MỞ ĐẦUNgày nay các thiết bị bay nhiều chong chóng mang có nhiều ứng dụng trong thực tế đời sống và nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động các thiết bị trên vẫn có khả năng xảy ra sự cố gây mất an toàn cũng như làm hỏng hóc các thiết bị.Nội dung của đồ án tốt nghiệp cũng nhằm tìm hiểu, nghiên cứu để khắc phục, giảm thiểu thiệt hại bằng phương pháp bung dù khi sảy ra các sự cố trên, cũng như đảm bảo cho an toàn cho các thiết bị bay thông minh nhiều chong chóng mang.Do đây là một lĩnh vực khá mới mẻ và cũng chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề này, cũng như hiểu biết của em còn hạn chế nên vẫn còn nhiều thiếu xót.Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, được sự chỉ bảo tận tình và giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn cũng như các thầy trong bộ môn đã giúp em có thêm nhiều hiểu biết mới cũng như cách tư duy để giải quyết vấn đề khó của bài toán đặt ra. Em xin chân thành cảm ơn. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ UAV1.1.Tổng quan chung.Máy bay không người lái (UAV) là một trong những lĩnh vực nghiên cứu nổi bật của các quốc gia trong những năm gần đây. UAV có nhiều ưu điểm quan trọng như thực hiện được những mục tiêu nhiệm vụ mà con người hay thiết bị khác không làm được, tính cơ động cao, giá thành vừa phải… nên các quốc gia đang đẩy mạnh phát triển lĩnh vực này. Việc nghiên cứu chế tạo UAV của nước ta ban đầu phần lớn dựa trên các loại máy bay mô hình trong các câu lạc bộ hàng không, đa số được đưa về từ nước ngoài và là những máy bay thể thao cỡ nhỏ, điều khiển bằng vô tuyến. Do yêu cầu thực tiễn đặt ra với các đơn vị quân đội, Quân chủng Phòng Không (QCPKKQ) đã và đang nghiên cứu, phát triển cải tiến, dần đi tới sản xuất các máy bay mô hình, làm mục tiêu phục vụ huấn luyện và bắn đạn thật cho các loại pháo và tên lửa phòng không.1.2.Mục đích, ứng dụng UAV trong các lĩnh vực của đời sống1.2.1Làm bia ngắm bắnĐóng vai trò bia ngắm bắn cho các hệ thống vũ khí trên mặt đất và trên không.
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên: Họ tên: Chu Minh Quốc SĐT: 0984469178 Email: Chumqochy@gmail.com Lớp : Kỹ thuật hàng không –K54 Hệ đào tạo: Đại học Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ P205 nhà C8 Đại Học Bách Khoa Hà Nội Thời gian làm đồ án tốt ngiệp: Ngày giao nhiệm vụ: / /2014 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: / /2015 Mục đích nội dung đồ án tốt nghiệp Khảo sát, phân tích, tính tốn, thiết kế cấu dù bung tự động đảm bảo độ an toàn độ tin cậy cho thiết bị bay thông minh nhiều chong chóng mang Nhiệm vụ cụ thể đồ án tốt nghiệp: Phân tích nguyên nhân, tượng làm rơi thiết bị bay nhiều chong chóng mang Nghiên cứu phương pháp bung dù cứu hộ thiết bị bay nhiều chong chóng mang sảy cố Phân tích ưu nhược điểm loại dù cứu hộ Phân tích, tính tốn hệ số lực cản dù thực nghiệm Lời cam đoan sinh viên: Tôi - Chu Minh Quốc - cam kết ĐATN cơng trình nghiên cứu hướng dẫn TS Đinh Tấn Hưng TS Vũ Đình Quý Các kết nêu đồ án tốt nghiệp trung