Algemene kennis van een onbemand luchtvaartuig

Een luchtvaartuig heeft te maken met verschillende natuurkundige krachten en met een zwaartepunt. Als piloot is het noodzakelijk om kennis te hebben van deze krachten en van het begrip zwaartepunt. Beiden zijn namelijk van invloed op de vliegeigenschappen van een luchtvaartuig.

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

· Rotorcraft = onbemand luchtvaartuig met meerdere rotoren

· Aeroplanes = onbemande luchtvaartuig met vaste vleugels

· Overige onbemande luchtvaartuigen = overige onbemande luchtvaartuigen zoals VTOL, Helicopter, Lighter than air.

In dit hoofdstuk zal het met name gaan over de rotorcraft en aeroplanes.

Verdeling van de vier hoofdkrachten

Op een luchtvaartuig werken diverse krachten die allemaal een relatie hebben met natuurkundige wetten. Het stijgen, dalen, of horizontaal vliegen zijn het resultaat van de vier hoofdkrachten die op het luchtvaartuig werken.

De belangrijkste hoofdkrachten zijn:

· De draagkracht (lift)

· De zwaartekracht (weight)

· De voortdrijvende kracht (thrust)

· De weerstand (drag)

Voor verschillen in de vier hoofdkrachten gelden de volgende principes:

· Bij een stijgende vlucht is de draagkracht (lift) groter dan de zwaartekracht.

· Bij een horizontale vlucht is de draagkracht gelijk aan de zwaartekracht.

· Bij een horizontale beweging versnelling van het luchtvaartuig moet de voortdrijvende kracht groter zijn dan de weerstand. Indien de voortdrijvende kracht en de weerstand aan elkaar gelijk zijn, dan is de snelheid constant.

· Voor een onbemand luchtvaartuig met meerdere rotors geldt bij het zogenaamde hoveren (stilhangen in de lucht) dat de draagkracht gelijk is aan de zwaartekracht.

Draagkracht

De vleugels en/of de rotorbladen zijn de belangrijkste gedeelten van een luchtvaartuig. Zij zorgen immers voor de lift en stabiliteit tijdens de vlucht. Voor luchtvaartuigen die op een constante hoogte vliegen, zal de draagkracht enkel verticaal op het luchtvaartuig werken. De generatie van de draagkracht werkt op basis van drie natuurkundige principes:

· Het Venturi-effect

· De Wet van Bernoulli

· De 3de Wet van Newton

Het Venturi-effect

Het Venturi-effect wordt ook wel de continuiteitswet genoemd. Het Venturi-effect werkt op basis van het principe dat de hoeveelheid gas of vloeistof aan het begin van een buis hetzelfde is als aan het einde van dezelfde buis. Als de diameter van beide kanten van de buis gelijk is dan is ook de snelheid waarmee het gas/vloeistof de buis inkont gelijk aan de snelheid waarmee het gas/vloeistof de buis verlaat. Indien het uiteinde een kleinere diameter heeft dan het begin van de buis betekent dit dat het gas/vloeistof de buis met een hogere snelheid verlaat dan waarmee het de buis inging (volume blijft immers gelijk). Het harder laten spuiten van een tuinslang door deze aan het einde dicht te knijpen werkt op basis van dit principe. De Wet van Bernouilli gaat hierop verder.

Wet van Bernoulli

Bernoulli ontdekte dat waar de snelheid van een vloeistof of gas hoog is, de druk laag is. Als een vloeistof/gas dus met een lage snelheid door een buis stroomt dan is de druk in de buis hoger vergeleken met de druk als een vloeistof/gas sneller door de buis stroomt. Dit principe geldt ook voor luchtdeeltjes.

3e Wet van Newton

De derde Wet van Newton luidt: 'Als een voorwerp een kracht op een ander voorwerp uitoefent, dan gaat deze kracht gepaard met een even grote tegengestelde kracht'. Oftewel; ACTIE = -REACTIE, stel dat een persoon op rolschaatsen van 70 kilogram staat, en een kast van 70kg op wieltjes naar voren duwt, dan zal de persoon zichzelf ook naar achteren duwen. Een vleugelprofiel is altijd bol aan de bovenkant, aflopend naar beneden, en vlak aan de onderkant.

