Murena رباعي الطائرات خلال رحلات اختبار

تحدي الطائرات بدون طيار هو حدث سنوي يهدف إلى توسيع قدرات الطائرات بدون طياربالإضافة إلى واحدة من أكثر المسابقات الروبوتية طموحًا في العالم. تأثير الحدث على الصناعة كبير جدًا: في عام 2014 ، على سبيل المثال ، شارك المساهمون المنتظمون في مثل هذه المشاريع الشهيرة مثل Ardupilot و PX4 و Paparazzi في تحدي الطائرات بدون طيار ، لذلك تم تشكيل العديد من ميزات أجهزة التحكم في الطيران الموجودة اليوم تحت تأثير متطلبات هذه المسابقات. كل عامين ، تكون المنافسة مفتوحة للفرق من جميع أنحاء العالم ، وفي نفس الوقت تصبح مهمة إنقاذ الشخص هي الموضوع. هذا العام ، تمكنا أيضًا من الدخول في قائمة العشرة فرق التي اجتازت المراحل التمهيدية الثلاثة لتحدي الطائرات بدون طيار ، وذهبت إلى أحداث الجزء الأخير ، التي جرت من 27 إلى 29 سبتمبر في Dalby ، أستراليا. انتهى التحدي قبل شهرين - ومنذ ذلك الحين هدأت انطباعاتنا ،لقد قمنا بتحليل التجربة ونستعد الآن لوصف الطائرتين اللتين وصلنا بهما إلى الحدث.

نحن MelAvio Avionics Club ، وهو اتحاد طلاب من جامعة وارسو للتكنولوجيا. نتعامل مع البرمجة والإلكترونيات والميكانيكا كجزء من تطبيقها على الطائرات بدون طيار ، وكل عملنا تقريبًا يذهب إلى الاستعدادات لمسابقات مختلفة ، كان أهمها مؤخرًا تحدي الطائرات بدون طيار. في الواقع ، شارك MelAvio هذا العام في التحدي للمرة الثانية: قبل ذلك ، قبل عامين ، ذهب فريقنا بالفعل إلى النهائيات في أستراليا. ثم تمكنا من إظهار أنفسنا بشكل جيد مع التصميم الميكانيكي الأصلي وجهاز التحكم في الطيران محلي الصنع ، حيث احتلنا المركز العاشر في الترتيب العام وحصلنا على جائزة لمهارات الطيران ، على الرغم من عدم الوفاء بمهمة المسابقة بالكامل.

Barracuda ، MelAvio بدون طيار ، في UAV Challenge Outback Rescue 2014

هذا العام ، قمنا بتغيير نهج المشاركة قليلاً واستخدمنا جهاز تحكم طيران جاهز (Ardupilot على Pixhawk) ، ووضع اللمسات الأخيرة عليه لاحتياجاتنا. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن شروط التحدي أصبحت أكثر تعقيدًا مقارنة بالوقت الأخير ، وأن التطوير المستقل للحل الذي يلبي جميع الشروط مهمة طموحة للغاية ، كان من المنطقي أكثر استخدام المشاريع الحالية مفتوحة المصدر.

