszty i możliwie najszybciej uzyskad zadowalające efekty. Cały proces technologiczny został opracowany z myślą o szybkim wytworzeniu elementów o wysokiej jakości. 1) Projektowanie CAD i stworzenie programów dla obrabiarki CNC 2) Wyfrezowanie kadłuba w formie pozytywu 31

32 Wykonanie kadłuba 3) Odbicie form negatywowych od wykonanych pozytywów Formy zostały wykonane z gipsu ze względu na niskie koszty i szybki proces wytwarzania. 32

33 Wykonanie kadłuba 5) Wyprowadzenie gładkiej i równej powierzchni na formach 6) Laminowanie w formach połówek kadłuba 33

34 Wykonanie kadłuba 7) Sklejenie połówek i wyposażenie kadłuba w urządzenia pokładowe Kontroler LED 34

35 Wykonanie skrzydła Skrzydło w samolocie zostało wykonane profesjonalnie. Zastosowana technologia niewiele różni się od praktyk stosowanych w dorosłym lotnictwie. Płat może byd wytwarzany wielokrotnie. Dzięki lustrzanym powierzchniom i perfekcyjnemu odwzorowaniu profilu (frezowanie CNC), motoszybowiec posiada doskonałe własności lotne. Kompozytowa konstrukcja oparta na super - sztywnym włóknie węglowym UMS zapewnia odpornośd skrzydła na siły zginające i skręcające. 35

36 Zastosowane profile Skrzydło Stateczniki 36

37 Wykonanie skrzydła 1) Projektowanie CAD i stworzenie programów dla obrabiarki CNC, przygotowanie materiału do frezowania: 2) Wyfrezowanie 12 pozytywów form z materiału MDF na frezarce CNC własnej konstrukcji: 37

38 Wykonanie skrzydła 3) Wyprowadzenie lustrzanej powierzchni na pozytywach: 4) Odbicie form negatywowych od wykonanych pozytywów: 38

39 Wykonanie skrzydła 5) Wyprowadzenie gładkiej i równej powierzchni na formach: 6) Laminowanie w formach skorup skrzydeł i stateczników: 39

40 Wykonanie skrzydła 7) Sklejenie połówek i wyposażenie skrzydeł w napędy lotek: 40

41 System odzysku W prezentowanym systemie do odzysku samolotu zastosowano spadochron krzyżowy. Spadochrony tego typu są łatwe do wykonania. Spadochron krzyżowy otwiera się powoli, dzięki czemu samolot nie jest narażony na gwałtowne szarpnięcie, które może przyczynid się do wystąpienia znacznych przeciążeo. Po zdalnym zwolnieniu spustu za pomocą serwomechanizmu klapa komory spadochronowej zostaje odrzucona, a spadochron jest wypychany w górę za pomocą sprężystego materiału. 41

42 System odzysku W prezentowanym systemie spadochron wykonany jest z cienkiej, przeźroczystej folii wzmocnionej taśmą z włóknem szklanym. Linki wykonane są z nylonowego sznurka. 42

43 Powtarzalność i modułowość Cały płatowiec został odlany z form wielokrotnego użytku, co stwarza możliwośd wykonywania wielu takich samych (lub podobnych) egzemplarzy. Pracując 8 godzin dziennie dwaj wykwalifikowani specjaliści są w stanie zbudowad 1 samolot na tydzieo. 43

44 Napęd Silnik: Model Motors Axi Gold 4130/16 ESC: Jeti Pro 77A Akumulxator: 8C Li-Pol 4500mAh Śmigło: 18x10 Graupner CAM Folding Propeller Według obliczeo programu Drive Calculator ciąg silnika powinien przekraczad masę motoszybowca. 44

45 Sposób startu i lądowania Start odbywa się z ręki Lądowanie: Przy użyciu spadochronu Klasyczne W omawianym systemie bezzałogowym od samego początku zrezygnowano z urządzeo wspomagających start z następujących przyczyn: Napęd pozwala na start stromotorowy Start z katapulty uniemożliwia zastosowanie w kadłubie śmigła ciągnącego na dziobie Katapulta w znacznym stopniu wydłuża czas przygotowania całego systemu do misji Katapulta lub rozwinięta guma z holem ogranicza ilośd miejsc, z jakich można wystartowad samolot 45

46 Obloty Film dostępny na 46

47 Procedury bezpieczeństwa Przy wypuszczaniu samolotu operator powinien bezwzględnie dopilnowad by: Nikt nie stał w linii obrotu śmigła Nikt nie stał przed samolotem Startujący samolot miał przed sobą co najmniej 100 metrów otwartej przestrzeni Samolot został wypuszczony pod kątem 30 stopni, a skrzydła były ustawione poziomo W razie występowania podmuchów samolot startował zawsze dokładnie pod wiatr Części samolotu były dokładnie ze sobą spięte W strefie powietrznej, gdzie samolot będzie nabierał wysokości, nie znajdował się żaden statek powietrzny lub stado ptaków Wszystkie powierzchnie sterowe wskazują na brak jakichkolwiek zakłóceo radiowych Samolot startował bez uszkodzeo mechanicznych konstrukcji 47

48 Ograniczenia użytkowe Dopuszczalna prędkośd wiatru: do 10 m/s Operowanie w terenie górzystym: Tak, start stromotorowy Czas przygotowania do zadania: 15 minut Czas odtworzenia gotowości: 3 godziny Odpornośd eksploatacyjna: bardzo wysoka 48

49 Sytuacje szczególne w locie Usterka Autopilota lub gwałtowne, nieprzewidziane manewry lub zagrożenie kolizji pilot modelu RC przejmuje kontrolę (RC Switch) Jak powyżej plus utrata kontaktu wzrokowego z samolotem podjąd decyzję o otwarciu spadochronu Gwałtowne pogorszenie warunków atmosferycznych podjąd decyzję o lądowaniu Awaria systemu odzysku (spadochronu) rozpędzid samolot, rozwinąd czaszę lub awaryjnie lądowad klasycznie 49

50 Realizacja projektu 50

51 Realizacja projektu 51

52 Realizacja projektu 52

53 Kosztorys Koszt budowy samolotu 2500zł Koszt elektryki 3000zł Koszt elektroniki 2000zł Łączny koszt projektu 7500zł. 53

54 Sponsorzy 54

55 Dziękujemy za uwagę 55