Multiboard Autonomia di volo quadrirotori.
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Multiboard Autonomia di volo quadrirotori.

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Presentazione realizzata in occasione della 2° Manifestazione volo a bassa quota , il tema trattato è l'ottimizzazione dei consumi e l'aumento dell'autonomia dei velvioli multirotore.

Presentazione realizzata in occasione della 2° Manifestazione volo a bassa quota , il tema trattato è l'ottimizzazione dei consumi e l'aumento dell'autonomia dei velvioli multirotore.

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Multiboard Autonomia di volo quadrirotori. Multiboard Autonomia di volo quadrirotori. Presentation Transcript

  • Laser Multiboard sperimentazioni sulle autonomie in volo.
  • Laser Multi Board Architettura di sistema:
    • The LN Multi (Pilot) Board 1.0 compatibile con il framework Arduino:
    • * AVR 644P (Sanguino compatible micro)
    • * 1 Power Switching da 8-30 Volt 3 Amp.
    • * 3 mems gyroscope 220 °/s
    • * 1 Accelerometer a 3 Axis X Y Z 2 G.
    • * 2 Pressure sensor 20 cm of resolution.
    • * 4 PPM Output Servo PPM 5 Volt using 4017 TTL LOGIC.
    • * 2 PPM Ouptup using standard ServoTime2 / ServoTimer PWM Library.
    • * 1 I2C Bus for motor control( LN BL Controller 20 Amp with integrated current sensor.)
    • * 2 Serial BUS TTL (Telemetry , RPS comunication with Multi Sensor Board).
    • * 1 SPI BUS TTL
    • * 1 Speaker Output.
    • * 2 Digital Output genarl pourpose.
    • * 1 PPM Input for R/C Controller.
  • Laser Multi Board Architettura di sistema:
    • The LN Multi (Sensor) Board 1.0 board details :
    • * AVR 644P 20 Mhz Speed
    • * 1 Power Switching da 8-30 Volt 3 Amp.
    • * 1 Accelerometer a 3 Axis X Y Z 2 G.
    • * 1 Sonar sensor 5 cm of resolution 6 m max distance auto takeoff and landing.
    • * 4 PPM Output Servo PPM 5 Volt using 4017 TTL LOGIC.
    • * 2 PPM Ouptup using standard ServoTime2 / ServoTimer PWM Library.
    • * 1 I2C Bus connected to 3D magnetometer.
    • * 1 Serial BUS connected to 10 HZ GPS.
    • * 1 SPI BUS connected to amperometer on main power connection.
    • * 1 Speaker Output.
    • * 2 Digital Output general pourpose.
    • * 1 PPM Input for R/C Controller.
  • Componenti sotto osservazione:
    • Batterie (3S,4S) .
    • Controller Brush less.
    • Motori Brushless ( 1-2-3-4-6-8-10).
    • Motori benzina.
    • Eliche (10-12-14-16).
    • Peso velivolo ( 1.4 Kg / 3.0 Kg).
    • Superfici aerodinamiche.
    • Dimensionamento dell'elettronica.
  • Questo grafico è la chiave di lettura.
  • Il fattore peso è determinante !!!
    • Dal grafico precedente emerge che in una configurazione standard piu' il velivolo è pesante piu' ogni singolo motore aumenta il proprio consumo per mantenerlo in volo. In fase di progettazione risulta determinante quindi lo studio del comportamento delle componenti elica / motore / componente di peso che grava sul singolo motore.
    • Quando viene effettuato un dimensionamento di un velivolo la regola empirica dice di calcolare la quantità di spinta possibile generata dalla componente elica / motori , moltiplicarla per il numero di motori e dividerla per due.
    • Quindi se ho disponibile motori / eliche che mi generano 800 g di spinta ognuno e voglio realizzare un quad dovro' moltiplicare 800 g x 4 = 3200 / 2 =1600 gr. Per mantenere in hovering un velivolo di 1600 gr il consumo di energia è di : 9 Amp per ogni motore … in hovering avrò quindi nella peggiore delle ipotesi quasi 36 Amp.
  • I consumi sono considervoli il dimensionamento dell'elettronica è fondamentale !!!
