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

Эта процедура проиллюстрирует калибровку и интеграцию датчиков IMU и ADS с бортовыми компьютерами, а также продемонстрирует использование интегрированных сборов и обработки данных INS и ADS в условиях полетов на открытом воздухе. Демонстрируется сквозное управление полетом квадрокоптера, работающего в испытательном центре M-Air Мичиганского университета. 
1. Калибровка датчика: инерциальный измерительный блок (IMU)
Калибровка датчика наиболее эффективна при поддержке высококачественного испытательного оборудования. Для 3-осевого IMU откалибруйте гироскоп скорости и акселерометр для каждой оси отдельно с помощью таблицы прецизионных скоростей (Рисунок 6). Таблица скоростей вращения точно вращается с заданной пользователем угловой скоростью. Пользователь выдает серию команд скорости, во время которых IMU собирает данные, необходимые для калибровки датчика. Таким образом, описанный ниже эксперимент по калибровке одной оси повторяется три раза, по одному разу для каждой оси датчика IMU (x, y, z). 
<ol>
	<li>Установите IMU на таблицу скоростей таким образом, чтобы ось калибруемого датчика была направлена радиально внутрь или наружу. </li>
	<li>Измерьте расстояние от центра стола до центра IMU. Это исходный радиус для кругового движения. </li>
	<li>Установите компьютер сбора данных, IMU и аккумулятор непосредственно в таблицу тарифов и подключите все компоненты напрямую. </li>
	<li>Настройте программное обеспечение для сбора данных о скорости IMU и ускорении. </li>
	<li>Пока таблица скоростей неподвижна, записывайте значения гироскопа скорости и смещения акселерометра. </li>
	<li>Проведите серию экспериментов с различными положительными и отрицательными скоростями вращения таблицы с постоянной скоростью. Ожидается, что калибровка датчиков будет линейной. Сбор данных со скоростью 0 (базовый уровень), ±15, ±30 и ±60 градусов в секунду. Таблица может вращаться с более высокой скоростью, но выбранных значений достаточно для покрытия сигналов, ожидаемых в типичных полетах БПЛА. </li>
	<li>Соберите данные с гироскопа скорости и акселерометра, которые калибруются для каждого значения угловой скорости, перечисленного выше. Скорость каждого оборота должна быть установлена до сбора данных, чтобы обеспечить поддержание постоянной скорости. Собирайте данные в течение 10–15 с, предполагая, что скорость сбора данных составляет не менее 30–100 Гц, чтобы гарантировать, что помехи могут быть отфильтрованы из окончательных значений калибровки. </li>
	<li>Отсоедините и извлеките IMU из таблицы скоростей и расположите его так, чтобы калибруемый акселерометр был направлен вниз. </li>
	<li>Сбор данных +1g через компьютерную систему. </li>
	<li>Переверните IMU так, чтобы калибруемый акселерометр был направлен вверх, и соберите данные -1g через компьютерную систему. Эти дополнительные точки данных легко получить и они могут быть использованы для проверки каждой линейной калибровочной кривой, полученной из данных таблицы скоростей при ±1g. Значение 1g особенно важно для точной калибровки, поскольку данные линейного акселерометра используются для определения направления «вниз» относительно корпуса квадрокоптера. </li>
	<li>Обрабатывайте данные. Разработка подгонки линейной кривой для точек данных гироскопа и акселерометра, которая связывает приобретенные напряжения со скоростями вращения блока MKS (гироскопом) и линейными ускорениями (акселерометром). Убедитесь, что погрешность калибровки достаточно низкая. Обратите внимание, что таблица скоростей обеспечивает прямое управление угловой скоростью для калибровки гироскопа. Соответствующее ускорение, a,, вызванное центростремительной силой кругового движения, может быть вычислено из заданной угловой скорости ω и радиуса r IMU из центра таблицы скоростей: 
	<img src="/files/ftp_upload/10470/10470eq17.jpg"> (9)</li>
</ol>
2. Эксперименты по полету квадрокоптера