thực, khơng phải chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả ĐATN Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… … Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Giáo viên phản biện MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, BẢNG MỞ ĐẦU Ngày thiết bị bay nhiều chong chóng mang có nhiều ứng dụng thực tế đời sống nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, trình hoạt động thiết bị có khả xảy cố gây an tồn làm hỏng hóc thiết bị Nội dung đồ án tốt nghiệp nhằm tìm hiểu, nghiên cứu để khắc phục, giảm thiểu thiệt hại phương pháp bung dù sảy cố trên, đảm bảo cho an tồn cho thiết bị bay thơng minh nhiều chong chóng mang Do lĩnh vực mẻ chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu vấn đề này, hiểu biết em cịn hạn chế nên cịn nhiều thiếu xót Trong trình làm đồ án tốt nghiệp, bảo tận tình giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn thầy môn giúp em có thêm nhiều hiểu biết cách tư để giải vấn đề khó toán đặt Em xin chân thành cảm ơn Chương Tổng quan chung uav CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ UAV 1.1 Tổng quan chung Máy bay không người lái (UAV) lĩnh vực nghiên cứu bật quốc gia năm gần UAV có nhiều ưu điểm quan trọng thực mục tiêu nhiệm vụ mà người hay thiết bị khác khơng làm được, tính động cao, giá thành vừa phải… nên quốc gia đẩy mạnh phát triển lĩnh vực Việc nghiên cứu chế tạo UAV nước ta ban đầu phần lớn dựa loại máy bay mơ hình câu lạc hàng không, đa số đưa từ nước máy bay thể thao cỡ nhỏ, điều khiển vô tuyến Do yêu cầu thực tiễn đặt với đơn vị qn đội, Qn chủng Phịng Khơng (QCPKKQ) nghiên cứu, phát triển cải tiến, dần tới sản xuất máy bay mơ hình, làm mục tiêu phục vụ huấn luyện bắn đạn thật cho loại pháo tên lửa phịng khơng 1.2 Mục đích, ứng dụng UAV lĩnh vực đời sống 1.2.1 Làm bia ngắm bắn Đóng vai trị bia ngắm bắn cho hệ thống vũ khí mặt đất khơng Hình 1 UAV dạng bia ngắm bắn 1.2.2 Do thám, trinh sát, tuần tra Tìm kiếm, thu thập thơng tin, tình hình vùng qn sự, dân kẻ địch ta Trang Chương Tổng quan chung uav Hình UAV dạng thám 1.2.3 Tấn cơng Đảm nhiệm vai trị cơng nhiệm vụ mang tính rủi ro cao Hình UAV dạng cơng 1.2.4 Nghiên cứu phát triển Đảm nhiệm vai trị vật thí nghiệm với công nghệ Trang Chương Tổng quan chung uav Hình UAV dạng thí nghiệm 1.2.5 UAV dân dụng thương mại Các mẫu UAV thiết kế nhằm áp dụng vào mục đích dân dụng thương mại Hình UAV dạng dân dụng 1.2.6 Cứu hộ Thực nhiệm vụ cứu hộ tầm cao, biển nguy hiểm đến tính mạng đội cứu hộ Trang 10 Chương 4: Thiết kế chi tiết Bảng Thông số hộp dù STT Tên Đường kính lị xo đẩy Bản lề Servo Đường kính trung bình hộp dù Chiều cao hộp dù Kích thước 40 250 120 Đơn vị mm chiếc mm mm Cơ cấu bung dù đặt vị trí trung tâm UAV Vị trí lắp đặt dây dù liên kết với UAV vị trí cho dù bung UAV đảo bảo cân Hộp dù thiết kế phương pháp ghép miếng gỗ 4.2 Thiết kế điện/điện tử 4.2.1 Phương pháp kích hoạt hệ thống bung dù Bộ bung dù tự động tự động kiểm soát UAV có lỗi sảy Sử dụng thu phát tín hiệu, điều khiển an tồn trường hợp