Omdat de onderkant dus vlak is kunnen de aanstromende luchtdeeltjes hier dus ongestoord en met dezelfde snelheid hun weg vervolgen. Omdat de bovenkant van de vleugel bol is, worden de luchtdeeltjes hier omhoog gedwongen en volgen de deeltjes het vleugelprofiel. Deze luchtdeeltjes komen dus tussen de bovenkant van de vleugel en de onderkant van de ongestoorde luchtstroom boven de vleugel terecht. Hier is als het ware sprake van een vernauwing waardoor de luchtdeeltjes sneller gaan stromen (Venturi). Doordat de luchtdeeltjes boven de vleugel dus sneller bewegen ten opzichte van de luchtdeeltjes onder de vleugel ontstaat er een hogere druk aan de onderkant van de vleugel ten opzichte van bovenkant van de vleugel (Bernoulli). De luchtdeeltjes die het vleugelprofiel aan de bovenkant van de vleugel volgen, worden aan de achterkant van de vleugel naar beneden afgezogen en zetten zich daardoor af tegen de ongestoorde luchtstroom aan de onderkant van de vleugel.

Hierdoor ontstaat er een kracht naar boven gericht, die gelijk is aan de kracht die naar beneden is gericht (3de Wet van Newton), hierdoor wordt de vleugel omhooggeduwd.

Een rotor genereert draagkracht door lucht aan de bovenkant aan te zuigen en deze naar onder weg te duwen. Bij een onbemand luchtvaartuig met meerdere rotors is de draagkracht gelijk aan de som van de draagkracht van alle rotorbladen. Omdat de bewegingen van een dergelijk luchtvaartuig het resultaat zijn van het sneller of langzamer draaien van de rotorbladen, zijn ook de voortdrijvende krachten weerstand afhankelijk van dit verschil indraaisnelheid. Alleen bij een gelijk toerental van alle rotorbladen zijn de krachten op elke rotor gelijk.

De Liftformule

De bovenstaande uitleg is hieronder in een formule gegoten. Aan de hand van deze formule wordt direct duidelijk welke factoren de grootte van de draagkracht of de hoeveelheid lift kunnen beinvloeden. De liftformule is als volgt:

L = ½ p . V2 . Cl . S

Waarbij:

· L= de draagkracht / lift

· p= Rho = de luchtdichtheid in kg/m3

· V2 = de snelheid van de aanstromende lucht in het kwadraat

· Cl = de liftcoëfficiënt en is afhankelijk van de invalshoek van de luchtstroom en de eigenschappen van het vleugelprofiel

· S= Surface, is het oppervlak van de vleugel

Luchtdichtheid

Volgens de formule is er een positief verband tussen de luchtdichtheid en de lift. Als er gevlogen wordt in een gebied met een grote luchtdichtheid zijn er veel luchtdeeltjes per m2 aanwezig. De draagkracht zal hier groter zijn in vergelijking met een gebied waar de luchtdichtheid laag is. Over het algemeen zijn koude en/of lage hoogte gebieden voorzien van een hogere luchtdichtheid in vergelijking met warme en/of hoge gebieden. In hoofdstuk 3 METEOROLOGIE lees je meer over de invloed van luchtdichtheid op de vliegprestaties.

Snelheid

Ook tussen de snelheid van een luchtvaartuig en de draagkracht bestaat een positief verband. Hoe sneller het luchtvaartuig gaat, hoe meer lift er gegeneerd wordt.

Liftcoëfficiënt

De lift en de liftcoëfficiënt kennen ook een positief verband. De liftcoëfficiënt is afhankelijk van de invalshoek van de luchtstroom en de eigenschappen van het vleugelprofiel. Door het vergroten van de invalshoek (Angle of Attack), wordt de liftcoëfficiënt vergroot.

Vleugeloppervlak

Ook tussen het vleugeloppervlak en de liftkracht geldt weer een positief verband. Hoe groter het vleugeloppervlak, hoe groter de liftkracht. Bij het landen van een vliegtuig worden 'flaps' achter uit de vleugel geschoven. Deze flaps' vergroten als het ware het vleugeloppervlak waardoor er meer lift gegeneerd wordt, waardoor er met een lagere snelheid geland kan worden.