التحدي التحدي

لتوضيح نطاق المهمة ، من المنطقي وصف المهمة المقدمة للمسابقة بإيجاز. كانت مهمة الفرق هي تقديم عينة دم من جو ، أحد سكان الريف ، والذي ، وفقًا للأسطورة ، شعر فجأة بالسوء للعثور عليه في منزله خارج المدينة. تم فصل منزل جو عن المدينة بسبب الفيضانات ، لذلك من أجل الوصول إليه والعودة ، يجب أن تتغلب الطائرة تمامًا على ما يصل إلى واحد وخمسين كيلومترًا من المجال الجوي على طول مسار غير مباشر. بالإضافة إلى ذلك ، لا يعرف موقع جو إلا بدقة مائة متر ، ومن أجل إغلاق الأرض وتجنب إيذاء الشخص ، يجب على الطائرة تحديد موقعه بدقة أكبر في مكانه بالفعل. الأمر الذي يعقد الأمر أيضًا هو حقيقة أنه لا توجد ضمانات تقريبًا بشأن المناظر الطبيعية في بداية المهمة وعلى مقربة من جو ،بحيث يجب أن تتمتع الطائرة بدون طيار بالقدرة على الإقلاع أو الهبوط عموديًا أو عموديًا ، بالإضافة إلى نظام يسمح بدرجة كافية من الموثوقية لتحديد مكان مناسب للهبوط. يشجع منظمو التحدي السلوك المستقل للطائرة بدون طيار قدر الإمكان ، لذا فإن أفضل نهج ممكن هو القضاء تمامًا على تصرفات الطيار من المهام ، من المغادرة من نقطة البداية إلى الهبوط مع عينة دم في نفس المكان. بالإضافة إلى طائرة "التسليم" الرئيسية ، يمكن للطائرة المساعدة المشاركة في المهمة. يحتوي كلا الجهازين على مجموعة واسعة جدًا من المتطلبات من أجل ضمان هروبهما الآمن وتصرفهما الصحيح في المواقف غير المتوقعة.بالإضافة إلى نظام يسمح بدرجة كافية من الموثوقية باختيار مكان مناسب للهبوط. يشجع منظمو التحدي السلوك المستقل للطائرة بدون طيار قدر الإمكان ، لذا فإن أفضل نهج ممكن هو القضاء تمامًا على تصرفات الطيار من المهام ، من المغادرة من نقطة البداية إلى الهبوط مع عينة دم في نفس المكان. بالإضافة إلى طائرة "التسليم" الرئيسية ، يمكن للطائرة المساعدة المشاركة في المهمة. يحتوي كلا الجهازين على مجموعة واسعة جدًا من المتطلبات من أجل ضمان هروبهما الآمن وتصرفهما الصحيح في المواقف غير المتوقعة.بالإضافة إلى نظام يسمح بدرجة كافية من الموثوقية باختيار مكان مناسب للهبوط. يشجع منظمو التحدي السلوك المستقل للطائرة بدون طيار قدر الإمكان ، لذلك فإن أفضل نهج ممكن هو القضاء تمامًا على تصرفات الطيار من المهام ، من المغادرة من نقطة البداية إلى الهبوط بعينة دم في نفس المكان. بالإضافة إلى طائرة "التسليم" الرئيسية ، يمكن للطائرة المساعدة المشاركة في المهمة. يحتوي كلا الجهازين على مجموعة واسعة جدًا من المتطلبات من أجل ضمان هروبهما الآمن وتصرفهما الصحيح في المواقف غير المتوقعة.لذا فإن أفضل نهج ممكن هو القضاء تمامًا على تصرفات الطيار من المهام ، من المغادرة من موقع الإطلاق إلى الهبوط مع عينة دم في نفس المكان. بالإضافة إلى طائرة "التسليم" الرئيسية ، يمكن للطائرة المساعدة المشاركة في المهمة. يحتوي كلا الجهازين على مجموعة واسعة جدًا من المتطلبات من أجل ضمان هروبهما الآمن وتصرفهما الصحيح في المواقف غير المتوقعة.لذا فإن أفضل نهج ممكن هو القضاء تمامًا على تصرفات الطيار من المهام ، من المغادرة من موقع الإطلاق إلى الهبوط مع عينة دم في نفس المكان. بالإضافة إلى طائرة "التسليم" الرئيسية ، يمكن للطائرة المساعدة المشاركة في المهمة. يحتوي كلا الجهازين على مجموعة واسعة جدًا من المتطلبات من أجل ضمان هروبهما الآمن وتصرفهما الصحيح في المواقف غير المتوقعة.يحتوي كلا الجهازين على مجموعة واسعة جدًا من المتطلبات من أجل ضمان هروبهما الآمن وتصرفهما الصحيح في المواقف غير المتوقعة.يحتوي كلا الجهازين على مجموعة واسعة جدًا من المتطلبات من أجل ضمان هروبهما الآمن وتصرفهما الصحيح في المواقف غير المتوقعة.

بصفتنا الطائرة المسيرة الرئيسية للمهمة ، قررنا استخدام طائرة رباعية - مزيج من طائرة رباعية وطائرة تخطيط كلاسيكية. تمت إزالة الحاجة إلى الإقلاع والهبوط العمودي على الفور من مخططاتنا القياسية الثابتة الجناحين ، لذلك كانت البدائل الرئيسية للخيار المختار هي المدفع وطائرة هليكوبتر. تم رفض الإصدار مع كونتفليبان بسبب حقيقة أنه مع خطوة ثابتة للمروحة ، فإن محركات كونفيرتانبان محكوم عليها بكفاءة منخفضة ، وهو أمر غير مقبول بالنسبة لنا بسبب النطاق المطلوب المفترض ؛ إن بناء برج مائل بدعامة متغيرة ضمنا يعني درجة من التعقيد الميكانيكي ، والذي لم نتمكن ، كمنظمة علمية للطلاب ، من التعامل معه بسبب الموارد المحدودة.بالنسبة لخيار طائرات الهليكوبتر ، توقعنا أيضًا أن نواجه صعوبات مع الميكانيكا ، لكنهم لم يبدوا محبطين للغاية ، ورفضنا هذا الخيار إلى حد كبير لأن الطائرة الرباعية بدت وكأنها منصة أكثر أصالة ومثيرة للاهتمام.

البناء

قبل تصميم النموذج "الجاد" للطائرة الرباعية ، قمنا بتجميع نموذج اختبار - جهاز أطلقنا عليه اسم "النزوة". تم صنع هذا الهجين على أساس طائرة نموذجية جاهزة تم شراؤها وتم تصميمه لاختبار قابلية تشغيل فكرة الطائرة الرباعية ، بالإضافة إلى جميع الابتكارات التي نتكيف معها في جهاز التحكم في الطيران. بعد أن تأكدنا من قدرتنا على التحليق على مثل هذه الطائرة بدون طيار ، بدأنا في تطوير نموذج أكبر.

اختبار الطائرات

منذ بداية التطوير ، كان من الواضح أن مراوح ومحركات المروحية ستخلق مقاومة إضافية واختلالًا في وضع الطائرة ، لذلك قررنا محاولة جعل تصميم الطائرة نفسها "كبح" قدر الإمكان ومستقرًا قدر الإمكان. بالإضافة إلى ذلك ، كان مطلبنا الأولي هو الحفاظ على أقصى مساحة في جسم الطائرة ، بحيث تتوفر معدات نظام رؤية الكمبيوتر المناسبة وبطاريات ليثيوم بوليمر بسعة كافية لتنفيذ مهمة كاملة (الطائرة كهربائية بالكامل). بناءً على هذه الاعتبارات ، اخترنا طائرة عالية الجناح بجناح شبه منحرف من الاستطالة المتوسطة وذيل T ؛ تم اختيار زاوية الجناح V العرضي تساوي درجة ونصف.

مع البيانات الأولية المشار إليها حول التصميم وافتراض كتلة الطائرة ، بدأنا في التطوير. أولاً ، بمساعدة تطبيق Profili 2.0 ، تم تحديد خيار ملف تعريف مناسب للجناح الرئيسي للطائرة ، وبعد ذلك حددنا في XFLR5 شكل الجناح والريش في الحجم. بالإضافة إلى ذلك ، في ANSYS Fluent ، تحققنا من أن المحركات المروحية والمراوح الموجودة في المنطقة المجاورة مباشرة للجناح لا تحدث تغييرًا جوهريًا في طبيعة تدفق الهواء على الجناح. لتنفيذ هذه الإجراءات ، انتقلنا إلى دراسة أكثر تفصيلاً للهيكل بأكمله في SOLIDWORKS.

اختبار تدفق المروحة في ANSYS بطلاقة

عند العمل على الهيكل ، كان يجب إيلاء اهتمام خاص لجسم الطائرة وجناحها ، حيث أن لديها أكبر عدد من الأجزاء ولها أكبر تأثير على القدرة الاستيعابية وديناميكية الطائرة. كان من الضروري اتباع نهج خاص لهذه العناصر ليس فقط أثناء التطوير ، ولكن أيضًا أثناء التجميع ، حيث كان من الضروري جعلها خفيفة قدر الإمكان ، مع الحفاظ على قوتها الكافية.

يتكون جناح الطائرة من ثلاثة مكونات: القسم الأوسط ووحدات التحكم اليمنى واليسرى. كان أساس بناء الجناح عبارة عن رغوة البوليسترين المبثوق. تم تصميم أجزاء من الجناح بحيث يكون سطحها مستقيماً ، وبفضل هذا ، يمكن استخدام آلة الأسلاك CNC لقطع البوليستر بدقة. بعد ذلك ، تعرض البوليستر الجاهز لمعالجة إضافية لزيادة قوتها وتحسين الأداء الديناميكي الهوائي. لذلك ، تم تغليف الجزء الأوسط الفارغ بألياف الكربون وراتنج البوليستر ؛ من أجل الحفاظ على قطعة العمل ناعمة وحتى ، خلال فترة التصفيح ، كانت ملفوفة بالبلاستيك الزجاجي ، وضعت في كيس فراغ وثابت في رغوة البوليسترين السلبية.لم يكن من الممكن استخدام ألياف الكربون لتصنيع وحدات تحكم الجناح ، بما في ذلك لسبب أنه كان من الضروري وضع معدات الإرسال الراديوي في هذه الأجزاء (الفحم يخلق التداخل) ، لذلك كانت لوحات التحكم مغلفة بطبقة من الألياف الزجاجية وطبقة من البلسا. تم عمل مثبتات على حواف العناصر لتجميعها في هيكل جناح واحد. أيضا ، تم قطع مكان في الجناح لوضع جهاز إرسال واستقبال لاسلكي ، ومحركات للجنيحات والأسلاك وغيرها من المعدات ؛ في الأماكن الضرورية ، تم إرفاق القواطع المطبوعة على طابعة ثلاثية الأبعاد بالقواطع للمعدات.تم عمل مثبتات على حواف العناصر لتجميعها في هيكل جناح واحد. أيضا ، تم قطع مكان في الجناح لوضع جهاز إرسال واستقبال لاسلكي ، ومحركات للجنيحات والأسلاك وغيرها من المعدات ؛ في الأماكن الضرورية ، تم إرفاق القواطع المطبوعة على طابعة ثلاثية الأبعاد بالقواطع للمعدات.تم عمل مثبتات على حواف العناصر لتجميعها في هيكل جناح واحد. أيضا ، تم قطع مكان في الجناح لوضع جهاز إرسال واستقبال لاسلكي ، ومحركات للجنيحات والأسلاك وغيرها من المعدات ؛ في الأماكن الضرورية ، تم إرفاق القواطع المطبوعة على طابعة ثلاثية الأبعاد بالقواطع للمعدات.

