Mehitamata õhusõidukite võidukäik
Siim Heering, Eesti Lennuakadeemia
01.07.2014

Paljudes riikides on juba 90ndate algusest rakendust leidnud mehitamata õhusõidukid, mis on hakanud Eestis alles hiljuti populaarsust koguma. Samas osatakse neid ehitada ka Eestis.

Mehitamata õhusõidukite all (UAV – Unmanned Areal Vehicle) mõistetakse lennukeid ja koptereid, mille pardal ei ole pilooti ning mille juhtimine toimub kas maa pealt piloodi poolt või arvutiprogrammi abil. Ennekõike on UAVde populaarsuse kasvu taga elektroonikakomponentide mõõtmete vähenemine ja nende odavnemine.

Mehitamata õhusõiduki ja mudelismis kasutatava õhusõiduki vahe on selles, kas kasutatakse autopilooti või mitte. Mudelistid lennutavad oma masinaid kaugjuhtimise teel, mehitamata masin aga lendab autopiloodi abil.

Õhusõiduki konstruktsiooni osas on piiranguks vaid inimese fantaasia, isegi kõige lihtsamad või kummalisemad konstruktsioonid saab vaevata lendama panna. Hetkel on kõige kasutatavam ja odavam multirootorkopterite konstruktsioon, mis koosneb kolmest või enamast rootorist. Rootorite pöörlemiskiiruste muutmise teel on võimalik masinat juhtida. Selle süsteemi lihtsus võimaldab lisaks lendamisele ka kohapeal hõljuda, mistõttu saab konstruktsiooni kasutada kaamerate õhkutõstmiseks aerofotode tegemiseks. Nõrgaks küljeks on aga droonlennukist oluliselt suurem energiavajadus.

Vaba lähtekoodiga autopilootidel on võimalik ise sisestada masina parameetrid, andes autopiloodile infot, kuidas masinat juhtida. Mehitamata õhusõidukite aluseks on lisaks lendavale platvormile selle juhtimise eest vastutav sensoorika, mida kõikehõlmava ühisnimetajaga kutsutakse autopiloodiks. Autopiloodis paiknevad kõigi kolme ruumitelje suunas güroskoobid koos kiirendusanduritega, mis vastutavad masina stabiilsuse ja asendi hoidmise eest.

 

Lõputööks mehitamata õhusõiduk

Lõpetasin eelmisel suvel Eesti Lennuakadeemia, kus lisaks mehitatud õhusõidukite konstrueerimisele õpitakse ka UAVde ehitamist, ning oma lõputöö raames valmistasingi mehitamata õhusõiduki. Eesmärgiks oli konstrueerida ja ehitada multirootorkopter, mis suudaks õhku tõsta suurema peegelkaamera, mille abil saaks teha õhuvõtteid ja pilte tunduvalt odavamalt, võrreldes teiste samasse klassi kuuluvate multirootorkopteritega. Peamised kriteeriumid, millele õhusõiduk pidi vastama, olidki soodne hind, kerge kaal, suur kandevõime ja konstruktsiooniline lihtsus.

Enne ehitamist uurisin teisi koptereid ja analüüsisin nende konstruktsiooni ning jõudsin järeldusele, et kõige mõistlikum on ehitada kuuerootoriline hexa-konfiguratsioonis kopter.

Stabiilsemaks lennuks on vajalik suurem kere jäikus, mille saavutamiseks otsustasin kasutada suure diameetriga keskplaati, mis ühendaks mootorikonsoolid. Lisaks võimaldas suur keskplaat kinnitada mugavalt kogu vajamineva elektroonika ja akud. Lõplik konstruktsioon koosnes kahest 380 mm diameetriga süsinikvahtplaadist, mille vahel asuvad polükarbonaadist klambrite abil 22 mm diameetriga süsinikkiudtorud. Torude otstesse kinnituvad elektrimootorid. Üks mootor suudab tõsta maksimaalselt 2200 grammi, summarselt teeb see siis 13 200 grammi. Kuna ükski mootor ja propeller ei tööta 100%-lise kasuteguriga, siis panin piiriks, et masina kogukaal koos kaameraga ei tohi ületada 6600 grammi. Mootori tootja andmetele tuginedes osutusid kõige parema jõudluse ja ökonoomsuse suhtega propelleriteks sellised, millel on 13tolline diameeter ja 6,5tolline samm. Mootorite valikust lähtuvalt arvestasin konstruktsiooni valmistamisel kuni 14tolliste propellerite paigaldamise võimalusega.

Juhtelektroonika paigutasin keskplaadi kohale ja kõikide ühenduste tegemiseks valmistasin eraldi trükiplaadi, mis võimaldas fikseerida kõik vajalikud komponendid ühte kohta. Kopteri ja kaameraaluse juhtimiseks kasutatakse eraldi autopiloote. See tagab, et kaameraalust saab juhtida kopteri asendist sõltumatult. Kopteri autopiloodile saab kerge vaevaga juurde lisada navigatsioonikontrolleri, mis võimaldab kopteril lennata kaardi pealt valitud teekonnapunktide järgi.

 

Viimase lihvi andmine

Kopteri külge kinnitasin ka väikese Sony CCD kaamera, mis annab piloodile infot masina asendi ja suuna kohta. Põhikaamerat selleks kasutada ei saa, kuna selle asend ei ole otseselt seotud kopteriga. Piloodikaamera on vertikaalsuunas stabiliseeritud ja piloodi poolt liigutatav, et lihtsustada maandumist vaateulatusest kaugemal. Kaamera info kantakse reaalajas maale, kasutades Stinger PRO 5,8 GHz sagedusel töötavat videoülekande süsteemi. Saatja koos kaameraga ühendasin sel moel, et seda saaks kergesti kopteri küljest eemaldada, kui puudub vajadus videolennuks.

Tagamaks, et kaamera mahuks kopteri ja maapinna vahele, tuli kopterile valmistada minimaalselt 50 cm kõrgune telik. Telik on kokkuvolditav, et kaameral oleks õhus olles takistusteta vaade ning maandumisel jällegi piisav kaugus kaameraaluse ja maapinna vahel. Selleks, et kopterit oleks võimalik kasutada ka mõnes teises funktsioonis, kinnitasin teliku kopteri, mitte kaameraaluse külge. Samas pidi telik kokkuvoldituna olema piisavalt kompaktne, et mitte segada kaadreid.

Valmisehitatud õhusõiduki kaal oli ligikaudu 2,6 kg ning lennuaeg koos kaameraga orienteeruvalt 10 minutit. Seadme maksumus ilma kaameraaluseta oli orienteeruvalt 2600 eurot. Võrdluseks võib tuua mehitamata õhusõiduki Cinestar 6 hinna, mis on ligikaudu 4700 eurot.

 

Kõik ei laabunud libedalt

Kõige suuremaid probleeme valmistas telikute üheaegne toimimasaamine. Lahendusena lisasin elektriskeemi suure mahtuvusega kondensaatori, mis kompenseeris suurest voolust tingitud pingelangu tekke.

Probleeme tekkis ka mootorikonsoolidega, mille külge oli telik asetatud. Maksimaalse koormuskatse ajal katkes akude voolurada, mistõttu kadus kopteril pardapinge. Põhjuseks oli vooluraja liigne aladimensioneeritus. Kaalu vähendamise huvides tahtsin kasutada võimalikult väikese ristlõikega voolurada, kuid maksimaalse koormuse all ei pidanud voolurada 150 A vastu ja sulas üles. Kasvatasin ristlõiget ning sellega probleem kadus.

Sarnased artiklid