Zwaartekracht

De aarde is verantwoordelijk voor de aantrekkingskracht van alle voorwerpen op deze planeet. De zwaartekracht is altijd gericht naar het middelpunt van de aarde. De grootte van de kracht is afhankelijk van de massa van het voorwerp. Voor een luchtvaartuig geldt dat de draagkracht groter moet zijn dan de zwaartekracht die erop werkt als het moet stijgen. Als de zwaartekracht en de draagkracht gelijk zijn, zal het luchtvaartuig op constante hoogte blijven.

Voortdrijvende kracht

Om een luchtvaartuig in het horizontale vlak te laten versnellen, moet de voortdrijvende kracht groter zijn dan de weerstand. De voortdrijvende kracht ontstaat door de motor(en) van het luchtvaartuig.

Weerstand

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

· Geïnduceerde weerstand (weerstand die ontstaat door de gegenereerde lift)

· Parasitaire weerstand (alle overige weerstand). Denk bijvoorbeeld aan ruwe oppervlakte en uitsteeksels.

Elk voorwerp dat een beweging uitvoert, ondervindt een weerstand die gelijk is aan de wrijvingskracht die dat voorwerp van de omgeving ondervindt. Bij luchtvaartuigen is de wrijvingskracht een resultante van de luchtdruk/luchtdichtheid en de luchtweerstand.

Stuurvlakken

Om een Iuchtvaartuig in diverse richtingen en hoogtes te kunnen sturen, is het luchtvaartuig voorzien van stuurvlakken. Deze zogenaamde 'roeren' zorgen voor beweging om drie assen. Het bewegen van het luchtvaartuig om één van deze assen werkt anders voor een luchtvaartuig met vleugels dan voor een luchtvaartuig met een rotor.

Stuurvlakken bij een onbemand luchtvaartuig met vaste vleugels

De besturing van een onbemand luchtvaartuig met vaste vleugels geschied door het aansturen van de drie verschillende stuurvlakken. Elk stuurvlak heeft een eigen stuurmechanisme die onafhankelijk van elkaar aangestuurd kunnen worden. De primaire stuurvlakken waarmee een onbemand luchtvaartuig met vaste vleugels wordt bestuurd, zijn de volgende:

· 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 (ateral axis). Deze beweging wordt stampen (pitching)genoemd.

Stuurvlakken bij een onbemand luchtvaartuig met meerdere rotors

Onbemande luchtvaartuigen met meerdere rotors hebben gefixeerde (vaste) rotorbladen. De controle van de stuurbewegingen gebeurt door de draaisnelheid van één of meer rotors ten opzichte van de andere te wijzigen. De propellers van een luchtvaartuig met meerdere rotors zijn gelijk verdeeld over linksom- en rechtsom draaiende propellers, dit zorgt voor de stabiliteit van het luchtvaartuig.

Het luchtvaartuig met meerdere rotors beweegt door de snelheid van de propellers als volgt aan te passen:

· Door de twee zijwaartse propellers aan dezelfde kant sneller te laten draaien, zal het onbemande luchtvaartuig om de langs-as (longitudinalaxis) draaien. Deze beweging wordt rollen(rolling) genoemd.

· Door de twee diagonale propellers sneller te laten draaien, zal het onbemande luchtvaartuig om de top-as (vertical axis) draaien. Deze beweging wordt gieren (yawing) genoemd.

· Door de twee voorste of achterste propellers sneller te laten draaien, zal het onbemande luchtvaartuig om de dwars-as (lateral axis) draaien. Deze beweging wordt stampen (pitching) genoemd.

In afbeelding 9 zie je een beweging om de langs-as. De twee propellers aan de ene zijde draaien sneller dan aan de andere zijde. Hierdoor beweegt het luchtvaartuig zijwaarts.

Aerodynamische effecten

Het vliegen met een onbemand luchtvaartuig werkt dus op basis van een aantal aerodynamische principes zoals eerder beschreven in het hoofdstuk. Er zitten echter ook risico's in de aerodynamica. Voor de onbemande luchtvaartuigen met rotoren zijn er tweepotentiële risico's.

Downwash

De neerwaartse afbuiging van lucht die is ontstaan nadat een vleugelprofiel de ongestoorde

luchtstroming heeft doorbroken wordt ook wel downwash genoemd. Door de vorm en stand van het vleugelprofiel zal downwash altijd optreden wanneer er lift door een vleugel wordt gegenereerd.