في الأماكن التي تكون فيها وحدات تحكم الجناح متصلة بالجناح المركزي ، تم أيضًا توفير مثبتات للعوارض الطولية ، وفي نهايتها توجد محركات مروحية. تم طباعة تركيبات وحدات التحكم في الأجنحة وعوارض المروحية والريش باستخدام النايلون باستخدام تقنية SLS بدقة أكبر. تم قطع حوامل المحركات المروحية بالليزر من الخشب الرقائقي ولصقها براتنج البوليستر.

القسم المركزي في عملية التصنيع

إطار القضية كان مصنوعًا أيضًا من الخشب الرقائقي. تم قطع الأجزاء الضرورية من الخشب الرقائقي بالليزر ، ثم لصقها في هيكل واحد باستخدام الغراء cyanoacrylate. تم لصق الإطار باستخدام البلسا ، وتعزيزه على الأنف والانحناءات بألياف الكربون ، ثم تصفيحه بالألياف الزجاجية. وفر التصميم مساحة لكاميرا مزودة بمثبت (أمام البدن) ، وبطاريات (الجزء الخلفي من البدن) ، بالإضافة إلى كمبيوتر على متن الطائرة ووحدة تحكم في الطيران (منتصف البدن). بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير الاتصالات للجناح والذراع الرافعة ، مما جعل من الممكن وضع أسلاك الطاقة والإشارة بشكل ملائم داخل هيكل الطائرة.
تم عمل المصعد والمصعد بالطريقة المشابهة لتصنيع جناح الطائرة.

إطار بدون طيار

جزء السلطة

كمحركات مروحية للجهاز ، أخذنا أكبر ما كان بالنسبة لنا في منطقة الوصول التشغيلي - T-MOTOR U8 Pro 170KV مع مراوح خشبية قطرها 20 بوصة موصى بها لهذه المحركات من قبل T-MOTOR. تم اختيار ESC'i T-MOTOR FLAME 80A للتحكم في سرعة المحركات. مدعومًا بطاريتين Tattu 22000mah من ست بطاريات ليثيوم بوليمر متصلة في سلسلة ، سمحت لنا محطة الطاقة هذه بالحصول على سحب رأسي بحد أقصى 20 كجم.

من أجل الدفع ، اخترنا محرك Scorpion HKIII 4035 500KV مع تشغيل ESC FOXY XR-120 OPTO بنفس البطارية التي ترتبط بها محركات المروحية.
وزن الإقلاع النهائي للطائرة مع جميع المعدات على متنها يساوي 14 كجم. السرعة القصوى للطائرة هي 40 م / ث ، وسرعة الإبحار 25 م / ث ، وسرعة المماطلة 18 م / ث ، ومدة الرحلة في وضع الطائرة أكثر من ساعة واحدة ، ومدى الطيران يصل إلى 100 كم ، وهو ما كان ينبغي أن يسمح لنا بالأداء البعثات حتى في الظروف الجوية السيئة.

نظام رؤية الكمبيوتر

كان جزء مهم من الطائرة الرئيسية بالنسبة لنا هو نظام رؤية الكمبيوتر على متن الطائرة ، والذي بدونه من المستحيل العثور على جو وإكمال المهمة. كانت العناصر الرئيسية للنظام هي كاميرا JAI GO 2400 RGB مع نقل الإطار الكامل ودقة الوضوح العالي الكامل ، والكمبيوتر المصغر القوي GIGABYTE BXi7-5775. تم تركيب الكاميرا على تعليق استقرار لتصميمنا الميكانيكي الأصلي تحت سيطرة وحدة تحكم Alexmos - وهذا سمح لنا بالحصول على صور بمستوى ثابت من الميل بالنسبة للأرض ، بحيث يمكن تمييز صورة ظلية شخص عليها بوضوح. تم توصيل الكمبيوتر بوحدة التحكم في الطيران لتوفير بيانات وأوامر القياس عن بُعد. بالإضافة إلى ذلك ، باستخدام مودم 4G ، تم منح الكمبيوتر حق الوصول إلى خادم FTP ،تم من خلالها التواصل مع محطة مشغل نظام رؤية الكمبيوتر. يتم وصف خوارزمية البرنامج التي أطلقناها على متنها بإيجاز في الفقرة التالية.

