Name: autopilot sensors for uav flight control
Uploaded: 2023-04-30T07:05:02.000Z
Duration: 8 min 36 s
Channel: JoVE

Este procedimento ilustrará a calibração e integração dos sensores IMU e ADS com computadores de voo e demonstrará o uso de aquisição e processamento de dados INS e ADS integrados usando em uma instalação de voo ao ar livre. O controle de voo de ponta a ponta para um quadrotor que opera na instalação de teste de voo líquido M-Air da Universidade de Michigan é demonstrado.
1. Calibração do sensor: Unidade de medição inercial (IMU)
A calibração do sensor é mais eficaz quando realizada com suporte de equipamentos de teste de alta qualidade. Para a IMU de 3 eixos, calibrar a taxa giroscópio e acelerômetro para cada eixo separadamente usando uma tabela de taxa de precisão(Figura 6). A tabela de taxa gira precisamente em uma velocidade angular definida pelo usuário. O usuário emite uma série de comandos de taxa, durante os quais o IMU coleta os dados necessários para a calibração do sensor. O experimento de calibração de um eixo único descrito abaixo é, portanto, repetido três vezes, uma vez para cada eixo de sensor IMU(x, y, z).
<ol><li>Monte o IMU na tabela de taxa de modo que o eixo do sensor que está sendo calibrado seja direcionado radialmente para dentro ou para fora.</li>
	<li>Meça a distância do centro da mesa até o centro do centro da IMU. Este é o raio de referência para movimento circular.</li>
	<li>Monte o computador DAQ, IMU e bateria diretamente na tabela de taxas e conecte todos os componentes diretamente.</li>
	<li>Configure software para coletar dados de taxa de IMU e aceleração.</li>
	<li>Enquanto a tabela de taxas está imóvel, o giroscópio de taxa de registro e os valores de viés do acelerômetro.</li>
	<li>Realize uma série de experimentos com diferentes taxas de rotação de tabelas de taxa constante positivas e negativas. Espera-se que as calibrações dos sensores sejam lineares. Adquira dados a taxas de 0 (linha de base), ±15, ±30 e ±60 graus/segundo. A tabela pode girar a taxas mais rápidas, mas os valores selecionados são suficientes para cobrir sinais esperados em operações típicas de voo UAV.</li>
	<li>Coletar dados da taxa giroscópio e acelerômetro sendo calibrados para cada valor de velocidade angular listado acima. Cada taxa de rotação deve ser estabelecida antes que os dados sejam coletados para garantir que uma taxa constante seja mantida. Coletar dados acima de 10 a 15 s, assumindo uma taxa de coleta de dados de pelo menos 30 a 100 Hz, para garantir que os distúrbios possam ser filtrados a partir dos valores finais de calibração.</li>
	<li>Desconecte e remova o IMU da tabela de taxas e oriente-o de modo que o acelerômetro que está sendo calibrado acalmule.</li>
	<li>Colete +1g de dados através do sistema do computador.</li>
	<li>Gire o IMU de tal forma que o acelerômetro sendo calibrado aponte para cima e colete dados de -1g através do sistema do computador. Esses pontos de dados extras são simples de obter e podem ser usados para validar cada curva de calibração linear obtida a partir de dados de tabela de taxa em ±1g.  O valor de 1g é particularmente importante para calibrar com precisão porque os dados do acelerômetro linear são usados para determinar a direção "para baixo" em relação ao corpo do quadcopter.</li>
	<li>Processe os dados. Desenvolver ajustes de curva linear para pontos de dados de giroscópio e acelerômetro, que relaciona tensões adquiridas a taxas rotacionais de unidades MKS (giroscópio) e acelerações lineares (acelerômetro). Confirme se o erro de calibração é suficientemente baixo. Observe que a tabela de taxas fornece controle direto da velocidade angular para a calibração do giroscópio. A aceleração correspondente, a, induzida pela força centrípeta do movimento circular, pode ser calculada a partir da velocidade angular especificada ω e do raio r do IMU do centro de tabela de taxa: <img src="/files/ftp_upload/10470/10470eq17.jpg">(9)</li>
</ol>2. Experimentos de voo quadrotor