Ground effect

Het grond effect treedt op wanneer een luchtvaartuig zich vlak langs een oppervlakte beweegt. Hierdoor zal de lift toenemen en de luchtweerstand afnemen. Het principe van dit zogenaamde grond effect werkt als volgt. Doordat het luchtvaartuig dicht langs het oppervlakte beweegt, is de beschikbare ruimte voor luchtstromingen onder het luchtvaartuig laag. Hierdoor wordt de luchtstroom afgeremd waardoor de druk onder de vleugel relatief groter wordt. Het drukverschil tussen boven en onder de vleugel wordt hierdoor groter waardoor de draagkracht zal toenemen. Naast de toename van de draagkracht zal de luchtweerstand juist afnemen. Een deel van deze luchtweerstand wordt veroorzaakt door de zogenaamde tipwervels. De lucht stroomt bij een vleugeltip namelijk van de onderzijde naar de bovenzijde: dit noemt men het begin van de tipwervel.

Tussen deze tipwervels stroomt de lucht waartegen het luchtvaartuig zich afzet neerwaarts. Als het luchtvaartuig dus laag bij de oppervlakte vliegt kan deze lucht dus niet omlaag. De 'ophoping' van lucht zorgt ervoor dat de tipwervels naar buiten worden gedrukt en verzwakt deze. Hierdoor neemt een deel, het geinduceerde deel, van de weerstand af.

Vortex

In de uitleg over lift concentreert men zich met name op de boven- en onderkant van een vleugelprofiel. Echter, aan de punt van het vleugelprofiel, de zogenaamde tip' vindt er ook een aerodynamisch effect plaats. Zoals bekend is de druk gedurende de lift van een luchtvaartuig groter onder het vleugelprofiel dan boven het veugelprofiel. Rond de tip van het vleugelprofiel stroomt daardoor lucht over de tip van de onder- naar de bovenkant van de vleugel. Deze luchtstroom creëert een roterende luchtstroom die vortex wordt genoemd. De vortex stroom zorgt voor een afname van de lift op het draagvlak.

Aerodynamische gevaren

Het vliegen met een onbemand luchtvaartuig werkt dus op basis van een aantal aerodynamische principes zoals eerder beschreven in het hoofdstuk. Er zitten echter ook risico's in de aerodynamica, Voor de onbemande luchtvaartuigen zijn er een aantal potentiële risico's.

Overtrek

Zoals eerder in dit hoofdstuk beschreven ondervindt een luchtvaartuig zowel lift (draagkracht) als weerstand en zijn bede afhankelijk van een aantal factoren waaronder de liftcoëfficiënt en de weerstandcoëfficiënt. Beide coëfficiënten zijn sterk afhankelijk van de invalshoek van de relatieve luchtstroom. Wanneer deze invalshoek vergroot blijft worden, zal op een gegeven moment de luchtstroom het vleugelprofiel niet meer kunnen volgen. De liftcoëfficiënt zal daardoor afnemen terwijl de weerstandcoëfficiënt toeneemt. Dit noemt men het overtrekken van een luchtvaartuig. Dit is een vrij abrupte overgang die ervoor zorgt dat er grote weerstand ontstaat en de vleugel geen lift meer levert.

Vortex ring single rotor

Wanneer een single rotor (bv. helikopter)extreem snel daalt en geen voorwaartse snelheid heeft kan deze in zijn eigen daalstroom terechtkomen. De onstabiele daalstroom wordt door de propeller opnieuw aangezogen maar levert weinig tot geen lift. Deze situatie heet 'vortex ring state'. Er wordt dan geen lift meer gegenereerd en het toestel daalt ongecontroleerd.

Downwash

Deze luchtstroom kan zand, vuil en andere lichte voorwerpen wegblazen. Deze materialen kunnen vervolgens boven het toestel terechtkomen en aangezogen worden waardoor de propellers beschadigen.

Spin of tolvlucht

Een spin is een situatie waarbij de vleugels van een vleugelvliegtuig in een overtrokken situatie verkeren waarbij het vliegtuig om alle assen draait of tolt.