بعد استلام الصورة من الكاميرا ، يتم إرفاق آخر حزمة بيانات للقياس عن بعد تم استلامها من وحدة التحكم في الطيران بها على الفور ، لذلك يمكنك حساب الإحداثيات الجغرافية لكل بكسل في الصورة تقريبًا. بعد ذلك ، يتم البحث عن مناطق الاهتمام: لهذا ، يتم إنشاء رسم بياني للصورة ، ويتم تحديد المستويات فيه ، وعدد وحدات البكسل التي يكون لها أكبر من قيمة عتبة معينة - هذه هي مستويات المناطق "غير المثيرة للاهتمام" ، ولا يتم النظر في وحدات البكسل المقابلة أكثر. تخضع وحدات البكسل "المثيرة للاهتمام" المتبقية لعملية تآكل شكلي ، بحيث تبقى فقط وحدات البكسل مجتمعة في مجموعات - يتم فرز هذه المجموعات حسب التركيز والحجم واللون ، ونتيجة لذلك نحصل على مجموعة مرتبة من المناطق في الصورة التي قد تبدو متشابهة على الأقل لكل شخص.بعد ذلك ، نحسب لكل من هذه المجالاتHOG- واصف واستخدام ناقلات ناقلات الدعم نقوم بتصنيفها على أنها شخص أو غير شخص. إذا تم تصنيف المنطقة على أنها شخص ، فهذا لا يعني أننا نعتبرها على الفور فعلاً على هذا النحو - فهي ببساطة تحصل على زيادة مهمة في الترتيب. بعد ذلك ، يتم إرسال صور جميع مجالات الاهتمام التي تم العثور عليها إلى خادم FTP بالترتيب المقابل لتصنيفها. يحتوي ملف كل صورة من هذه المعلومات على معلومات حول الموقع الجغرافي للمنطقة ومعرف الصورة الكاملة التي يتم أخذ المنطقة منها.

يتيح لك التطبيق الموجود في محطة المشغل عرض صور لمناطق الاهتمام التي تم تحميلها بواسطة الجهاز إلى خادم FTP جنبًا إلى جنب مع خريطة المنطقة التي يطير الجهاز فوقها ، وفرزها حسب التصنيف والوقت. إذا تسببت منطقة معينة من الاهتمام في جعل المشتبه يشك في ذلك ، فيمكنه ، مرة أخرى ، من خلال خادم FTP ، إرسال طلب إلى الطائرة ، بحيث يقوم بتحميل صورة كاملة إلى الخادم تتوافق مع مجال الاهتمام المحدد. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تعرف المشغل في أحد مجالات الاهتمام الموضحة على الشخص الذي يبحث عنه ، فيمكنه إرسال إحداثيات الهبوط المفضلة له إلى جهاز الكمبيوتر الموجود على متن الطائرة ، وسوف يقوم الكمبيوتر بإعادة توجيهها إلى جهاز التحكم في الطيران.

التطبيق في محطة المشغل

تم تدريب آلة ناقلات الدعم لتصنيف شخص على أمثلة الصور التي تم التقاطها أثناء الرحلات التجريبية. قبل حساب واصف HOG لكل مجال من مجالات الاهتمام ، نقوم بإجراء بعض التحولات الهندسية في المنطقة حتى نضع الشخص المحتمل في الصورة في وضع رأسي ، حيث يعمل HOG التقليدي بشكل جيد لتصنيف الشخص فقط في وضع الوقوف.

تصنيف المناطق ذات الأهمية على متن الطائرة بدون طيار: مخطط أحمر - تصنف المنطقة على أنها غير شخص ؛ المخطط الأخضر - المنطقة مصنفة على أنها شخص

نظرًا لأن المهمة لم تكن فقط للعثور على شخص ، ولكن أيضًا لاختيار مكان مناسب للهبوط ، بالإضافة إلى العمليات المذكورة أعلاه ، تمت برمجة نظام رؤية الكمبيوتر على الطائرة الرئيسية لتصنيف المنطقة التي كانت تحلق فوقها الطائرة. من بين الفئات المحتملة تم تحديدها: الأرض ، الأسفلت ، العشب ، الشجيرات والأشجار ، عوائق غير محددة. يعتمد التصنيف على معلومات حول لون الصورة وعدم تجانسها في مكان معين. عندما يحتاج مشغل محطة العمل إلى اتخاذ قرار بشأن موقع الهبوط ، يمكنه طلب معلومات من الطائرة حول تصنيف قسم الخريطة محل الاهتمام.

