6.11 SAMENVATTING

 

De basisprincipes van het vliegen

Om goed te begrijpen hoe we basisprincipes werken is het belangrijk om onderscheid te maken tussen de verschillende soorten onbemande luchtvaartuigen:

  • Rotorcraft (H) – Onbemand luchtvaartuig met meerdere rotoren;
  • Aeroplanes (A) – Onbemand vliegtuig met vaste vleugel;
  • Other Aircraft (OA) – overige onbemande luchtvaartuigen.

 

Verdeling van de vier hoofdkrachten

  De belangrijkste hoofdkrachten zijn:

  • De draagkracht (lift); 
  • De zwaartekracht (weight); 
  • De voortdrijvende kracht (thrust);
  • De weerstand (drag).


Een actie kan ontstaan als een kracht groter wordt dan de tegen hangende kracht.

 
Draagkracht

De generatie van de draagkracht werkt op basis van drie natuurkundige principes:

  • Het Venturi-effect; 
  • De Wet van Bernoulli;
  • De 3de Wet van Newton.
 
Zwaartekracht

De aarde is verantwoordelijk voor de aantrekkingskracht van alle voorwerpen op deze planeet.

 
Voortdrijvende kracht

Om een luchtvaartuig in het horizontale vlak te laten bewegen, moet de voortdrijvende kracht groter zijn dan de weerstand.

 
Weerstand

De weerstand die op een luchtvaartuig werkt, bestaat uit twee verschillende componenten:

  1. Geïnduceerde weerstand (weerstand die ontstaat door de gegenereerde lift);
  2. Parasitaire weerstand (alle overige weerstand).
 
Stuurvlakken
  • De rolroeren (ailerons) dragen zorg voor de rolbeweging om de langs-as (longitudinal axis). Deze beweging wordt rollen (rolling) genoemd.; 
  • Het richtingsroer (rudder) draagt zorg voor een draaibeweging om de top-as (vertical axis). Deze beweging wordt gieren (yawing) genoemd;
  • Het hoogteroer (elevator) draagt zorgt voor een draaibeweging om de dwars-as (lateral axis). Deze beweging wordt stampen (pitching) genoemd.

 

Gevaren Aerodynamica
Downwash

Door laag boven de grond vliegen kan zand, vuil en andere lichte voorwerpen aangezogen worden waardoor de motor beschadigd kan raken.

Vortex ring single rotor

Als een onbemand luchtvaartuig in zijn eigen daalstroom terecht komt en er dus zo goed als geen lift meer kan worden gegenereerd.

 

Overtrek

Hoe groter de Angle of Attack, hoe groter de mate van lift. Wanneer deze invalshoek vergroot blijft worden, zal op een gegeven moment de luchtstroom het vleugelprofiel niet meer kunnen volgen. De vleugel zal dan ‘overtrekken’.

 

Besturing

Handmatige besturen

Besturing zonder hulpmiddelen, enkel controller.

 

GNSS-besturing Vrijwel elke Drone!

Besturing waarbij het onbemande luchtvaartuig wordt gestabiliseerd door informatie die het krijgt van satelliet verbinding in hoogte en richting.

Atti-modus: als de GNSS verbinding weg valt en het onbemande luchtvaartuig alleen nog zijn hoogte vasthoudt.

 

Voorgeprogrammeerde vlucht

Vlucht die door het onbemande luchtvaartuig zelf uitgevoerd wordt doordat er zogeheten waypoints in de software zijn geüpload.

 

Stickmodi

Elk onbemand luchtvaartuig beschikt over verschillende soorten stickmodi.

 

Frequentiegebruik

Zowel het gebruik van frequenties als het vermogen van de zenders kunnen beperkingen inhouden. Dit geldt voor:

  1. 100 mW voor de up- en downlink (meestal de 2,4 GHz band (smal en krachtig));
  2. 25 mW voor de videolink (meestal de 5,8 GHz band (brede band).