Besturing

Een onbemand luchtvaartuig kan op verschillende manieren worden bestuurd. Het wordt aangeraden om voor elk systeem waarmee je werkt de verschillende besturingsmethoden door te nemen. Er zijn de volgende navigatiemogelijkheden:

· Handmatig

· GNSS Gestabiliseerd

· Voorgeprogrammeerde vlucht

· Autonoom

Het is belangrijk dat piloten weten welke modus voor hun specifieke systeem van toepassing is en waartoe hun onbemande luchtvaartuig daadwerkelijk in staat is.

Handmatige besturing

Onder deze besturing geeft de piloot continue input van stuurcommando's die ervoor zorgen dat het onbemande luchtvaartuig op een bepaalde hoogte en in een bepaalde richting wordt gehouden en zo veilig kan navigeren. Er bestaat dus een direct verband tussen het grondstation en de daadwerkelijke besturing van het onbemande luchtvaartuig. In veel gevallen is de handmatige besturing bij een onbemand luchtvaartuig met meerdere rotors niet mogelijk; deze zijn namelijk dynamisch instabiel. Er zijn complexe besturingssystemen nodig om ze onder controle te houden en ze zijn dan ook vaak met deze stabilisatiemiddelen uitgerust.

Gestabiliseerde GNSS-besturing

Onbemande luchtvaartuigen met meerdere rotors zijn van zichzelf niet stabiel. Fabrikanten compenseren dit door stabilisatiesystemen te monteren. Dankzij deze systemen hoeft de piloot geen handmatige input te geven om het toestel bijvoorbeeld op een zekere hoogte te houden. Het onbemande luchtvaartuig maakt hierbij gebruik van gyroscopen, een barometer en accelerometers. Op de meeste toestellen zijn twee stabilisatiemodi terug te vinden:

· ATTI-modus: geen GNSS-ondersteuning (zie 6.5.5), wel stabiel op hoogte. De invloed van wind moet door de piloot zelf worden gecorrigeerd.

· STABILIZED-modus: in deze modus is het onbemande luchtvaartuig wel GNSS-ondersteund. Dat betekent dat het onbemande luchtvaartuig zowel qua hoogte als positie automatisch wordt gecorrigeerd.

Voorgeprogrammeerde vlucht

Een voorgeprogrammeerde vlucht vereist een navigatiesysteem. Kleine systemen beschikken over een gemonteerd GNSS dat meestal wordt geholpen door een magnetisch kompas. Dit stelt het onbemande luchtvaartuig in staat om de volgende parameters te kunnen berekenen:

· Hoogteveranderingen

· Geografische positie

· Koers

Aan de hand van deze parameters kan de piloot een aantal waypoints (vaste punten) in de flightcontroller instellen, zodat het onbemande luchtvaartuig de route zelfstandig kan gaan vliegen. Hoewel het onbemande luchtvaartuig een vooringesteld vluchtplan volgt, moet de piloot altijd in het vluchtplan kunnen ingrijpen om het onbemande luchtvaartuig te stoppen of van koers te veranderen.

Autonome vluchten

Een autonome vlucht is onafhankelijk van signalen vanaf de grond. Een onbemand vliegtuig dat bijvoorbeeld een spoorwegbovenleiding volgt, krijgt de informatie via een camerasysteem dat spoorwegbovenleidingen herkent. Deze modus zou ook kunnen doorgaan als een geavanceerde vorm van automatische vlucht met hoge nauwkeurigheid. Dit houdt in dat voordat het onbemande vliegtuig opstijgt zijn vliegroute kan worden voorspeld zonder dat de exacte coördinaten bekend zijn. Autonome vluchten zijn echter nog niet wettelijk toegestaan.

Stickmodi

Elk onbemand luchtvaartuig beschikt over verschillende soorten stickmodi. De piloot kan zelf bepalen welke modi hij/zij het prettigst vindt om te vliegen.

Frequentiegebruik

Het radiospectrum is heel breed en bestaat uit verschillende frequenties.

· Frequentie: gedefinieerd als een cyclus per seconde en uitgedrukt in Hertz (Hz)

· Golflengte: de afstand waarover de vorm van een golf wordt herhaald. Golflengten worden korter naarmate de frequentie toeneemt.

Het radiospectrum begint bij ongeveer 34 Hz en loopt tot 3000 GHz. Vrijwel het gehele spectrum is, voor uiteenlopende doeleinden, in gebruik. Met bandbreedte wordt het verschil bedoeld tussen de hoogste en laagste frequentie die voor een bepaald doeleinde kan worden gebruikt.

