logotype
Шаблоны Joomla 3 здесь: http://www.joomla3x.ru/joomla3-templates.html

Создание БПЛА для целей фотограмметрии

Современные технологии позволяют создавать высокоточные цифровые модели местности фотограмметрическими методами, используя беспилотный летательный аппарат с качественной бытовой фотокамерой. Было принято решение о постройке и использовании данной прогрессивной технологии в практике геодезиста.

В воскресенье 16.11.2014 состоялся первый полет носителя с крылом Рогалло: 

В данный момент производится изучение характеристик модели и подготовка полетного контроллера (автопилота).

Отдельная благодарность Владиславу Мокрани, руководителю авиамодельного кружка в Ужгороде, за предоставленный носитель (радиоуправляемую модель) и оказанную помощь при подготовке, настройке, полетах.

к полету готов

На данный момент на носителе заменено крыло (парус), что улучшило летные характеристики.

новый парус

Приобретены радиомодемы дальнего действия.

В автоматических режимах выполнены взлет и полеты по путевым точкам. 

Были получены изображения с носителя обычной "мыльницей", с малой высоты.

Фрагмент изображения:

Конструкция с крылом Рогалло имеет множество технических ограничений, и отлично подходит только для целей обучения. По этому носитель вернул на авиамодельный кружек и принялся строить носитель классической схемы.

Техническое задание к носителю:

  • размах крыла - 2.8м
  • длина  -  1.4м
  • взлетный вес - около 4 кг
  • время полета - более часа
  • крейсерская скорость - до 40 км/час
  • макс скорость - 80 км/час
  • крыло без механизации
  • двигатель электрический
  • камера -  APS-C матрица, 24 Mpx
  • система подвеса камеры - 3 степени свободы (вращательные)
  • посадка на лыжу или парашютирование самолета

 На 27.12.2014 идет изготовление шаблонов нервюр и резка пенопластовых сердечников несущих поверхностей:

шаблоны

на 13.01.2015 нарезаны сердечники крыльев, стабилизатора и киля, изготовлены углепластиковые полки лонжеронов крыла, вырезаны бобышки из липы, в них вклеены кевларовые трубки, подготовлены соединительные угольные штыри:

подготовка материалов для лонжерона крыла

Постройка модели сопровождается изготовлением спец оборудования, такого как: вакуумный компресор с точным датчиком вакуума, "гравитационной пенорезкой" для нарезки пенопласта, а так-же других принадлежностей.

23.01.2015 идет подготовка центроплана к сборке:

ядро и лонжероны центроплана

Забавная история: оказывается Мэрилин Монро в 1945году собирала на конвейере беспилотники OQ-3 (TDD-2), на заводе Radioplane Co. Фото Дэвида Коновера:

Marilyn Monroe (Norma Jeane )

31.01.2015 этап шпаклевки углепластиковых лонжеронов смолой с микросферой, а вот примерка консолей к центроплану (диванчик двухметровый):

23.03.2015 изготовлены по позитивной технологии киль и стабилизатор.

Вакуумный пакет прижимает обложки формирующие поверхность, обложки заранее подготовлены (нанесен разделительный слой и окрашены):

стабилизатор в вакуумном пакете

Процесс снятия обложек, краска остается на кевларовом композите киля:

 киль, еще в обложках

Обработаны торцы, обрезано лишнее, вырезан руль поворота в киле.

обработанные киль и стабилизатор

Продолжается изготовление мастер модели фюзеляжа.

28.03.2015 отформованы консоли крыла, возникли некоторые проблемы с маляркой (есть мелкие задиры краски, кое-где "перестарался" с раскаткой кевлара), но на летные характеристики это особого влияния не окажет:

отформованные консоли

день следующий, покраска обложек центроплана:

покраска обложек центроплана

еще денёк и вынимаем из мешка центроплан:

центроплан в вакуумном мешке

примеряем консоли:

крыло в сборе

ну и главное вес крыла (1175.5гр изображение экрана перевернуто зеркально, невозможно было подлезть к экрану весов):

вес крыла

перебрал в весе больше 100гр, надеюсь что ушло в прочность 

 

Фюзеляж решил делать в матрице, для повышения ремонтоспособности. Изготовление матрицы дело долгое и муторное, сделал пару мелких ошибок, но вроде матрицы удались.