Para nossa série final de experimentos, montamos o sistema IMU e pitot em um quadrotor (mostrado na Figura 7) e voamos na instalação de voo de rede M-Air da Universidade de Michigan. O veículo é estabilizado através de uma porta do pacote de piloto automático de código aberto Ardupilot para o Beaglebone Blue (sem uso de microprocessador) e configurado antes do voo através do software da estação terrestre Mission Planner. Uma interface de transmissor/receptor de rádio permite que o piloto forneça comandos de "loop externo" para altitude quadrotor, movimento lado a lado e indo para a lei de controle de voo "loop interno" do Ardupilot, regulando o ângulo de rolo do quadrotor, ângulo de arremesso, ângulo de guinada (posição e altitude). [14]
Como um quadrotor não requer feedback de velocidade de ar para estabilizar, o Ardupilot depende apenas de dados IMU mais um sensor de pressão para altitude, que é calibrado durante a inicialização do programa em relação à pressão de altitude de decolagem, para estabilizar o voo dado as entradas piloto. Uma extensão totalmente autônoma do Ardupilot requer dados de posição inercial do GPS ou outro sistema de sensoriamento (por exemplo, captura de movimento de alta velocidade). Como nossos experimentos foram realizados com quadrodores em ambientes restritos, o sistema de dados de ar pitot não é necessário.  No entanto, os sistemas pitot são essenciais para aeronaves de asa fixa e multicopters que tentam rotas de voo precisas seguindo ambientes de vento incertos. [15, 16] O procedimento de teste de voo é dividido em três fases: pré-vôo, teste de voo e pós-vôo. Esta subdivisão é semelhante aos procedimentos seguidos por pilotos de aeronaves tripuladas através do uso de listas de verificação de cockpit bem estabelecidas. [17]
Pré-vôo
<ol><li>Carregue as baterias e teste-as antes da instalação.</li>
	<li>Estabeleça um ambiente de teste claro (interior ou ao ar livre) e marque a área para garantir que as pessoas não envolvidas permaneçam claras.</li>
	<li>Certifique-se de que a equipe de teste de voo seja informada e qualificada (treinada) para realizar o teste planejado.</li>
	<li>Se voar ao ar livre, certifique-se de que a aeronave e o piloto estejam registrados e certificados pelos regulamentos da FAA. Um mínimo de três pessoas é necessário para um teste ao ar livre: um piloto no comando (PIC), observador visual (VO) e operador de estação terrestre. Para nossos testes, o quadrotor voará em uma instalação ao ar livre. Dois operadores de corda garantirão que o veículo não possa voar para testes internos. Observe que nenhuma regulamentação específica da FAA se aplica a testes de voo líquidos, uma vez que o UAV não ocupa um espaço aberto ao ar livre.</li>
	<li>Ligue o computador de voo e o laptop da estação terrestre.</li>
	<li>Colete dados preliminares para garantir que os sensores estejam funcionando corretamente. O piloto e a equipe de suporte devem garantir uma compreensão clara do plano de voo e que os procedimentos de abortagem/recuperação estejam em vigor.</li>
</ol>Teste de voo
<ol start="6"><li>Inicie a aquisição de dados na estação terrestre.</li>
	<li>Confirme se a área de voo está limpa/segura.</li>
	<li>Propulsores de braço/motores.</li>
	<li>Inicie a sequência de teste de voo.</li>
	<li>Realize o teste de voo, com o piloto chamando cada passo, inclusive no mínimo: decolagem (lançamento), mudanças no modo de voo, alvos ou manobras conhecidas do waypoint e pouso.  Certifique-se de que todos os funcionários estão em tarefa e execute procedimentos de emergência (terminação de voo) conforme necessário. Waypoints e trajetórias são específicos para cada voo. Para o experimento quadrotor, seguimos padrões cruzados e retangulares moderadamente agressivos a uma altitude constante e direção, seguido por uma subida/descida e, em seguida, uma sequência de guinada. As taxas angulares e acelerações lineares neste voo são facilmente identificadas nos dados, e confirmam que o IMU e o controlador de voo estão funcionando corretamente.</li>
</ol>Pós-vôo
<ol start="11"><li>Desarmar motores para garantir que eles não vão ligar acidentalmente.</li>
	<li>Salve e baixe dados de voo para armazenamento de arquivamento.</li>
	<li>Faça o voo em palavras pelo feedback do piloto, VO e operador de estação terrestre.</li>
	<li>Verifique as baterias e carregue conforme necessário.</li>
	<li>Recupere o equipamento e limpe a área para o próximo ocupante.</li>
</ol>