: - — , - — , —

بالإضافة إلى الطائرة بدون طيار الرئيسية الموصوفة ، قررنا استخدام طائرة مساعدة ، تكون مسؤولة عن الترحيل في قناة الاتصال بين المحطة الأرضية للمشغل والطائرة الرئيسية. في الواقع ، إذا كانت طائرتنا الرئيسية على بعد عدة كيلومترات من المحطة الأرضية ، فإن الحفاظ على الاتصال اللاسلكي المباشر لاستقبال بيانات القياس عن بعد وأوامر الإرسال يصبح مشكلة ، سواء بسبب انخفاض في قوة الإشارة مع زيادة المسافة ، وبسبب ظهور عوائق على خط الرؤية بين هوائيات على الأرض وعلى متن الجهاز. ليس من الممكن دائمًا التعامل مع صعوبة إنشاء اتصال لاسلكي مباشر من خلال زيادة قوة الإشارة ، نظرًا لأن هناك أولاً قيودًا على الدولة تحدد الحد الأقصى المسموح به من قدرة الإشارة اللاسلكية ، وثانيًا ،قد لا تؤدي زيادة الطاقة إلى نتيجة إيجابية ، خاصة عندما تكون الطائرة على ارتفاع منخفض على مسافة كبيرة. نقوم بحل هذه المشكلة بإضافة مكرر ، يقع على ارتفاع عالٍ ، في خط الرؤية من محطة المشغل ومن الطائرة "العاملة".

لنقل معدات الترحيل ، استخدمنا جناحًا طائرًا ، تم تصنيعه على أساس منصة Skywalker X8 الشهيرة. يتناسب الجناح الطائر في هذه الحالة مع القيود التي تسببها المناظر الطبيعية غير المعروفة للوحة الإطلاق ، حيث يمكن إطلاقها من منجنيق خفيف أو من بنجي ، ويمكن أن تهبط تلقائيًا دون الحاجة إلى مساحة مفتوحة كبيرة لذلك. لكي تهبط الطائرة بدون معدات الهبوط ، دون أن تلحق بها أضرار كبيرة ، قمنا بتغليف الجزء السفلي من الهيكل بكيفلار والألياف الزجاجية. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل زيادة القوة الهيكلية وتوفير إمكانية الطيران بسرعات أعلى ، كانت الحافة الأمامية للجناح مغلفة أيضًا بالألياف الزجاجية. تم تجهيز X8 بمحرك 710 KV تم تقييمه لبطاريات ليثيوم بوليمر ذات خمس خلايا ،وبطارية لهذا المحرك لمدة 16 ساعة أمبير من ست خلايا. نظرًا لحقيقة أننا استخدمنا بطارية بجهد أعلى من الجهد المقنن للمحرك ، كان علينا توفير كمية إضافية من الهواء للتبريد في التصميم. بالنسبة للمحرك ، تم استخدام منظم سرعة 70 أمبير ومروحة قابلة للطي بحجم 9.5x8. في الإليونات ، قمنا بتسليم أجهزة عالية الجودة HS-5625MG من Hitec ؛ تتمتع الخوادم بهامش كبير في الأداء ، مما يجب أن يقلل من إمكانية فقدان أسطح التحكم ، وكل منها أمر بالغ الأهمية في حالة الجناح الطائر. بالإضافة إلى ذلك ، كانت على متن الطائرة بطاريات صغيرة إضافية لإلكترونيات الطيران ونظام إنهاء الرحلة في حالات الطوارئ ، بالإضافة إلى وحدة تحكم الطيران (Pixhawk). ونتيجة لذلك ، كانت خصائص الجهاز كما يلي: الوزن - 3.5 كجم ،السرعة القصوى - 35 م / ث ، سرعة الإبحار - 25 م / ث ، زمن الرحلة - حتى 55 دقيقة ، المسافة المغطاة - أكثر من 80 كم.