Вырезал заготовку из экструзионного пенопласта, эдакий "буратино":

заготовка

Потом долго шпаклевал, и красил:

шпаклевка

"Спинку тёр" - шлифовка полиэфирной шпаклевки в ванной =)

шлифовка

Красил и сушил, искал раковины и изъяны: 

покраска/сушка

В постельки укладывал, самодельный гелькоат из чешской смолы Epoxy 531 и замазки для швов плитки (соотношение 1:1.5), стекло на той-же смоле:

Постельки из ДСП.

Половинка корки:

первая половина

Корки матрицы готовы:

еще не раскрыты корки

мастер-модель вынималась не совсем так как предполагалось, "Буратино" скончался во время операции:

мастер-модель извлекал по частям

ну и еще неочищенные корки:

неочмщенные корки марицы

Выводы: с полиэфиркой лучше не работать и использовать двухкомпонентную эмаль.

Пока все  "нормальные люди красили яйца" я красил матрицы и кроил ткань для композита, а когда "нормальные люди святили яйца" я закладывал кевлар в форму фюзеляжа.  Зато результат вполне удовлетворительный, корочка весом 225,5гр, готовый фюзеляж предполагается около 800гр:

половинка фюзеляжа

19.04.05 изготовил быстросъемное крепление радиомодема, прикрепил на шпангоут:

крепление модема rfd900

спаял раздувочный и вакуумный мешки: 

раздувочный мешок

подготовил матрицы и корочки, установил шпангоуты, уложил композит для склейки половинок:

подготовка к склейке

закрыл корочкой, вывел трубку раздувочного мешка и сомкнул матрицу, посадил на болты:

корки в сборе

зафиксировал болтами половинки матрицы

уложил в вакуумный пакет, предварительно обернув бумагой (матрицы снаружи необработанны, не хочу шлифовать стеклопластик насухо):

вакуумный пакет:

ну пару изображений "примерки киля":

необработанный фюзеляж

шов склейки

Фокус с раздувочным мешком у "факира прошел не полностью удачно", мешок пускал воздух и по этому не плотно обжал ленты кевлара, местами придется заполнить микросферой. Пришлось на мешок подать избыточное давление, чтоб улучшить обжатие кевларовых лент.

Так-же возникла проблема с отверстием оси руля высоты, придется править одну половинку фюзеляжа, а потом по ней править матрицу (матрицу и ось стабилизатора в фюзеляже исправил).

Еще один вывод: если что-то можно приклеить после вакуумирования, то не стоит усложнять себе работу (один шпангоут перекосило, а именно его можно было вклеить позже, поглядим не будет ли мешать в будущем камере).

 

28.04.2015 Медленно но уверенно продвигаются работы по сборке, работы с различной мелочью затягивают время, вроде что-то делаешь а результат виден не шибко.

Точил втулочки для крепления вилки плавающего стабилизатора, спасибо Владиславу Мокрани за доступ к станочку, лет 15 не подходил к токарнику:

токарно-винторезный станок ТВ-4 в работе

"Угольная" вилочка и заготовки резьбовых вставок, далее во вставках просверлил поперечные отверстия для обмотки кевларовой нитью и вклеил в стабилизатор:

втулочки

Поклейка различных шпангоутов, на фото выше тоже заготовка шпангоута (переклей из авиационной фанеры и бальсы):

шпангоут в район аккомулятора, нижняя часть из бука, верхняя фанера и бальса

На скорую руку из пластилина слепил пуансон для обтекателя датчика скорости, с него изготовил матрицу:

пластелин

Из матрицы получил корочку обтекателя:

капотик датчика скорости

Корочку формовал в вакууме, а раздувочным мешком послужил воздушный шарик, по этому внутри корочки просматриваются рисуночки цветов с воздушного шарика .

Уж очень тонок получился обтекатель и вес всего 1.1гр. Наверно добавлю еще пару слоев "легкого стекла", ведь  не спортивную модель строю, а после прошпаклюю задиры и покрашу.