có lỗi sảy (RCFS), Cơ cấu chấp hành ( thường servo cuộn điện từ) Sơ đồ Sơ đồ khối thiết bị điện tử cho cấu bung dù Cơ cấu chấp hành Mục đích RCFS tự động ghi đè lên tín hiệu vào truyền lệnh đến cấu chấp hành trường hợp tín hiệu đầu vào khơng đáp ứng cường độ tín hiệu yêu cầu tín hiệu đầu vào bị nhiễu Bộ RCFS sử dụng chương trình chip PIC với điều kiện cho trước Nó hoạt động dựa tín hiệu thu Bộ RCFS tinh vi có khả phân tích tín hiệu cách độc lập với nhiều tính Trạm ĐK mặt đất 4.2.2 Ăng ten Bộ thu Bộ RCFS Các yêu cầu cấu bung dù Tự động bung dù mất/ bị can thiệp tín hiệu; Khơng can thiệp vào tín hiệu điều khiển; Sử dụng cho nhiều mơ hình UAV khác nhau; Được kiểm sốt cách sử dụng mạch điều khiển độc lập thứ cấp; Sử dụng nguồn điện phụ; Trang 39 Chương 4: Thiết kế chi tiết Đơn giản cài đặt vận hành; Có trọng lượng nhẹ; Hoạt động ổn định 4.2.3 Lựa chọn cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành cấu phụ có khả chuyển đổi tín hiệu điện thành lực tác động Có cấu chấp hành xem xét servo cuộn dây điện từ Cơ cấu servo thực chất motor điện, hoạt động có tín hiệu điện truyền đến có khả xoay đến vị trí xác định Do servo khơng tiếu tốn lượng nguồn phụ UAV hoạt động bình thường Cuộn dây điện từ nam châm điện tạo từ trường có dịng điện chạy qua Cuộn dây điện từ tiêu tốn lượng điện kể UAV hoạt động bình thường Do ta lựa chọn cấu chấp hành servo để giảm tiêu hao nguồn pin dự trữ làm giảm khối lượng kích thước pin dự trữ 4.2.4 Sơ đồ lắp đặt hệ thống bung UAV Multicopter x8(Quadrotor) Cần thiết bị sử dụng hỗ trợ: thu, mạch điều khiển (có tích hợp cảm biến), 1servo, điều khiển tay Sơ đồ Sơ đồ lắp đặt hệ thống bung UAV Multicopter x8 Pin Mạch điều khiển tích hợp cảm biến Bộ điều khiển RCSF Servo kích hoạt bung dù Bộ thu ESC ESC ESC ESC Động Động Động Động Đối với UAV Quadrotor , servo điều khiển mạch điều khiển tích hợp cảm biến góc Pin cung cấp điện cho ESC điều khiển động Tín hiệu Trang 40 Chương 4: Thiết kế chi tiết nhận từ thu truyển đến mạch điều khiển chuyển xử lý đưa lệnh điều khiển Trong trường hợp cần thiết cấu bung dù kích hoạt Khi động dừng để đảm bao dây dù không bị mắc vào cánh quạt cánh quạt quay Servo kích hoạt bung dù hoạt động Khi dù bung Đảm bảo an toàn cho thiết bị bay 4.2.5 Đề xuất sơ đồ khối cho mạch điện tử kích hoạt bung dù Trang 41 Chương 4: Thiết kế chi tiết Sơ đồ Sơ đồ khối mạch điện tử kích hoạt bung dù Đèn cảnh báo sáng Khóa ga, cần điều khiển S S Khởi động Kết tốt Kiểm tra: Pin Cường độ tín hiệu Độ ổn định tín hiệu ĐĐ Đ Mức cường độ tín hiệu thấp khoảng cách vị trí tới hạn Đèn báo hiệu cho phép bay sáng ĐĐ Đ Theo dõi thông tin thu Tín hiệu điều khiển Cảm biến góc >45° Cường độ pin, điều khiển Kết tốt S SĐ S Tốc độ rơi lớn tốc độ rơi cho phép Đ Chờ khoảng thời gian S SĐ S ĐĐ Đ Cắt điện, bung dù ĐĐ Đ Tắt thu tín hiệu, bật chế độ cứu hộ SĐ Tốc độ rơi nhỏ tốc độ rơi Trang 42 Chương 4: Thiết kế chi tiết Ban đầu, khởi động hệ thống dù xác định xem liệu có đủ lượng pin để vận hành thiết bị an toàn thiết bị an tồn có khả nhận đầy đủ cường độ tín hiệu từ phát Nếu xác định pin có lượng khơng đủ để vận hành thiết bị an toàn thiết bị an toàn khơng có khả nhận đầy đủ sức mạnh tín hiệu từ phát, đèn LED tắt thong báo khơng có đủ an tồn Tuy nhiên, vi điều khiển xác định có đủ pin tín hiệu điện, kích hoạt đèn LED hệ thống hoạt động Trong trình hoạt động, vòng lặp lặp lại liên tục nhằm kiểm tra cường độ pin, cường độ tín hiệu góc nghiêng điều kiện tác động làm khả kiểm soát Nếu điều kiện khơng đảm bảo u cầu đảm bảo an tồn vi kiểm tra mức cường độ tín hiệu nhận để xác định xem mức cường độ lớn mức công suất tương ứng với ngưỡng khoảng cách định trước Nếu vi điều khiển xác định mức cường độ tín hiệu lớn mức cơng suất tương ứng với ngưỡng khoảng cách định trước thực việc bung dù tự động Khi động tắt để đảm bảo cho động không quay bung dù Servo điều khiển bung dù kích hoạt Nắp dù mở dù đẩy với lực đẩy từ lò xo bị nén Nếu mặt khác, vi điều khiển xác định mức cường độ tín hiệu thấp mức công suất tương ứng với ngưỡng khoảng cách định trước, vi điều khiển chờ đợi thời gian trì hỗn xác định trước trước hành động Sau chờ đợi thời gian trễ xác định trước, vi điều khiển sau theo dõi tín hiệu tạo cảm biến áp suất để xác định xem tốc độ rơi lớn tốc độ rơi max xác định trước Nếu vi điều khiển xác định tốc độ rơi UAV lớn tốc độ rơi max, servo điều khiển bung dù kích hoạt Sau bung dù tiếp tục vịng lặp xác định tốc độ rơi so với tốc độ rơi nhỏ (có nghĩa UAV hạ cánh mặt đất) vi điều khiển ngắt thiết bị an tồn khơng cần thiết bật chế độ định vị cứu hộ Nếu không, vi điều khiển tiếp tục theo dõi tín hiệu cảm biến (lãng phí nguồn pin dự trữ) 4.3 Phương án thiết kế cho UAV Multicopter x8 (quadrotor cánh kép đồng trục) khối lượng lớn 12 Kg Do thiết bị bay có khối lượng tương đối lớn ta lựa chọn phương án sử dụng dù phụ đặt vị trí Sử dụng phương pháp bung dù servo lò xo Dù phụ đẩy lên theo phương thẳng đứng để không bị vướng vào cánh quạt thiết bị bay Sau đó, dù phụ kéo dù khỏi hộp dù Trang 43 Chương 4: Thiết kế chi tiết Hình Hình ảnh sơ Multicopter x8 (quadrotor cánh kép đồng trục) Bảng Phương án thiết kế cho UAV multirotor khối lượng lớn 12 Kg STT Tên Giá trị Đơn vị Khối lượng tải lớn rơi an toàn 12 kg Vận tốc rơi m/s Diện tích dù 10.25 m2 Diện tích dù phụ 0.68 m2 Đường kính dù 3.6 m Đường kính dù phụ m Đường kính dù bung 2.3 m Đường kính dù phụ bung 0.65 m Số dây dù 16 dây 10 Số dây dù phụ dây 11 Lò xo 12 Servo 13 Bản lề 14 Đường kính hộp dù 250 mm Trang 44 Chương 4: Thiết kế chi tiết 15 Chiều cao hộp dù 120 mm 16 Khối lượng dù 0.55 kg 17 Khối lượng dù phụ 0.1 kg 18 Khối lượng tổng 1.35 kg Trang 45 CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM 5.1 Chế tạo dù hộp dù Với phương án lựa chọn trước: • Sử dụng hệ thống bung dù lò xo dù dù phụ; • Loại vải Ripstop Nylon; • Cần khoang chứa Servo Hình Hình ảnh bên hộp dù Hình Hình ảnh bên ngồi hộp dù Trang 46 Hình Hình ảnh dù 5.2 Kiểm nghiệm hệ thống bung dù • Kiểm nghiệm tĩnh: o Kiểm nghiệm khả hoạt động lò xo Hình Kiểm nghiệm tĩnh • Kiểm nghiệm thả rơi: o Kiểm nghiệm khả hoạt động ổn định dù Trang 47 Hình 5 Kiểm nghiệm thả rơi Qua kiểm nghiệm thấy: o Khả hoạt động hệ thống bung dù cấu lị xo-servo dù dù phụ tương đối ổn định 5.3 Trang 48 KẾT LUẬN Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cứu hộ máy bay nhiều chong chóng mang gồm có tìm hiểu, đánh giá, phân tích tượng làm rơi UAV nghiên cứu đánh giá, tìm giải pháp khắc phục tượng nghiên cứu tính tốn cho thiết bị bay cụ thể với toán đặt khác để giải vấn đề sử dụng loại dù khác phù hợp với thiết bị bay khác Tuy nhiên đồ án tập trung vào phương pháp dùng dù chính- dù phụ, cấu lị xo–servo diện tích dù với thiết bị bay nhiều chong chóng mang xác định Qua kiểm nghiệm cho thấy hệ thống bung dù cấu lò xo-servo dù dù phụ có khả hoạt động tương đối ổn định Do thời gian có hạn nên đồ án chưa nghiên cứu hồn chỉnh, cịn nhiều thiếu xót Định hướng phát triển đồ án tương lai: Chế tạo hộp dù nguyên khối composite; Chế tạo mạnh điện tử tự động bung dù; N ghiên cứu, chế tạo phương pháp bung dù khác có hiệu Trang 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Mẫu danh mục tài liệu tham khảo Officer Cadet Tristan Foon, RDTE of Parachute Recovery System for ADFA UAV, Final Thesis Report, University of New South Wales, Australia, 2009 Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site, Website:https://fruitychutes.com/uav_rpv_drone_recovery_parachutes.htm, last visited December 2014 Website:https://www.nakka-rocketr.net /, last visited December 2014 T W Knacke, Parachute Recovery Systems: Design Manual, Santa Barbara: Para Publishing, 1992 K Cartwright, Feasibility of Parachute Recovery Systems for Small UAVs, 2008 R Faulconbridge, M Ryan, Engineering a System: Managing Complex Technical Projects, Argos Press, Canberra, Australia, 2005 Brian J Weis, Brian E Mccollough, Marvin S Stone, Edward W Maby, Static line parachute automatic activation device, United States Patent 6880786, US, 2005 Van Den, Broek Eric, Parachute release device, United States Patent 5825667, US, 1998 Website: http://diydrones.com/, last visited December 2014 10 BRS History, Ballistic Recovery Systems, Ưebsite:http://www.brsparachutes.com/About+BRS/BRS+History/default.as px Retrieved 27 January, 2009 11 Parachute de secours mini pour Multirotor jusqu'à 1,8Kg, Website: http://mikrokopter.altigator.com/mini-rescue-parachute-for-multirotor-up-to18kg-p-41230.html, last visited December 2014 Trang 50 ... hiểu, nghiên cứu để khắc phục, giảm thiểu thiệt hại phương pháp bung dù sảy cố trên, đảm bảo cho an toàn cho thiết bị bay thơng minh nhiều chong chóng mang Do lĩnh vực mẻ chưa có nhiều nghiên cứu. .. trung vào phương pháp dùng dù chính- dù phụ, cấu lị xo–servo diện tích dù với thiết bị bay nhiều chong chóng mang xác định Qua kiểm nghiệm cho thấy hệ thống bung dù cấu lị xo-servo dù dù phụ có... thống cứu hộ uav Hình 23 May nối dây dù • B7: Nối dây dù tạo điểm nối Hình 24 Nối dây dù 2.8 Các cố xảy bung dù Trong sử dụng dù cứu hộ cho UAV gặp phải số cố như: • Dù khơng bung được: Trang