 

De hoofdcomponenten van een onbemand luchtvaartuig

 

Algemene componenten

Meerdere rotoren:

  1. Propeller: zorgt voor het genereren van lift; 
  2. Motor: elektromotoren in combinatie met een ESC (Electronic Speed Controller), zorgen voor het draaien van de propellers; 
  3. Romp/Casco: dient als bescherming van de elektronische componenten. Het landingsgestel en de armen van een multirotor zijn meestal aan de romp bevestigd voor een degelijke structuur; 
  4. Sensoren: sommige multirotors hebben sensoren om aan te geven als obstakels te dichtbij de multirotor komen;
  5. Camera: meeste camera’s zijn gecombineerd met een cardanische ophanging (gimbal) voor stabilisering; 
  6. Accu: voorziet het onbemande luchtvaartuig van stroom.  

 

Vast vleugel:

  1. Propeller: genereert de voortdrijvende kracht; 
  2. Vleugel: zorgt voor lift en stabiliteit tijdens de vlucht; 
  3. Rolroer: zorgt voor de draaibeweging om de langs-as; 
  4. Romp: structurele kern van alle componenten en onderdelen; 
  5. Hoogteroer: zorgt voor de draaibeweging om de dwars-as; 
  6. Richtingsroer: zorgt voor de draaibeweging om de topas.    

 

De elektromotor

Er zijn twee soorten elektromotoren:

Brushed motor

  • Koolborstels geleiden stroom;
  • Slechte efficiëntie;
  • Slijtagegevoelig;
  • Beter regelbaar op lager vermogen.

 

Brushless motor

  • Richting magnetisch veld elektronisch geregeld;
  • Hoge efficiëntie;
  • Lange levensduur;
  • Speciale regelaar nodig, start trager.

 

Het elektrisch systeem

Twee belangrijke subsystemen van een elektrisch systeem zijn:

  1. ESC = Electronic Speed Controller, regelt het toerental en de draairichting van de motoren;
  2. FCS = Flight Control System, verwerkt signalen van navigatiemodule en besturingssignalen.  

 

Het Flight Control System bestaat weer uit een aantal componenten waarvan de onderstaande de belangrijkste zijn.

  • MCU = Master Control Unit: verwerkt de gegevens vanuit de sensor voor de basisbesturing van het onbemande luchtvaartuig; 
  • IMU = Inertial Measurement Unit: bestaat uit een accelerometer, hoeksnelheidsmeter en barometrische hoogtemeter. De IMU meet onder andere de snelheid, de hoek, de toestand van het onbemande luchtvaartuig en de hoogte boven de startlocatie en zorgt voor de stabiliteit; 
  • GNSS-module = Global Navigation Satellite System-module: bepaalt de positie van het onbemande luchtvaartuig en ondersteunt bij onder meer het hoveren, het vliegen van waypoints en de Return-to-Home-modus; 
  • Compass-module: bepaalt de koers van het onbemande luchtvaartuig en ondersteunt bij de besturing ten opzichte van de bewegingen rondom de assen; 
  • PMU = Power Management Unit: voorziet het Flight Control System van stroom en detecteert de voltages van de Master Control Unit en de accu’s. 

 

Brandstof en energie

Een LiPo-batterij heeft een aantal belangrijke kenmerken:

  1. Droge accu zonder metalen;
  2. Mag nooit volledig ontladen worden;
  3. Lage zelfontlading;
  4. Geen geheugeneffect;
  5. Bij piekbelasting loopt de capaciteit snel terug; 
  6. Kans op zelfontbranding; 
  7. Vergt gestabiliseerde laadapparatuur;
  8. Groot vermogen in verhouding tot het gewicht.

 

Instellingen van het onbemande luchtvaartuig

De belangrijkste instellingen zijn:

  1. Maximale hoogte;
  2. Maximale afstand;
  3. Return-to-Home-punt;
  4. Updates van het onbemande luchtvaartuig in verband met de verplichte Geo-Awareness;
  5. Invoer van het verplichte registratienummer; 

 

Return-to-Home

Een modus die bij verlies van de verbinding tussen drone en grondstation, of handmatig kan worden geactiveerd. Het onbemande luchtvaartuig zal automatisch terug vliegen, op ingestelde hoogte, naar de GNSS-locatie die als homepoint is aangewezen.