Установил двигатель (обрабатывать кевлар та еще затея), примерял кок, вроде красиво (но первые полеты будут с обычным деревянным воздушным винтом на цанге с гайкой) :

кок складного винта

Вырезать окошки в фюзеляже буду пробовать таким себе самодельным "дремелем":

самодельеый отрезной круг

06.05.2015 Сложности вызвали крепление крыла и стабилизатора, крепления делаются легкосъемными а тут и выбор материалов и выбор конфигурации. К примеру вилка (кронштейн) крепления руля высоты имеет такую форму (рядом крепление пластиковых труб, для понимания процесса фиксации):

углепластиковая вилка стабилизатора

а вот материал - углепластик не совсем подходит, его прочность и гибкость вполне подходят а вот износостойкость не важна. После нескольких защелкиваний стабилизатора на место,  отверстия в вилочке изнашиваются и появляются люфты с возможностью самопроизвольного отстегивания стабилизатора в полете, что недопустимо! Вопрос требует изучения инженерных пластиков или армирования отверстий металлом.

08.05.2015 Помощь пришла негаданно, сосед подсобил кусочками различных пластиков. В распоряжение попали заявленные как капролон и нейлон обрезки. Немного поработав ножовкой, получил удерживающую силу оси в 2 раза превышающую полученную от углепластикового изделия.

Вот тестовый образец капролона, тут толщина зажима увеличена вдвое, что в принципе допустимо, но нет видимого износа поверхностей  сопрягаемых деталей и эластичность детали возросла в разы:

эксперементы с пластиком

17.05.2015 Доделал обтекатель на трубку Пито:

отстенивающийся обтекатель датчика скорости

 Профрезеровал из алюминиевого сплава АМг балку крепления крыла, деталь не технологичная, много ушло в стружку  (за фрезерным станком не стоял наверно еще со школьных времен):

фрезеровка балки

Владислав Васильевич опять оказал всяческую поддержку в проектировании и изготовлении носителя:

Мокрани Владислав

Осталось немного облегчить балку и вклеить в фюзеляж:

балка крыла

Пол дня изготавливал заготовку вилки стабилизатора, сперва ручную фрезу надо было подготовить к фрезеровке мелкой детали и сделать подобие настольного фрезера, выровнять форму заготовки до параллелепипеда,  а потом фрезеровать капролон срезая тонкие части по несколько миллиметров:

заготовка для двух вилок стабилизатора

Весь балкон в стружке, пол дня жужжал фрезер перебивая мелодии из моей акустики, соседи наверно в восторге, а еще второй брусочек не обработан

23.06.2015 После перерыва почти в месяц продолжаем сборку.

Подготовил площадку под аккумулятор и вклеил:

площадка аккумулятора

Изготовил прижимные планочки под сервоприводы:

дюралька

вес крепежа сервоприводов

Навесил на фюзеляж основные узлы и детали, озадачился центром тяжести:

вид с хвоста

вид с носовой части

На 13.07.2015 были выполнены первые полеты  носителя, безмоторное планирование и моторный полет, идет изучение характеристик модели.

При безмоторном тесте было повреждено крыло, при одном из бросков сильно задрал фюзеляж на кабрирование,  произошло падение на консоль крыла и потом на кок винта. Погнул вал электромотора и повредил верхний лонжерон левой консоли, так-же гармошка на кончике крыла:

гармошка

гармошка, вид с низу

вот повреждения лонжерона крыла:

верхний лонжерон после падения

Все повреждения были восстановлены, был вырезан пенопластовый наполнитель и вклеен в поврежденный уголок, композит был по возможности расправлен феном для волос. На лонжерон была наклеена композитная накладка, складки заполнил  смолой. Консоль утратила первоначальный вид, но надеюсь прочность восстановлена, насчет геометрии сказать сложно хоть и полимеризовался композит  в родных постельках в вакууме.

Моторный полет дал много информации для настройки автопилота, более-менее удачный взлет, завал в штопор с 70метров, выход на 20 метрах (штопор с сваливанием на крыло и серьезным пикированием), уход в мощный термик и безмоторный полет, полет в хороший ветер, удачная посадка.

Полеты сразу были выполнены в режиме стабилизации, после установки углов рулей "на глаз" опытным моделистом (не мной). 

Сборка планера в поле:

фюзеляж на коврике багажника авто lanos

А в это время летало радиоуправляемое крылышко, ветер был около 7м/сек, для крылышка многовато, но зато в термиках зависало не слабо. На фотографии удивительный момент, от крылышка отделился воздушный винт (он в верхнем левом углу, темное пятно), что-то произошло с пропсейвером (Prop Saver), винт улетел в непонятном направлении, так и не нашли:

летающее крылышко

Ну и общая фотография на память о полетах:

на фото собственно я и Владислав Мокрани

Вот данные записей автопилота о положении носителя в момент штопора, в ПО "гугл планета земля":

штопор

В данный момент формирую матрицу из лопасти складного воздушного винта, поскольку винт зачастую является расходником:

заготовка формы для воздушного винта

пластилин в форме

Пока проходят тренировочные полеты, полезную нагрузку заменил свинцовый балласт.