Для нашей заключительной серии экспериментов мы устанавливаем систему IMU и Пито на квадрокоптер (показан на рисунке 7Рисунок 7) и летаем в летном комплексе M-Air Мичиганского университета. Транспортное средство стабилизируется через порт автопилота с открытым исходным кодом Ardupilot на Beaglebone Blue (микропроцессор не используется) и настраивается перед полетом с помощью программного обеспечения наземной станции Mission Planner. Радиоуправляемый интерфейс передатчика/приемника позволяет пилоту подавать команды «внешней петли» для высоты квадрокоптера, движения из стороны в сторону и курса на «внутреннюю петлю» Ardupilot, регулирующую угол крена квадрокоптера, угол тангажа, угол рыскания (курс) и высоту. [14] 
Поскольку квадрокоптеру не требуется обратная связь по воздушной скорости для стабилизации, Ardupilot полагается только на данные IMU плюс датчик давления для высоты, который калибруется во время инициализации программы относительно давления на высоте взлета, для стабилизации полета с учетом входных данных пилота. Для полностью автономного расширения Ardupilot требуются инерциальные данные о местоположении от GPS или другой сенсорной системы (например, высокоскоростной захват движения). Поскольку наши эксперименты проводились с квадрокоптерами в ограниченных условиях, система воздушных данных Пито не требуется. Тем не менее, системы Пито необходимы для самолетов и мультикоптеров, пытающихся точно проложить траектории полета в условиях неопределенной погоды. [15, 16] Процедура летных испытаний разделена на три этапа: предполетный, летный и послеполетный. Это подразделение аналогично процедурам, которым следуют пилоты пилотируемых летательных аппаратов с использованием хорошо зарекомендовавших себя контрольных списков кабины. [17]
Перед полетом
<ol>
	<li>Зарядите аккумуляторы и проверьте их перед установкой. </li>
	<li>Обеспечьте четкую тестовую среду (в помещении или на улице) и отметьте зону, чтобы посторонние люди оставались на свободе. </li>
	<li>Убедитесь, что команда летных испытаний проинструктирована и квалифицирована (обучена) для проведения запланированных испытаний. </li>
	<li>Если вы летите на открытом воздухе, убедитесь, что самолет и пилот зарегистрированы и сертифицированы в соответствии с правилами FAA. Для проведения испытаний на открытом воздухе требуется минимум три человека: командир воздушного судна (PIC), визуальный наблюдатель (VO) и оператор наземной станции. Для наших тестов квадрокоптер будет летать в сетчатом объекте на открытом воздухе. Два оператора троса гарантируют, что транспортное средство не сможет улететь для испытаний в помещении. Обратите внимание, что никакие конкретные правила FAA не применяются к летным испытаниям с сеткой, поскольку БПЛА не занимает открытое открытое пространство. </li>
	<li>Включите бортовой компьютер и ноутбук с наземной станцией. </li>
	<li>Соберите предварительные данные, чтобы убедиться в правильной работе датчиков. Пилот и вспомогательная команда должны обеспечить четкое понимание плана полета и наличие процедур прерывания/восстановления. </li>
</ol>
Летный тест
<ol start="6">
	<li>Запуск сбора данных на наземной станции. </li>
	<li>Убедитесь, что зона полета свободна/безопасна. </li>
	<li>Подруливающие устройства/двигатели на рычаге. </li>
	<li>Начало последовательности летных испытаний. </li>
	<li>Проведите летный тест, в котором пилот выкрикивает каждый шаг, включая, как минимум: 
	взлет (запуск), изменение режима полета, известные путевые точки целей или маневры, а также посадка. Убедитесь, что весь персонал выполняет задачу, и выполняйте аварийные процедуры (прекращение полета) по мере необходимости. Путевые точки и траектории специфичны для каждого рейса. В эксперименте с квадрокоптером мы следуем умеренно агрессивным поперечным и прямоугольным паттернам на постоянной высоте и в постоянном направлении, за которыми следует набор высоты/снижение, а затем последовательность рысканья. Угловые скорости и линейные ускорения в этом полете легко идентифицируются в данных, и они подтверждают, что IMU и полетный контроллер функционируют правильно. </li>
</ol>
После полета
<ol start="11">
	<li>Снимите моторы с охраны, чтобы они случайно не включились. </li>
	<li>Сохраняйте и загружайте данные о полетах в архивное хранилище. </li>
	<li>Протоколируйте полет прописью в соответствии с отзывами пилота, озвучивания и оператора наземной станции. </li>
	<li>Проверьте батареи и зарядите их по мере необходимости. </li>
	<li>Соберите оборудование и очистите территорию для следующего жильца. </li>
</ol>