    • 36 Amp di consumo a 16 volt sono ben 576 VA , potenze non indifferenti che richiedono un dimensionamento del cablaggio e della distribuzione della distribution board ben dimensionato , va quindi considerato l'impiego di cablaggi idonei con fili di spessore adeguato. Non scegliendo il giusto dimensionamento si puo' andare incontro a perdite di efficienza durante il volo che potrebbero determinare la caduta del velivolo.
    • L'approccio classico per diminuire gli assorbimenti nelle singole componenti di sistema e quindi consentire un dimensionamento più adeguato dell'elettronica è l'aumento del numero di propulsori. Aumentando i propulsori si diminuisce l'assorbimento per ogni singolo gruppo motore/elica.
  • Piu' propulsori , distribuzione del consumo, maggior affidabilità , maggior payload disponibile.
    • Tornando al nostro grafico : con 6 motori potremo avere un velivolo che potrà portare in volo : 800x6/2 = 2400 . Se avessi quindi un velivolo a 6 motori con un peso in ordine di volo di 1600 gr avrei per ogni motore 266 gr di peso che a livello di consumo avremo circa 1,8 amp a motore che moltiplicato per 6 motori corrisponde a : 10 Amp in hovering.
    • Dopo questa affermazione bisogna pero' ricordare che piu' motori significa più peso e quindi di nuovo maggiori consumi.
    • Per poter contenere i pesi si può pero' lavorare sulle tipologie di forme del velivolo impiegate , in particolare dalle sperimentazioni e dalle analisi fin qui fatte la configurazione coassiale e ad H sembrano le più promettenti.
    • Quindi l'obbiettivo è quello di realizzare dei velivoli che impegnino i motori nella punto della curva dove il rapporto copia / efficienza è massimo.
  • L'importanza del frame :
    • Tra le componenti principali che determinano il peso del velivolo la struttura meccanica o frame ha un'importanza fondamentale.
    • Gli approccio sono essenzialmente di due tipi :
      • Contenimento del peso e massimizzazione del numero di propulsori disponibili. Configurazione a H o coassiale anche se la configurazione coassiale determina una minor efficienza di circa il 15 % della configurazione a doppia elica sovrapposta .
      • Realizzazione di una soluzione con superfici aerodinamiche portanti . Realizzazione di velivoli Ibridi VTOL. Progetto FOX Hybrid.
  • HexaFox
  • Fox Hybrid
    • Fox Hybrid è il primo prototipo che abbiamo realizzato che ci ha consentito di iniziare a verificare la possibilità di fondere i vantaggi di un velivolo VTOL come un quadricottero , con i vantaggi di un velivolo biplano , che consente attraverso i piani alari in fase di volo traslato di diminuire la richiesta energetica ai motori. Questo tipo di approccio dovrebbe consentirci di superare l'attuale limite di circa 40 minuti presente nella miglior configurazione fino ad oggi realizzata in configurazione esacottero.
  • Fox Hybrid
  • Fox HG3
    • Una delle altre sperimentazioni attualmente in fase avanzata di sviluppo è la possibilità di realizzare un quad con un'unico motore , con rotori che girarno tutti alla stessa velocità , ma che monta un sistema di gestione della propulsione che varia il passo delle eliche per cambiare le spinte necessarie alla stabilizzazione in volo . Questo tipo di velivolo avendo la possibilità di montare un'unico motore si puo' pensare di allestirlo con motori a benzini , quindi con maggior autonomia e flessibilità nella gestione del rifornimento e dell'autonomia di volo !
  • Fox HG3
  • Fox Hybrid
  • PROGETTO FOX MULTICOTTERO UAV FOX Ambiente interno Ambiente esterno Microcottero (15 m) FOX-III-  Esa/ottocottero (35 m) Mini FOX-III-6/8 Fox Hybrid (2.5 ore) Fox HG3 (4 ore) Mini FOX-IV-w Microcottero (15 m) FOX-III- 
    • Via Matteotti, 34
    • 24054 Calcio (BG) Italy
    • Tel. +390363968520 Fax. +390363969244
    • www.radionav.it
    • http://diycyborg.ning.com DEVTEAM (FOXTEAM)
    • [email_address]