Разработка и изготовление стендов для проведения испытаний по определению и обеспечению характеристик продольной и поперечной устойчивости беспилотного летательного аппарата многороторной схемы

Язык труда и переводы:
УДК:
629.7.018
Дата публикации:
22 января 2022, 00:29
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Эспиноса Барсенас Оскар Улисес
Самарский университет
Аннотация:
Представлен процесс проектирования испытательного стенда для разработки и настройки системы обеспечения устойчивости беспилотного летательного аппарата мультироторных схем в каналах тангажа и крена. Обсуждаются конструктивные особенности стенда. Сделан вывод, что настроенная система позволила не только вывести подвижную платформу стенда, моделирующую конструкцию беспилотного летательного аппарата в горизонтальное положения, но и возвращать ее в горизонтальное положение даже после воздействия на нее внешних искусственных возмущений.
Ключевые слова:
беспилотный летательный аппарат мультироторного типа, устойчивость, испытательный стенд, карданная подвеска, испытания
Основной текст труда

В настоящее время применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) распространилось во многих областях человеческой деятельности. Например, БПЛА используются для картографирования и разведки полезных ископаемых, мониторинга локальных лесных возгораний и проведения поисково-спасательных операций, транспортировки и доставки грузов и прочего. Одной из актуальных задач при создании БПЛА мультироторного типа является обеспечение устойчивости и хорошей управляемости в различных каналах в условиях воздействия внешних возмущений путем создания специальных автоматических систем. В то же время создание и настройка такой системы, включая разработку программного обеспечения для нее, является достаточно трудоемкой и ответственной задачей. С целью предотвращения возможного вывода БПЛА на нерасчетные режимы полета вследствие ошибок настройки автоматической системы обеспечения устойчивости необходимо использовать специальные испытательные стенды [1–4]. Они позволяют на этапе разработки и настройки систем обеспечения устойчивости вводить физические ограничения на угловое положение, угловые скорости и другие параметры БПЛА, сохраняя возможность при этом точно моделировать реальные полетные условия.

Цель работы — разработка и изготовление испытательного стенда для настройки системы обеспечения продольной и поперечной устойчивости БПЛА многороторного типа.

Разработанный стенд представляет собой платформу рамного типа, имитирующую собой конструкцию БПЛА мультироторной схемы, которая навешана на карданную подвеску, обеспечивающую угловую подвижность платформе в плоскостях YZ и XZ в диапазоне углов ±45°. Рама платформы имеет четыре консольных балки с установленными электродвигателями на их концах. Управляя режимами работы двигателей можно добиться горизонтального положения платформы, что будет означать для БПЛА обеспечение искусственной устойчивости в каналах тангажа и крена. Конструктивно карданный подвес представляет собой совокупность двух осей вращения: одна ось оперта по краям на подшипники, закрепленные на подвижной платформе стенда, и соединена в своей центральной части с другой, перпендикулярно пересекающей осью, которая в свою очередь оперта концами на подшипники, установленные на неподвижном основании стенда. Определение пространственного положения подвижной платформы стенда, моделирующей корпус БПЛА, обеспечивает датчик положения, установленный на ней и функционирующий на основе гироскопического эффекта. Данные с датчика положения обрабатываются микроконтроллером, который на основе данных о положении формирует управляющий сигнал обратной связи на органы управления — двигатели силовой установки. В основе алгоритма формирования сигнала находится пропорциональный интегрирующе-дифференцирующий регулятор [2].

Разработанный испытательный стенд позволил осуществить настройку системы обеспечения устойчивости БПЛА мультироторной схемы в каналах тангажа и крена. В процессе настройки этой системы подвижная платформа стенда значительное количество раз упиралась в ограничительные средства стенда, которые не позволили выйти испытательной установке на нерасчетные углы и предотвратили разрушение конструкции стенда и потерю работоспособности электронного оборудования и элементов силовой установки. Настроенная система позволила не только вывести подвижную платформу стенда, моделирующую конструкцию БПЛА, в горизонтальное положения, но и возвращать ее в горизонтальное положение даже после воздействия на нее внешних искусственных возмущений.

Литература
  1. Tamayo D.A. Diseño y construcción de un banco de pruebas para el diseño de productos multirrotores: master’s thesis. 2013. 12 p.
  2. Jatsun S., Emelyanova O, Martinez A.S. Design of an Experimental Test Bench for a UAV Type Convertiplane // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 714. Pp. 1–5. DOI: 1088/1757-899X/714/1/012009
  3. Salazar-Cruz S., Kendoul F., Lozano R. Real-Time Stabilization of a Small Three-Rotor Aircraft // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems Conference. 2008. Vol. 2. Pp. 783–94. DOI: 10.1109/TAES.2008.4560220
  4. Lotufo M.A. UAV quadrotor attitude control: An ADRC-EMC combined approach // Control Engineering Practice. 2019. Vol. 84. Pp. 13–22. DOI: 10.1016/j.conengprac.2018.11.002
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.