وتجدر الإشارة إلى أن إضافة طائرة إضافية إلى النظام لزيادة منطقة تغطية الاتصال يؤدي إلى مشكلة تنظيم الاتصال نفسه ، لأنه في هذه الحالة ، بالإضافة إلى تحليل القياس عن بعد من الطائرة بدون طيار الرئيسية وإرسال الأوامر إليها ، يجب أن تدعم المحطة الأساسية الاتصال على نطاق واسع بالطائرة المساعدة جهاز. بالطبع ، يمكن تنظيم هذا الاتصال عن طريق إضافة مودمين لاسلكيين إضافيين (أحدهما للطائرة المساعدة بدون طيار ، والآخر للمحطة الأرضية) يعمل في قناة لا تتداخل مع المعدات الموجودة بالفعل في النظام. هذا الخيار ، مع ذلك ، ليس الأمثل بسبب التكاليف الإضافية ونقص قابلية التوسع عند إضافة طائرات بدون طيار جديدة إلى النظام.الخيار الأفضل هو استخدام جهاز إرسال واستقبال لاسلكي موجود للتواصل مع الطائرة المساعدة. في هذه الحالة ، يبدو مخطط الاتصال في النظام كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.

مخطط الاتصال بين الطائرة ومحطة المشغل

كما هو موضح أعلاه ، لا يحتوي النظام إلا على ثلاثة أجهزة مودم لاسلكية مسؤولة عن حل تعارضات الإرسال عند الوصول إلى القناة اللاسلكية الوحيدة التي يستخدمونها. تستخدم محطتان قاعدتان لرصد والتحكم في كل طائرة تستقبل وترسل من خلال المودم الراديوي نفسه ، والذي يتم التحكم في الوصول إليه بواسطة تطبيق التبديل المثبت على إحدى المحطات (في حالتنا ، كان هذا التطبيق mavproxy). يتم تبادل الحزم بين تطبيقات المراقبة / الإدارة وتطبيق التبديل باستخدام UDP.

وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى دور وحدة "الموجه" في مخطط الاتصال أعلاه. تمر هذه الوحدة ببساطة من خلال نفسها الحزم القادمة من وحدة التحكم في الطيران أو المحطة الأساسية المتصلة بها ، وفيما يتعلق بالحزم القادمة من مودم راديو متصل ، فإنها تتخذ أحد القرارات التالية: تجاهل الحزمة ، وإرسال الحزمة مرة أخرى إلى مودم الراديو ، وإرسال الحزمة إلى وحدة تحكم الطيران المتصلة أو محطة القاعدة . يتجاهل الموجّه الحزمة إذا سبق أن واجهها الموجّه من قبل. إذا لم يتم العثور على الحزمة من قبل ، ولكنها ليست مخصصة للجهاز الذي يتصل به جهاز التوجيه ، فسيتم إرسال هذه الحزمة مرة أخرى إلى مودم الراديو. في حالات أخرى ، يتم إرسال الحزمة إلى الجهاز المتصل بجهاز التوجيه. خلال اختباراتنا الأخيرة ،بسبب الافتراضات حول الوضع النسبي للطائرة ، في أجهزة التوجيه على الطائرة الرئيسية بدون طيار ومحطة القاعدة ، قمنا بتعطيل خيار إعادة إرسال الحزمة إلى مودم الراديو لتقليل الحمل على قناة الراديو.

فيما يتعلق بمشكلة تحديد جهاز التوجيه ما إذا كانت الحزمة المستلمة مخصصة لهذا الجهاز ، فإن الحل ليس تافهًا تمامًا. والحقيقة هي أنه بالنسبة للتواصل مع الطائرات ، نستخدم بروتوكول mavlink ، وهو المعيار الفعلي للطائرات بدون طيار المخصصة. لا تحتوي رؤوس mavlink على معلومات حول مستلم الحزمة ، على الرغم من وجود معرّف النظام والأنظمة الفرعية للمرسل. في حالتنا ، يجب أن يتعامل جهاز التحكم في الطيران الخاص بالجهاز المساعد فقط مع تفسير الأوامر من "Base Station 1" ، ووحدة التحكم في طيران الجهاز الرئيسي فقط من "Base Station 2" ، لذلك يمكننا فرز الحزم باستخدام معرف المرسل فقط. يعمل هذا الحل بشكل موثوق به تمامًا ، ولكنه مرة أخرى صغير الحجم ويحتاج إلى مزيد من المعالجة.

حزم ترشيح جهاز التوجيه قادمة من

مودم راديو استخدمنا RFD 868+ كمودمات راديو. تم صنع أجهزة التوجيه من قبلنا على أساس STM32 Nucleo ، والتي أضفنا إليها درعًا لتبسيط إمدادات الطاقة إلى اللوحة ، لتوسيع إمكانيات الاتصال والإشارة.