Aqui descrevemos os sistemas de sensores, aquisição de dados e processo de filtragem de sinais necessários para permitir o controle de voo de aeronaves de asa fixa e rotativa em tempo real. Este pipeline de dados é um elemento essencial de todos os sistemas de piloto automático de aeronaves tripuladas e não tripuladas. Os multicopters exigem pilotos automáticos para estabilizar, e aeronaves de todos os tipos dependem criticamente da aquisição de dados em tempo real e controle de voo para todas as operações à medida que a...

controle de voo em tempo real: calibração de sensor incorporado e aquisição de dados

Fonte: Ella M. Atkins, Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade de Michigan, Ann Arbor, MI
Visão geral
O piloto automático permite que as aeronaves sejam estabilizadas usando dados coletados de sensores a bordo que medem a orientação da aeronave, velocidade angular e velocidade de ar. Essas quantidades podem ser ajustadas pelo piloto automático para que a aeronave siga automaticamente um plano de voo desde o lançamento (decolagem) até a recuperação (pouso). Dados semelhantes de sensores são coletados para controlar todos os tipos de aeronaves, desde grandes aeronaves de transporte comercial de asa fixa até helicópteros de pequeno porte de rotor múltiplo, como o quadcopter com quatro unidades propulsoras.
Com posição inercial e velocidade capturadas por um sensor como o Sistema de Posicionamento Global (GPS), o sistema de controle de voo em tempo real do piloto automático permite que uma aeronave multicopter ou de asa fixa estabilize sua atitude e velocidade de ar para seguir uma trajetória prescrita. Integração de sensores, calibração, aquisição de dados e filtragem de sinais são pré-requisitos para experimentos no controle de voo.
Aqui descrevemos um conjunto de sensores que fornece os dados necessários para o controle de voo. Interfaces de sinal e aquisição de dados em duas plataformas de computador embarcadas diferentes são descritas, e a calibração do sensor é resumida. Os filtros médios e medianos de um único canal são aplicados a cada canal de dados para reduzir o ruído do sinal de alta frequência e eliminar outliers.
Neste experimento, a aquisição de dados e a calibração do sensor para controle de voo em tempo real são demonstradas. Vários artigos publicados descreveram os princípios da coleta e controle de dados de sensores, e recentemente se concentraram em sensores para pequenos veículos aéreos não tripulados (UAVs) [1-3].

Calibração do sensor
Um exemplo de um gráfico de calibração de giroscópio é mostrado na Figura 8. Neste caso, o giroscópio de taxa emite uma leitura nominal (velocidade zero) de 2,38 V. Os dados de tensão giroscópio foram coletados para seis velocidades rotacionais diferentes medidas em graus por segundo, e uma curva linear foi adequada a esses dados. Como mostrado, o ajuste linear fornece uma aproximação muito boa de todos os pontos de dados coletados.
<p class="...

Controle de Voo em Tempo Real: Calibração de Sensor Incorporado e Aquisição de Dados

Source: Ella M. Atkins, Department of Aerospace Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, MI
Overview
Autopilot allows aircraft to be stabilized ...