В этой статье мы описали сенсорные системы, сбор данных и процесс фильтрации сигналов, необходимые для обеспечения управления полетом самолетов и вертолетов в режиме реального времени. Этот конвейер данных является важным элементом всех систем автопилота пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов. Мультикоптеры требуют автопилотов для стабилизации, а самолеты всех типов критически полагаются на сбор данных в режиме реального времени и управление полетом для всех операций, поскольку мы движемся к все более автономны...

Управление полетом в режиме реального времени: встроенная калибровка датчиков и сбор данных

Источник: Элла М. Аткинс, факультет аэрокосмической техники, Мичиганский университет, Анн-Арбор, Мичиган 
Обзор
Автопилот позволяет стабилизировать самолет с помощью данных, собранных с бортовых датчиков, которые измеряют ориентацию самолета, угловую скорость и воздушную скорость. Эти величины могут быть отрегулированы автопилотом таким образом, чтобы самолет автоматически следовал плану полета от старта (взлета) до подъема (посадки). Аналогичные данные датчиков собираются для управления всеми типами летательных аппаратов, от больших коммерческих транспортных самолетов с неподвижным крылом до небольших многовинтовых вертолетов, таких как квадрокоптер с четырьмя двигателями. 
Благодаря инерциальному положению и скорости, регистрируемым таким датчиком, как Глобальная система позиционирования (GPS), система управления полетом в реальном времени автопилота позволяет мультикоптеру или самолету с неподвижным крылом стабилизировать свое положение и воздушную скорость, чтобы следовать по заданной траектории. Интеграция датчиков, калибровка, сбор данных и фильтрация сигналов являются предпосылками для экспериментов в области управления полетом. 
Здесь мы опишем набор датчиков, который предоставляет необходимые данные для управления полетом. Описываются интерфейсы сигналов и сбор данных на двух различных встраиваемых компьютерных платформах, а также обобщается калибровка датчиков. Одноканальные фильтры скользящей средней и медианы применяются к каждому каналу данных для уменьшения шума высокочастотного сигнала и устранения выбросов. 
В этом эксперименте демонстрируется сбор данных и калибровка датчиков для управления полетом в режиме реального времени. В нескольких опубликованных работах описываются принципы сбора и управления данными с датчиков, а в последнее время основное внимание уделяется датчикам для малых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [1-3].

Калибровка датчика
Пример графика калибровки гироскопа показана на рисунке 8. В этом случае гироскоп излучает номинальное (нулевое) значение 2,38 В. Данные о напряжении гироскопа были собраны для шести различных скоростей вращения, измеренных в градусах в секунду, и к этим данным была подогнана линейная кривая. Как показано, линейная аппроксимация обеспечивает очень хорошую аппроксимацию всех собранных точек данных.
Результаты летных ис...