Немного запаха бензина, и балласт готов (первые полеты грузился пробками от чугунной батареи, ржавая такая слева на фото):

плавка балласта

Чтоб свинец не прилипал к форме, пришлось обильно посыпать её тальком (хоть он не вреден при данном мероприятии):

готовые свинцовые прутики

25.07.2015 картинки по изготавливанию "клонов" винтов aero-naut CAM:

режим уголёк

порезка углеткани

пьем чаек и мажем смолой уголёк

подготовка к ламинированию углеткани и композита

а тут вынимаем почти готовый "уголёк"

вскрыл матрицу лопасти винта

первый винтик еще в облое

сравнительные размеры клонов и заводских винтов

самоделки и заводские воздушные винты

Складные винты "прогнал на столе", особой разницы меж оригиналом и клоном не заметил, разве, что вес на 2 грамма больше. Даже показалось, что самоделки дали лучше тягу, но инструментально не измерял, вибрации по логам автопилота одинаковые, но опять-же все надо проверять в полете.

Видео с борта самолета:

 

 

2015.09.05 Идет изготовление подвеса под "взрослую" камеру:

Подвес под сервоприводы

Все оси подвеса на подшипниках качения

2015.09.08 состоялось первое парашютирование самолёта:

изображение из программы Google Earth показывающее вход в парашютирование, само парашютирование, и выход в горизонтальный полет

Изображение из программы Google Earth показывающее вход в парашютирование, само парашютирование, и выход в горизонтальный полет.

Подвес оброс сервоприводами, которые из-за приличной инерции системы подвес+камера иногда в ходили в автоколебания, пришлось гасить колебания масляными амортизаторами от автомоделей 1/10 масштаба:

маслянный амортизатор автомодели 1/10 масштаба

В амортизаторах были заменены поршни и масло, сняты пружины.

 Все собрал, в результате получилось такое себе устройство:

3-ох осевой подвес камеры в сборе

 

2015.10.05 При выполнении работ в горной местности при посадке угодил крылом в изгородь, думал крыло оторвет.

А нет, ядро крыла погасило удар, обшивка почти не пострадала. Конструкция оказалась живучей, да еще и очень ремонтопригодной. Вскрытие показало, последствия удара 10G:

вскрытие кевларовой корки крыла после краша

Вырезал поврежденную область крыла, подготовил новую сердцевину:

ремонт сердцевины крыла

а вот образец снимка с высоты более 300м:

вид на горное село

оригинальный размер пиксела:

фрагмент снимка из центральной части

2015.12.22 парочка фото подготовки к полету  и видео взлета

Установка камеры в подвес:

установка камеры в подвес

Сборка крыла, на заднем плане наземная станция и канал связи:

собираю крыло

Установка крыла в фюзеляж:

установка крыла в направляющие

Собранный самолет:

к полёту готов!

Ну и сам взлет:

 

 

Так-же взлет в горах:

  

 

2016.05.06 для синхронизации камеры и автопилота, для получения более точных положений снимков, был собран одновибратор

одновибратор преобразует короткий импульс камеры в импульс подходящий для автопилота pixhawk, автопилот при этом получает импульс который в последующем записывается в автопилот и передается в виде координат в геотеги снимков камеры средствами программного обеспечения наземной станции

 схема одновибратора

одновибратор

одновибратор

собранная схема на горячем башмаке камеры

текущие задания:

- приобретение наиболее подходящего объектива для фотограмметрии

- точная калибровка камеры

- завершение работ по созданию системы вертикальной посадки за счет сваливания

- установка спутникового приемника геодезического класса на борт и изучение возможностей инерциальной системы навигации автопилота

- изучение импорта снимков из Agisoft Photoscan в стерео режим ПО Delta/Digitals, поиск проблемы возникновения поперечного параллакса для работы со стереоскопом

- начало сборки второго носителя 

 

 

 

 

 

 

 

 

У вас нет прав, чтобы оставлять комментарии.
Чтобы получить доступ, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь на сайте.

;
2017  XyZ.uz.ua