Een onbemand luchtvaartuig gebruikt meestal twee verschillende frequenties voor de uitwisseling van informatie tussen luchtvaartuig en grondstation, en eventueel een derde.

1. De zogenaamde uplink, voor het versturen van commando's van het GCS (Ground Control Station) naar het luchtvaartuig

2. De zogenaamde downlink, voor het versturen van luchtvaartuiggegevens zoals positie en snelheid

3. Een aparte video downlink-frequentie voor het versturen van videogegevens van het luchtvaartuig naar het GCS.

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

· 100 mW voor de up- en downlink (meestal de 2,4 GHz band (smal en krachtig)):

· 25 mW voor de videolink (meestal de 5,8 GHz band (brede band).

Sommige frequenties kunnen onder regenachtige of mistige omstandigheden slechter presteren. Eén van die frequenties is 2,4 GHz. De demping van de frequentie is goed merkbaar en kan een sterke invloed hebben op de besturing van het onbemande luchtvaartuig. Ook kan het voorkomen dat apparaten die tegelijkertijd op dezelfde locatie worden gebruikt, onderling problemen kunnen veroorzaken. Dit wordt ook wel radiofrequentie-interferentie genoemd.

De hoofdcomponenten van een onbemand luchtvaartuig

Van een piloot wordt verwacht dat deze bekend is met de handleiding van het onbemande luchtvaartuig dat hij/zij bestuurt. In zo'n handleiding worden verschillende componenten van het onbemande luchtvaartuig besproken.

Algemene componenten

De basiscomponenten van zowel een vaste vleugel luchtvaartuig als een luchtvaartuig met meerdere rotors zijn weergeven in de afbeelding 14 en 15.

Meerdere rotors

1. Propeller: zorgt voor het genereren van lift, voortdrijvende kracht een draaibewegingen.

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 obstakels waar te nemen.

5. Camera: meeste camera's zijn gecombineerd met een cardanische ophanging (gimbal)voor stabilisering. De camera beweegt daardoor onafhankelijk van de bewegingen van het toestel

6. Accu: voorziet het onbemande luchtvaartuig van stroom.

Vaste 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 langsas.

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

Bijna alle onbemande luchtvaartuigen, vooral die met meerdere rotors, worden aangedreven door een elektromotor. Een elektromotor werkt op basis van elektromagnetische principes. Dit houdt in dat elektriciteit wordt gebruikt om een magnetisch veld op te wekken. In de elektromotor zitten magneten die vrij op een as kunnen draaien. Door aanpassing van het magnetisch veld worden de magneten aangetrokken of afgestoten, waardoor de as van de elektromotor draait. Aan deze as zit dan bijvoorbeeld de propeller bevestigd. 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

Het elektrisch systeem bestaat uit een of meer subsystemen waarvan de twee belangrijkste zijn:

· ESC = Electronic Speed Controller, regelt het toerental en de draairichting van de motoren.

· FCS = Flight Control System, verwerkt signalen van navigatiemodule en besturingssignalen.

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

· MCU = Master Control Unit: verwerkt de gegevens vanuit de sensors 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.

Overige belangrijke subsystemen binnen het elektrisch systeem zijn onder meer de accu's, gyroscopen, elektrische bedrading, RC-controller, datalinks, AutoPilot Control Board en het Drive en Control System.

Brandstof en energie

De meeste onbemande luchtvaartuigen gebruiken een accu als energiebron. De lithium-polymeeraccu (LiPo) wordt dankzij het grote vermogen in verhouding tot het gewicht veel gebruikt. Een LiPo-accu heeft een aantal belangrijke kenmerken:

· Droge accu zonder metalen

· Mag nooit volledig ontladen worden

· Lage zelfontlading

· Geen geheugeneffect

· Bij piekbelasting loopt de capaciteit snel terug

· Kans op zelfontbranding

· Vergt gestabiliseerde laadapparatuur

LiPo-accu's presteren het beste bij ongeveer 40 °C. Daalt de temperatuur onder de 10 15 °C, dan worden de vluchttijden van een accu korter. Aangeraden wordt om de accu altijd voor te verwarmen.