Uma aeronave de asa fixa atinge um vôo estável equilibrando quatro forças: sustentação aerodinâmica, arrasto aerodinâmico, empuxo e peso do sistema de propulsão. Para alcançar um vôo estável, ele também deve equilibrar os momentos em torno de todos os três eixos, o eixo de rotação, inclinação e guinada. Todas as rotações são definidas como ângulos em torno desses eixos, com mudanças no eixo de rolagem causando movimento de um lado para o outro, mudanças no eixo de inclinação causando movimento de inclinação para frente e para trás e mudanças no eixo de guinada causando mudanças de rumo. Para estabilizar a aeronave a quaisquer mudanças repentinas, como rajadas de vento, um sistema de controle de voo emite comandos de motor e superfície de controle que devem ser atualizados em tempo real. Assim, o sistema de controle usa vários sensores para manter uma medição precisa da altitude atual, ou seja, os ângulos de rotação, inclinação e guinada, bem como a velocidade do ar. Depois que os dados são adquiridos dos sensores, os sinais são filtrados para reduzir o impacto do ruído e dos valores discrepantes na qualidade dos dados processados. Os dados são então agregados em uma estimativa completa do estado da aeronave e usados para controle de voo. Tanto as aeronaves de asa fixa quanto os multicópteros contam com esse sistema de controle para monitorar e controlar a altitude da aeronave. Ambos também utilizam varredura de sensor conhecida como unidade de medição inercial ou IMU. Uma IMU normalmente consiste em três tipos de sensores: acelerômetros para medir a aceleração linear, giroscópios de taxa para medir a velocidade angular e sensores de campo magnético para medir a direção e a força do campo magnético local. Uma IMU é frequentemente acoplada a um sistema GPS e montada perto do centro de gravidade da aeronave com o eixo do sensor alinhado com o eixo do corpo da aeronave. Neste laboratório, demonstraremos a calibração de uma IMU simples usando uma tabela de taxas de precisão. Em seguida, montaremos a IMU calibrada em um multicóptero e realizaremos um teste de voo para visualizar dados em tempo real e filtrar. Na primeira parte do experimento, calibraremos a IMU que contém um giroscópio de taxa e acelerômetro para cada eixo usando uma tabela de taxa de precisão. A tabela de taxas gira com precisão a uma velocidade definida pelo usuário seguindo uma série de comandos de taxa. Isso nos permite determinar a relação entre a leitura de tensão e a velocidade. Para começar, monte a IMU na tabela de taxas com parafusos e oriente-a de forma que o eixo do sensor que está sendo calibrado, neste caso o eixo X, seja diretamente radialmente para dentro ou para fora. Meça a distância do centro da mesa ao centro da IMU e use essa medida como o raio de referência para o movimento circular. A IMU é montada em uma placa de aquisição de dados. Conecte os componentes diretamente. Agora, configure o software para coletar a taxa IMU e os dados de aceleração. Realize uma série de experimentos com diferentes taxas de rotação da tabela de taxa constante positiva e negativa com zero usado como medida de linha de base. Enquanto a tabela de taxas estiver imóvel, registre o giroscópio de taxa e o acelerômetro por valores S. Em seguida, inicie o teste e colete os dados. Uma vez que todas as velocidades angulares tenham sido testadas para essa orientação, desconecte a IMU e reposicione-a de forma que o acelerômetro fique orientado para cima. Reconecte-o e inicie o teste para coletar dados de -1 G. Depois disso, vire a IMU para que o acelerômetro fique orientado para baixo e colete dados +1 G. Quando tiver concluído a calibração do eixo x, reposicione a IMU de forma que o sensor do eixo z fique orientalmente radialmente para fora e repita todos os testes, lembrando-se de posicionar a IMU para cima e para baixo para calibrar o acelerômetro. Execute o mesmo procedimento para o sensor do eixo y. Na próxima parte do experimento, montaremos a IMU no quadricóptero e a voaremos dentro de uma instalação de vôo com rede. Uma interface de receptor transmissor de controle radial permite que o piloto forneça comandos para altitude, rumo, ângulo de rotação, ângulo de inclinação e ângulo de guinada. Antes de começar, carregue todas as baterias e teste os componentes antes da instalação no quadrotor. Em seguida, prepare o voo certificando-se de que pelo menos três pessoas, o piloto em comando, o observador visual e o operador da estação terrestre sejam informados sobre os planos de voo. Traga o quadricóptero para a instalação de vôo com rede e coloque-o em uma placa de pouso plana. O teste de vôo começa com a decolagem da origem subindo a uma altitude de 1,5 m. Em seguida, executaremos um padrão de voo quadrado de dois metros com uma velocidade de referência de 0,5 m/s. O quadricóptero faz uma pausa antes de cada mudança de posição. Em seguida, executaremos segmentos de travessias de maior velocidade a 0,5, 1 e 1,5 m/s para demonstrar como a velocidade afeta o overshoot. Para iniciar o teste de voo, inicie a aquisição de dados na estação terrestre. Depois de confirmar que a área de voo está livre, arme os motores. Agora, inicie a sequência de teste de voo com o piloto chamando cada etapa antes de executá-las começando com a decolagem. Certifique-se de anunciar todas as mudanças no modo de voo, alvos de waypoint conhecidos ou manobras. Após a execução do plano de voo, alerte o resto da equipe de voo sobre a descida final e o pouso do quadricóptero. Em seguida, desarme os motores do quadricóptero. Salve e baixe todos os dados de voo e registre o voo no diário de bordo. Por fim, recupere todos os equipamentos e limpe a área para o próximo usuário. Agora vamos interpretar os resultados. Começando com os dados de calibração para a IMU, primeiro mostramos um gráfico da velocidade de rotação da tabela de taxas versus a tensão do giroscópio. Observe que a tabela de taxas fornece controle direto da velocidade angular para a calibração do giroscópio. Um ajuste linear aos dados permite o cálculo da velocidade a partir da tensão do giroscópio. Nesse caso, o giroscópio de taxa emite uma leitura nominal de velocidade zero de 2,38 volts. Finalmente, vamos dar uma olhada nos dados do voo. Aqui mostramos um conjunto de dados de aceleração lateral de 30 segundos para o quadricóptero usando nossa IMU calibrada. Este gráfico mostra as medições de aceleração brutas e filtradas da IMU em relação ao tempo. Os dados foram filtrados para remover o ruído da medição. Você pode ver que os dados brutos de ruído são atenuados. No entanto, um atraso de tempo está presente nos dados filtrados. Em resumo, aprendemos como os sistemas de controle de aeronaves usam vários sensores para medir a altitude atual e a velocidade do ar durante o voo. Em seguida, calibramos um giroscópio de taxa e um acelerômetro e os montamos em um quadricóptero antes de realizar experimentos de vôo.

