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