Een LiPo-accu kan door verkeerd opladen beschadigd raken, waardoor er brandgevaar ontstaat. Laad de batterij daarom uitsluitend met specifieke laders en bewaar de accu in speciale LiPo-tassen. De LiPo-accu mag tijdens vliegreizen alleen worden meegenomen als handbagage. Vermeld hierbij altijd duidelijk de capaciteit op de accu en controleer de voorwaarden van de desbetreffende luchtvaartmaatschappij.

Positiebepaling

Het Global Navigation Satellite System (GNSS) is een vorm van radionavigatie dat gebruikmaakt van 'tijd'. Rondom de aarde verplaatsen satellieten met een zender zich in een vaste baan. Doordat de ontvanger op de aarde weet waar de zenders zich bevinden, is het mogelijk de tijdsduur van de signalen te meten en zo de positie te berekenen.

Het GNNS bestaat uit meerdere systemen van verschillende eigenaren:

· Global Positioning System (GPS) -USA

· Galilei - Europa

· Global Navigatsionnaja Spoetnikovaja Sistema (GLONASS)- Rusland

· Beidou / Compass – China

Een ontvanger heeft 3 tot 4 signalen nodig voor een globale positiebepaling. Als er 3 satellieten worden gebruikt, kan er een tweedimensionale positie op het aardoppervlak worden bepaald, ook wel een coödinaat genoemd. Als er 4 satellieten worden gebruikt, is een driedimensionale positiebepaling mogelijk. Om tot een aantal satellieten te komen is het mogelijk om de satellieten van de verschillende systemen te combineren. Als piloot moet je er rekening mee houden dat een hoogtebepaling minder nauwkeuring is dan de positiebepaling. Daarnaast heeft een drone minimaal 4 werkzame satelieten nodig om in de GNSS-mode te vliegen. Het niet aanwezig zijn van voldoendewerkende satellieten heeft invloed op de werking van het GNSS.

Mogelijke oorzaken van problemen met GNSS kunnen zijn:

· Onjuiste synchronisatie van de ontvanger

· lonosferische storting die de voortplantingssnelheid van het radiosignaal beïnvloedt

· Geomagnetische stormen

· Reflectie van signalen via spiegelende objecten

· Bewust storing door het gebruik van 'jammers'

· Hoge infrastructuur of landschapskenmerken

De invloed van een (tijdelijke) uitval van GNSS kan grote invloed hebben op de veiligheid van de vlucht. De volgende zaken kunnen zich voordoen:

· Return-to-Home functie werkt niet meer op de juiste manier

· Het luchtvaartuig kan haar stabiliteit verliezen

· De kans op een Fly-Away neemt toe

· Hoogte en positie worden onjuist weergeven

· De Geo-fencing kan niet functioneren waardoor het risico toeneemt dat er op verkeerde locaties gevlogen wordt

Mocht het GNSS uitvallen dan is het belangrijk om zo snel als mogelijk vast te stelen of het probleem in het luchtvaartuig (besturing) of in de ontvangst van het GNSS-signaal zit. Indien het probleem in het luchtvaartuig zit dan moet de gezagvoerder overgaan tot noodmaatregelen. Als de problemen voortkomen uit een slecht ontvangst dan is het aan de gezagvoerder om te bepalen of er kan worden overgestapt naar een andere vliegmode.

Limieten

Binnen een handleiding zullen ook de limieten van het onbemande luchtvaartuig worden besproken. Deze limieten zijn er zowel op technisch als meteorologisch vlak en moeten te allen tijde door de piloot worden nageleefd. Op technisch gebied worden vaak limieten voor de volgende zaken beschreven:

· Hoogte

· Snelheid

· Afstand

· Maximaal startgewicht

Op meteorologisch gebied worden ook limieten beschreven. In de meeste handleidingen kom je Vooral de maximale windkracht waarmee kan worden gevlogen tegen. Als piloot dien je echter altijd rekening te houden met de omstandigheden die de veiligheid van een vlucht in gevaar brengen. Hierbij kun je denken aan bijvoorbeeld:

· Temperatuur

· Neerslag

· Wind

· Zicht

Het onbemande luchtvaartuig controleren en veiligheidsoverwegingen

Tijdens het vliegen met een onbemand luchtvaartuig zijn er een aantal risico's ten aanzien van het toestel zelf die in overweging moeten worden genomen. Het gaat hierbij om het volgende:

· Controle werking systemen

· Borging van de lading

· Afscherming van de rotoren

· Het op de juiste manier opbergen van accu's

Zoals beschreven in het hoofdstuk over procedures, dien je als piloot altijd de werking van alle systemen van het onbemande luchtvaartuig te controleren voorafgaand aan de vlucht en in de beginfase daarvan. Hieronder worden deze stappen nogmaals beschreven:

· Voer de pre-flight checks uit.