real-time-flight-control-embedded-sensor-calibration-data

Education

JoVE Science Education

Engineering

Engenharia

Aeronautical Engineering

Engenharia Aeronáutica

Real-time Flight Control: Embedded Sensor Calibration and Data Acquisition

autopilot sensors for uav flight control

Autopilot flight control depends on onboard sensors that measure an aircraft’s orientation, angular velocity, and airspeed. These measurements let the system stabilize the aircraft and help it follow a flight plan from takeoff through landing.

The same kind of sensor data is used in many aircraft, including large fixed-wing transport planes and small multirotor helicopters such as quadcopters with four thruster units. When inertial position and velocity are captured with a sensor such as the Global Positioning System (GPS), the autopilot can help a multicopter or fixed-wing aircraft hold its attitude and airspeed while following a set trajectory.

Accurate flight control experiments also require sensor integration, calibration, data acquisition, and signal filtering. The sensor suite in this work provides the data needed for flight control, and the signal interfaces and data acquisition methods are shown on two different embedded computer platforms.

Sensor calibration is summarized as part of the setup. To clean the data, single-channel moving average and median filters are applied to each channel. These filters reduce high-frequency noise and remove outliers, which helps prepare the measurements for real-time flight control.

Autopilot Sensors for UAV Flight Control

aerodynamic performance of a model aircraft: the dc-6b

aerodynamic-performance-of-a-model-aircraft-the-dc-6b

Wind Tunnel Testing of a DC-6B Model

A low-speed wind tunnel can be used to study the aerodynamics of a DC-6B model aircraft. It helps measure how the airplane performs and how stable it is in flight. This type of testing is useful for understanding aircraft behavior under controlled airflow. The model used here has a removable tail and a 6-component external aerodynamic force balance. That setup lets researchers measure lift coefficient (CL), drag coefficient (CD), pitching moment coefficient (CM), and yaw moment coefficient...

propeller characterization: variations in pitch, diameter, and blade number on performance

propeller-characterization-variations-pitch-diameter-blade-number-on

Propeller Slip and Blade Design Effects

Propellers are twisted airfoils used to move aircraft and watercraft. The chord angle changes along the radial station of the propeller, which affects how the blade pushes air. Because propellers are important in propulsion systems, engineers study them to help design high-performance vehicles. A key propeller feature is pitch, or twist. Pitch is usually measured as a length and describes the theoretical distance a propeller would move through the air in one full revolution. In real...