الخلاصة

وفقًا لمتطلبات المسابقة ، بالنسبة للمرور إلى الجزء الأخير ، حلقت كل طائرة موصوفة أكثر من خمس ساعات ؛ خلال هذه الرحلات التجريبية ، قمنا بتحديد وإصلاح العديد من المشاكل والأخطاء الصغيرة والكبيرة. يبدو تقرير الفيديو الخاص بنا لهذه المرحلة كما يلي:

واحدة من أكثر الأخطاء غير السارة في التصميم الميكانيكي التي لاحظناها خلال الرحلات التحضيرية كانت عدم تناسق كبير في الحمل على محركات المروحية أثناء التحويل من وضع الطائرة إلى المروحية. والحقيقة هي أن زاوية الهجوم الإيجابية لجناح الطائرة بسرعات منخفضة تحرف الحزم مع محركات المروحية إلى الخلف ، بحيث يتلقى محركان أقرب إلى ذيل الطائرة حمولة كبيرة أثناء التحويل. بالإضافة إلى ذلك ، تخلق لحظة رد الفعل من مروحة الطائرة حمولة إضافية على المحركات على الجانب الأيسر ، بحيث يكون المحرك الخلفي الأيسر هو الأكثر كثافة. في حالتنا ، أدى هذا التفاوت عدة مرات إلى حدوث خلل في محطة الطاقة وسلوك غير مستقر للطائرة ، والذي انتهى ذات مرة بسقوط شديد مع تلف شديد في الهيكل. بحلول الوقتعندما حددنا سبب هذا السلوك غير الصحيح للجهاز (قبل ثلاثة أشهر من المنافسة) ، كان الأوان قد فات لإجراء تغييرات على الميكانيكا أو محاولة تعديل برنامج التحويل ، لذلك قمنا بالمخاطرة بمواصلة المشاركة في التحدي ، مع العلم أن تصميمنا ليس له فائض في حالة وقوع حادث . ومع ذلك ، حاولنا بكل طريقة ممكنة التقليل من احتمال حدوث عطل ، قدر الإمكان التحكم في خدمة جميع العناصر والتوصيلات والتركيبات قبل كل رحلة.لقد حاولنا بكل طريقة ممكنة لتقليل احتمال حدوث عطل ، مع التحكم إلى أقصى حد في خدمة جميع العناصر والتوصيلات والتركيبات قبل كل رحلة.لقد حاولنا بكل طريقة ممكنة لتقليل احتمال حدوث عطل ، مع التحكم إلى أقصى حد في خدمة جميع العناصر والتوصيلات والتركيبات قبل كل رحلة.

لسوء الحظ ، لم تكن الاحتياطات التي اتخذناها كافية ، وتحطمت طائرتنا الرباعية خلال إحدى الرحلات التجريبية التي قمنا بها في أستراليا للتحقق من السلامة الهيكلية بعد تجميع الجهاز في موقع المسابقة. في حالة وقوع حادث ، عانى الهيكل بأكمله من أضرار كبيرة ، لذلك لم يكن من الممكن إصلاح الجهاز ومحاولة إكمال جزء على الأقل من المهمة. ومع ذلك ، كان المنظمون متعاطفين مع وضعنا وأعطونا إذنًا بالسفر باستخدام جهاز مساعد من أجل التحقق من نطاق اتصالات الراديو لدينا والقدرة على التحكم في الجهاز خارج خط البصر.

في النهاية ، تجدر الإشارة إلى أنه لم يكن أحد من الفرق هذا العام قادرًا على تحقيق مهمة المسابقة بالكامل ، والتي ارتبطت بفقدان الطائرة لأسباب مختلفة: التحطم ، النار ، الطيران خارج مساحة الرحلة المخصصة ، وكقاعدة عامة ، تحوم على شجرة. كان الفريق من TU Delft (التصميم الميكانيكي الأصلي ونموذج اختبار لنظام رؤية الكمبيوتر من Parrot ، الفيديو حول الطائرة بدون طيار هنا ) و Canberra UAV (قاموا بتسليم عينة دم ، لكنهم تحطموا الطائرة الهليكوبتر المساعدة ، الفيديو حول الطائرة بدون طيار هنا ) الأكثر ملاحظة خلال التحدي .

بالنسبة لنا ، كما هو الحال بالنسبة للفرق الأخرى ، كان التحدي بمثابة منصة ممتازة لتجربة أيدينا والتواصل مع محترفي الطائرات بدون طيار من جميع أنحاء العالم. لقد اكتسبنا خبرة كبيرة وجمعنا الكثير من المواد التي ستساعدنا أكثر في مشاريعنا الشخصية وفي الاستعداد للمسابقات القادمة.

المواد

" UAV Challenge Medical Express 2016 Rules .
" مقال من منظمي التحدي حول إحصاءات وتاريخ المسابقة.
» وصف نجاح Canberra UAV بقلم أندرو تريجيل ، القائد الإيديولوجي للفريق.

كيف استعدنا لتحدي الطائرات بدون طيار 2016