· Stijg langzaam op tot ongeveer twee meter hoogte.

· Controleer de werking van de GNSS-signalen en andere sensoren.

· Vlieg een klein stukje om te kijken of er geen foutmeldingen ontstaan.

Controleer naast de bovenstaande punten ook altijd of de lading/payload dat onder het toestel zit, goed vast zit. Een vallende lading kan namelijk veel schade aanrichten aan omgeving en/of omstanders. Zorg er daarom voor dat de lading aan het toestel altijd dubbel geborgd wordt. Het wordt daarnaast geadviseerd om zogenaamde 'propellers guards' te gebruiken

Het wordt daarnaast geadviseerd om zogenaamde ‘propellers guards' te gebruiken. Deze constructie, die je rondom de rotorbladen kunt monteren, zorgt ervoor dat zowel de piloot als de drone extra worden beschermd in het geval van een ongeval. Deze constructie, die je rondom de rotorbladen kunt monteren, zorgt ervoor dat zowel de piloot als de drone extra worden beschermd in het geval van een ongeval.

Instellingen van het onbemande luchtvaartuig

Om je als piloot aan de limieten en veiligheidsmaatregelen te houden, dien je een aantal standaarden in te stellen in de software van het besturingsprogramma (zie handleiding) van het onbemande luchtvaartuig. De belangrijkste instellingen zijn:

· Maximale hoogte

· Maximale afstand

· Return-to-Home-punt

· Updates van het onbemande luchtvaartuig in verband met de verplichte Geo-Awareness

· Invoer van het verplichte registratienummer

Onderhoud

Net als elk ander gebruiksvoorwerp heeft ook een onbemand luchtvaartuig geregeld onderhoud nodig. Zelfs de kleinste beschadiging op bijvoorbeeld een propeller kan ervoor zorgen dat het onbemande luchtvaartuig niet meer in balans is en onbestuurbaar wordt. De fabrikant zal ook in de handleiding de voorschriften voor onderhoud beschrijven. Zorg ervoor dat onderhoud goed vermeld wordt in het logboek van het onbemande luchtvaartuig.

System storingen

In het geval van systeem storingen is het noodzakelijk dat de piloot-op-afstand adequaat handelt. Dit betekent dat de piloot-op-afstand vóór aanvang van de vlucht volledig op de hoogte is van de werking van het systeem en de flight control modes. Daarnaast dient de piloot-op-afstand bekend te zijn met de procedures en protocollen voor signaal verlies en systeem storingen. Deze procedures en protocollen betreffen het handelen in geval van noodzaak tot:

· Return-to-Home

· Onmiddellijke landing

· Vlucht beëindiging.

De piloot-op-afstand en overige teamleden dienen te alle tijden het systeem te monitoren.

Monitoren & communicatie

Voor een veilige en verantwoorde vluchtuitvoering is het noodzakelijk continue het systeem te controleren. Dit toezicht houden betreft informatie over hoogte, positie, snelheid en systeem status. De informatie wordt weergegeven op het ground control station. Daarnaast kunnen geluidssignalen of verlichting informatie geven over de status van het systeem.

Tijdens een vluchtuitvoering is communicatie met de overige teamleden van groot belang. Communicatie kan direct verbaal of door middel van handsignalen. Daarnaast is het toepassen van portofoons bij het inzetten van waarnemers gebruikelijk.

Voor bewustzijn over overig luchtverkeer kan men communiceren met de luchtverkeersleiding. Hiervoor gebruikt men een radioverbinding of een telefoonverbinding. Bewustzijn over overig luchtverkeer kan tevens verkregen worden door gebruik van digitale hulpmiddelen, zoals bijvoorbeeld mobiele telefoonapplicaties.

Page updated

Google Sites

Report abuse