airfoil behavior: pressure distribution over a clark y-14 wing

airfoil-behavior-pressure-distribution-over-a-clark-y-14-wing

Measuring Lift with a Clark Y-14 Airfoil

A Clark Y-14 airfoil is used to measure pressure distribution and estimate lift. An airfoil is a 2-dimensional wing section that helps show key wing performance features. In this demonstration, the pressure distribution around the airfoil is measured with a wind tunnel. Pressure distribution is closely related to the lift generated by an airfoil. The Clark Y-14 model used here has a thickness of 14% and a flat lower surface from 30% of the chord length to the back. The model also includes 19...

clark y-14 wing performance: deployment of high-lift devices (flaps and slats)

clark-y-14-wing-performance-deployment-high-lift-devices-flaps

Wing Lift Control with Flaps and Slats

The Clark Y-14 wing shows how flaps and slats can change airplane lift during takeoff and landing. A wing is the main part of an airplane that generates lift, and high-lift devices help improve its performance when extra lift is needed. Flaps are located on the trailing edge of the wing. Slats are located on the leading edge. In this experiment, both devices are added to a Clark Y-14 wing so their aerodynamic effects can be studied in a wind tunnel. The wind tunnel creates set airspeeds for...

turbulence sphere method: evaluating wind tunnel flow quality

turbulence-sphere-method-evaluating-wind-tunnel-flow-quality

Measuring Wind Tunnel Turbulence with a Sphere

Wind tunnel turbulence can be measured with a smooth sphere as a test model. Wind tunnel tests help engineers design vehicles and structures that will face airflow during use. The air flows are applied in a controlled way, and the model is usually a smaller version of the full-sized object. For low-speed wind tunnel tests, the flow around the model must match the flow around the real object as closely as possible. This is called dynamic similarity, and it depends on the Reynolds number. The...

cross cylindrical flow: measuring pressure distribution and estimating drag coefficients

cross-cylindrical-flow-measuring-pressure-distribution-estimating

Cylinder Flow in a Wind Tunnel: Pressure Drag

Cylinder flow in a wind tunnel shows how pressure changes around a circular object and how those changes relate to drag. The lesson focuses on cross cylindrical flow, where air moves across a cylinder and the pressure on its surface is measured. It also compares real fluid behavior with the simpler results predicted by ideal inviscid potential flow theory. For an ideal fluid, the pressure around a cylinder is vertically symmetric. The pressure upstream and downstream of the cylinder is also...

nozzle analysis: variations in mach number and pressure along a converging and a converging-diverging nozzle

nozzle-analysis-variations-mach-number-pressure-along-converging

Nozzle Flow Regimes in Converging Nozzles

Nozzle flow changes as the nozzle cross-section changes. A nozzle can accelerate or slow a fluid by shaping the flow path. In aerospace propulsion, nozzles are widely used to help produce thrust. In rockets, propellant leaves the chamber and passes through a nozzle. The nozzle speeds up the propellant and creates a reaction force that moves the system forward. In jet engines, a nozzle converts energy from a high-pressure source into kinetic energy in the exhaust. The flow in a nozzle is...

schlieren imaging: a technique to visualize supersonic flow features

schlieren-imaging-a-technique-to-visualize-supersonic-flow-features

Supersonic Shock Waves with Schlieren Imaging

Schlieren imaging is used to show shock waves and compression waves in supersonic flow. It helps make air motion visible when the flow becomes compressible. In this demonstration, a Mach 2.0 flow over a cone is examined with a Schlieren system. Military jet fighters and projectiles can travel faster than the speed of sound. The speed of sound is the rate at which a sound wave moves through a medium, and it is 343 m/s. Mach number compares an object’s speed to the speed of sound. An object at...

flow visualization in a water tunnel: observing the leading-edge vortex over a delta wing

flow-visualization-water-tunnel-observing-leading-edge-vortex-over

Delta Wing Vortex Flow in a Water Tunnel

Delta wing vortex flow can be studied with a water tunnel and dye visualization. A delta wing is a common wing shape for high-speed airplanes because it performs well in transonic and supersonic flight. It has a small aspect ratio, which means the wing span is short compared with the average chord, and a high sweep angle. These features help reduce drag at high subsonic, transonic, and supersonic speeds. A delta wing also has a high stall angle. Stall happens later than it does for a high...

