Создание БПЛА для целей фотограмметрии
- Подробности
- Просмотров: 8390
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.
На данный момент на носителе заменено крыло (парус), что улучшило летные характеристики.
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:
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:
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:
Забавная история: оказывается Мэрилин Монро в 1945году собирала на конвейере беспилотники OQ-3 (TDD-2), на заводе Radioplane Co. Фото Дэвида Коновера:
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):
Процесс снятия обложек, краска остается на кевларовом композите киля:
Обработаны торцы, обрезано лишнее, вырезан руль поворота в киле.
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:
день следующий, покраска обложек центроплана:
еще денёк и вынимаем из мешка центроплан:
примеряем консоли:
ну и главное вес крыла (1175.5гр изображение экрана перевернуто зеркально, невозможно было подлезть к экрану весов):
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":
Потом долго шпаклевал, и красил:
"Спинку тёр" - шлифовка полиэфирной шпаклевки в ванной =)
Красил и сушил, искал раковины и изъяны:
В постельки укладывал, самодельный гелькоат из чешской смолы Epoxy 531 и замазки для швов плитки (соотношение 1:1.5), стекло на той-же смоле:
Половинка корки:
Корки матрицы готовы:
мастер-модель вынималась не совсем так как предполагалось, "Буратино" скончался во время операции:
ну и еще неочищенные корки:
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:
19.04.05 изготовил быстросъемное крепление радиомодема, прикрепил на шпангоут:
спаял раздувочный и вакуумный мешки:
подготовил матрицы и корочки, установил шпангоуты, уложил композит для склейки половинок:
закрыл корочкой, вывел трубку раздувочного мешка и сомкнул матрицу, посадил на болты:
уложил в вакуумный пакет, предварительно обернув бумагой (матрицы снаружи необработанны, не хочу шлифовать стеклопластик насухо):
ну пару изображений "примерки киля":
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:
"Угольная" вилочка и заготовки резьбовых вставок, далее во вставках просверлил поперечные отверстия для обмотки кевларовой нитью и вклеил в стабилизатор:
Поклейка различных шпангоутов, на фото выше тоже заготовка шпангоута (переклей из авиационной фанеры и бальсы):
На скорую руку из пластилина слепил пуансон для обтекателя датчика скорости, с него изготовил матрицу:
Из матрицы получил корочку обтекателя:
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) :
Вырезать окошки в фюзеляже буду пробовать таким себе самодельным "дремелем":
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):
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:
17.05.2015 Доделал обтекатель на трубку Пито:
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):
Владислав Васильевич опять оказал всяческую поддержку в проектировании и изготовлении носителя:
Осталось немного облегчить балку и вклеить в фюзеляж:
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:
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:
Изготовил прижимные планочки под сервоприводы:
Навесил на фюзеляж основные узлы и детали, озадачился центром тяжести:
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:
вот повреждения лонжерона крыла:
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:
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:
Ну и общая фотография на память о полетах:
Вот данные записей автопилота о положении носителя в момент штопора, в ПО "гугл планета земля":
В данный момент формирую матрицу из лопасти складного воздушного винта, поскольку винт зачастую является расходником:
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):
Чтоб свинец не прилипал к форме, пришлось обильно посыпать её тальком (хоть он не вреден при данном мероприятии):
25.07.2015 картинки по изготавливанию "клонов" винтов aero-naut CAM:
режим уголёк
пьем чаек и мажем смолой уголёк
а тут вынимаем почти готовый "уголёк"
сравнительные размеры клонов и заводских винтов
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:
2015.09.08 состоялось первое парашютирование самолёта:
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:
В амортизаторах были заменены поршни и масло, сняты пружины.
Все собрал, в результате получилось такое себе устройство:
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:
Вырезал поврежденную область крыла, подготовил новую сердцевину:
а вот образец снимка с высоты более 300м:
оригинальный размер пиксела:
2015.12.22 парочка фото подготовки к полету и видео взлета
Установка камеры в подвес:
Сборка крыла, на заднем плане наземная станция и канал связи:
Установка крыла в фюзеляж:
Собранный самолет:
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
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