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

Самолет с неподвижным крылом обеспечивает устойчивый полет за счет балансировки четырех сил: аэродинамической подъемной силы, аэродинамического сопротивления, тяги и веса силовой установки. Для достижения стабильного полета он также должен уравновешивать моменты вокруг всех трех осей: крена, тангажа и рысканья. Все вращения определяются как углы вокруг этой оси, при этом изменения оси крена вызывают движение из стороны в сторону, изменения оси тангажа вызывают наклон вперед и назад, а изменения оси рысканья вызывают изменение курса. Чтобы стабилизировать самолет к любым резким изменениям, таким как порывы ветра, система управления полетом выдает команды двигателя и поверхности управления, которые должны обновляться в режиме реального времени. Таким образом, система управления использует различные датчики для поддержания точного измерения текущей высоты, имея в виду углы крена, тангажа и рысканья, а также скорость полета. После сбора данных с датчиков сигналы фильтруются, чтобы уменьшить влияние шума и выбросов на качество обрабатываемых данных. Затем данные агрегируются в полную оценку состояния самолета и используются для управления полетом. Как самолеты с неподвижным крылом, так и мультикоптеры полагаются на эту систему управления для мониторинга и контроля высоты полета самолета. В обоих модулях также используется развертка датчика, известная как инерциальный измерительный блок или IMU. IMU обычно состоит из трех типов датчиков: акселерометры для измерения линейного ускорения, гироскопы для измерения угловой скорости и датчики магнитного поля для измерения направления и силы местного магнитного поля. IMU часто сочетается с системой GPS и устанавливается рядом с центром тяжести самолета, при этом ось датчика должна быть выровнена по оси корпуса самолета. В этой лабораторной работе мы продемонстрируем калибровку простого IMU с использованием таблицы прецизионных скоростей. Затем мы установим откалиброванный IMU на мультикоптер и проведем летные испытания для просмотра в режиме реального времени и фильтрации данных. В первой части эксперимента мы откалибруем IMU, который содержит гироскоп и акселерометр для каждой оси, используя таблицу прецизионных скоростей. Таблица скоростей точно вращается с заданной пользователем скоростью после выполнения ряда команд скорости. Это позволяет нам определить взаимосвязь между показаниями напряжения и скоростью. Для начала установите IMU на стол ставок с помощью винтов и ориентируйте его таким образом, чтобы ось датчика, которая калибруется, в данном случае по оси X, была прямо радиально внутрь или наружу. Измерьте расстояние от центра стола до центра IMU и используйте это измерение в качестве опорного радиуса для кругового движения. IMU установлен на плате сбора данных. Подключите компоненты напрямую. Теперь настройте программное обеспечение для сбора данных о скорости IMU и ускорении. Проведите серию экспериментов с различными положительными и отрицательными постоянными скоростями вращения таблицы с нулевым значением в качестве базового измерения. Пока таблица курсов неподвижна, запишите гироскоп скорости и акселерометр по значениям S. Затем запустите тест и соберите данные. После того, как все угловые скорости будут проверены для этой ориентации, отсоедините IMU и переместите его так, чтобы акселерометр был ориентирован вверх. Снова прикрепите его, затем запустите тест для сбора данных -1 G. После этого переверните IMU так, чтобы акселерометр был ориентирован вниз, и соберите данные +1 G. После завершения калибровки оси X переместите ИНС так, чтобы датчик оси Z был направлен на восток радиально наружу, и повторите все тесты, не забывая о расположении ИНС вверх и вниз для калибровки акселерометра. Выполните ту же процедуру для датчика оси Y. В следующей части эксперимента мы установим IMU на квадрокоптер и запустим его внутри сетчатого летательного аппарата. Интерфейс приемника радиального управления позволяет пилоту подавать команды на высоту, курс, угол крена, угол тангажа и угол рыскания. Перед запуском зарядите все аккумуляторы и протестируйте компоненты перед установкой на квадрокоп. Затем подготовьте полет, убедившись, что по крайней мере три человека, командир воздушного судна, визуальный наблюдатель и оператор наземной станции были проинформированы о планах полета. Приведите квадрокоптер в сетчатый полетный аппарат и установите его на плоскую посадочную доску. Летные испытания начинаются со взлета из исходной точки с подъемом на высоту 1,5 м. Затем мы выполним двухметровую квадратную схему полета с опорной скоростью 0,5 м/с. Квадрокоптер делает паузу перед каждой сменой позиции. Затем мы выполним отрезки обхода с более высокими скоростями со скоростью 0,5, 1 и 1,5 м/с, чтобы продемонстрировать, как скорость влияет на превышение. Чтобы начать летные испытания, начните сбор данных на наземной станции. Убедившись, что зона полета свободна, поставьте моторы на охрану. Теперь начните последовательность летных испытаний, когда пилот выкрикивает каждый шаг, прежде чем выполнять их, начиная со взлета. Обязательно сообщайте обо всех изменениях режима полета, известных целях или маневрах. После того, как план полета будет выполнен, предупредите остальных членов летной команды об окончательном снижении и приземлении квадрокоптера. Затем снимите с охраны моторы на квадрокоптере. Сохраните и загрузите все полетные данные и занесите полет в бортовой журнал. Наконец, восстановите все оборудование и очистите территорию для следующего пользователя. Теперь давайте интерпретируем результаты. Начиная с данных калибровки для IMU, сначала мы покажем график зависимости скорости вращения таблицы скоростей от напряжения гироскопа. Обратите внимание, что таблица скоростей обеспечивает прямое управление угловой скоростью для калибровки гироскопа. Линейная подгонка к данным позволяет рассчитать скорость по напряжению гироскопа. В этом случае гироскоп выдает номинальное нулевое значение скорости 2,38 вольта. Наконец, давайте посмотрим на данные о полете. Здесь мы показываем набор данных о 30-секундном боковом ускорении для квадрокоптера с использованием нашего откалиброванного IMU. На этом графике показаны необработанные и отфильтрованные измерения ускорения от IMU в зависимости от времени. Данные были отфильтрованы с целью удаления шума из измерения. Вы можете видеть, что исходные данные о шуме ослабевают. Однако в отфильтрованных данных присутствует временная задержка. Таким образом, мы узнали, как системы управления самолетом используют различные датчики для измерения текущей высоты и скорости полета во время полета. Затем мы откалибровали гироскоп и акселерометр и установили их на квадрокоптер перед проведением летных экспериментов.

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

Education

JoVE Science Education

Engineering

Инженерия

Aeronautical Engineering

Авиационная техника

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

This collection introduces fundamental concepts in aeronautical engineering with a focus on methods to evaluate aerodynamic performance, techniques to visualize subsonic and supersonic flow patterns, and procedures to calibrate measurement systems for real-time flight control.

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