surface dye flow visualization: a qualitative method to observe streakline patterns in supersonic flow

surface-dye-flow-visualization-qualitative-method-to-observe

Supersonic Surface Flow Patterns with Dye

Supersonic surface flow patterns can be studied with dye flow visualization. This method uses dye on the surface of a body to show how gas moves across it. The resulting streakline patterns help reveal flow paths and surface behavior. Flow visualization is a key tool in aerodynamics research. It helps researchers study flow structure and check ideas about fluid motion. Visualization methods are often grouped into off-the-surface and surface flow techniques. Off-the-surface methods look at the...

pitot-static tube: a device to measure air flow speed

pitot-static-tube-a-device-to-measure-air-flow-speed

Measuring Airspeed with Pressure Differences

A Pitot-static tube measures airspeed by comparing air pressure differences. It is widely used to find unknown speeds in airflow, including airplane airspeed. The method relies on Bernoulli's principle, which links changes in pressure to changes in airflow speed. The tube senses stagnation pressure and static pressure. Stagnation pressure is the pressure where the air is brought to rest, and static pressure is the pressure of the moving air around it. The tube connects to a manometer or a...

constant temperature anemometry: a tool to study turbulent boundary layer flow

constant-temperature-anemometry-tool-to-study-turbulent-boundary

Measuring Skin Friction in a Turbulent Boundary Layer

A turbulent boundary layer forms near a solid surface when fluid flow becomes irregular and mixed. In this region, viscous effects and viscous shear stress dominate because friction between the fluid and the surface slows the flow. Outside the boundary layer, the flow is inviscid, which means friction, thermal conduction, and mass diffusion do not create dissipative effects. The boundary layer idea, first introduced by Ludwig Prandtl in 1904, helps simplify the Navier-Stokes equation for flow...

pressure transducer: calibration using a pitot-static tube

pressure-transducer-calibration-using-a-pitot-static-tube

Pitot-Static Pressure Measurement Calibration

Pitot-static pressure measurement calibration uses a wind tunnel, a manometer, and a pressure transducer to link flow pressure to an electrical signal. Fluid pressure is an important flow property for understanding the aerodynamics of a system. In this setup, a pitot-static probe measures stagnation and static pressure during subsonic flow. A U-tube manometer is one of the oldest pressure measurement systems still used today. It is a U-shaped glass tube partly filled with liquid. Because it...

real-time flight control: embedded sensor calibration and data acquisition

Autopilot flight control depends on onboard sensors that measure an aircraft’s orientation, angular velocity, and airspeed. These measurements let the system stabilize the aircraft and help it follow a flight plan from takeoff through landing. The same kind of sensor data is used in many aircraft, including large fixed-wing transport planes and small multirotor helicopters such as quadcopters with four thruster units. When inertial position and velocity are captured with a sensor such as the...

multicopter aerodynamics: characterizing thrust on a hexacopter

multicopter-aerodynamics-characterizing-thrust-on-a-hexacopter

Hexacopter Thrust Testing in a Wind Tunnel

Hexacopter thrust testing shows how a six-rotor drone produces lift and drag. Multicopters are popular for hobby and commercial use. They are commonly built as quadcopters, hexacopters, or octocopters, depending on whether they use four, six, or eight thrusters. This study uses a small modular hexacopter platform with propulsion unit redundancy. Redundancy means the vehicle has backup capability if one motor fails. The team first measured static motor thrust with a dynamometer while changing...

aeronautical engineering

Esta coleção apresenta conceitos fundamentais em engenharia aeronáutica com foco em métodos para avaliar o desempenho aerodinâmico, técnicas para visualizar padrões de fluxo subsônico e supersônico e procedimentos para calibrar sistemas de medição para controle de vôo em tempo real.

See how onboard sensors, GPS, calibration, and filtering support autopilot flight control for fixed-wing aircraft and quadcopters in real time.

Autopilot Sensors for UAV Flight Control

Description

Transcript

Tags