Di
Common Configuration Research Biplane Quadrotor bertransisi secara otonom antara penerbangan yang lewat dan penerbangan ke depan untuk memanfaatkan kekuatan dari dua mode penerbangan. Kredit: Angkatan Darat AS
Para peneliti sedang mengembangkan algoritme untuk memungkinkan drone beralih dengan cepat antara penerbangan dan penerbangan maju.
Ketika pesawat berbelok terlalu tinggi, penurunan pengangkatan dan peningkatan hambatan dapat menyebabkan kendaraan jatuh secara tiba-tiba. Dikenal sebagai stalling, fenomena ini telah mendorong banyak produsen drone untuk sangat berhati-hati ketika merencanakan pergerakan penerbangan otonom kendaraan mereka.
Untuk drone lepas landas dan pendaratan vertikal, sebagian besar pabrikan memprogram pesawat sedemikian rupa sehingga badan kendaraan berputar sangat lambat setiap kali transisi dari penerbangan ke penerbangan maju dan sebaliknya.
Komando Pengembangan Kemampuan Tempur Angkatan Darat A.S., sekarang disebut DEVCOM, Laboratorium Penelitian Angkatan Darat telah bekerja sama dengan para peneliti di Rensselaer Polytechnic Institute untuk membuat perencana lintasan yang secara signifikan mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk VTOL tail-sitter drone untuk melakukan transisi penting ini.
Kredit: Angkatan Darat AS
Tim merancang perencana lintasan khusus untuk platform Konfigurasi Riset Bersama Angkatan Darat, sebuah kuadran tail-sitter biplan yang digunakan untuk menguji fitur desain baru dan mempelajari aerodinamika fundamental.
“Tujuan dari pekerjaan ini adalah menggunakan perencana lintasan berbasis model yang dapat menangkap karakteristik dinamis kuadran dengan cukup sambil berlari cukup cepat untuk memberikan lintasan dalam penerbangan,” kata Dr. Jean-Paul Reddinger, insinyur Dirgantara Angkatan Darat ke laboratorium Arah Teknologi Kendaraan. “Kami membangun pada dasarnya model kinestetik dari dinamika pesawat itu sendiri yang dapat dirujuknya.”
Menurut Reddinger, tail-sitter VTOL umumnya didasarkan pada pendekatan heuristik berdasarkan setiap kali mereka melewati antara penerbangan dan penerbangan maju, di mana mereka mengikuti serangkaian tindakan yang telah ditentukan sebelumnya yang sangat lambat namun sangat aman. Sebaliknya, perencana lintasan dapat menemukan urutan pergerakan penerbangan yang optimal untuk transisi ini yang beradaptasi dengan setiap situasi.
Para peneliti telah menemukan ketersediaan manuver yang lebih gesit ini ketika mereka memodelkan interaksi unik antara penggerak rotor kendaraan dan aerodinamika sayapnya.
“Jika kendaraan ini berputar, sayapnya mengarah ke atas dan rotor terus berputar di atasnya; jika Anda ingin mulai menggerakkannya ke depan, Anda akan menyeret sayap ini secara efektif hingga rata di udara, “kata Reddinger.” Anda mungkin mengira ini menyebabkan banyak hambatan, tetapi pada kenyataannya, karena udara yang dilemparkan ke atasnya. ‘Sayangnya, saya tidak terlalu tertarik dengan hal itu. “
Sebagai hasil dari pencucian ekstra dari rotor ini, tail-sitter VTOL dapat menangani transisi yang lebih agresif antara penerbangan dan penerbangan maju daripada yang bisa mereka alami, kata Reddinger.
Melalui simulasi tersebut, para peneliti menemukan bahwa penggabungan rotor pada gangguan alarm angin di perencana lintasan memungkinkan CRC untuk melintas dan mendarat di separuh waktu. dibandingkan dengan pendekatan konvensional.
Tim percaya bahwa perencana lintasan pada akhirnya dapat memungkinkan CRC untuk secara cerdas beralih antara penerbangan yang lewat dan penerbangan ke depan sambil menavigasi daerah padat atau perkotaan.
“Saat ini, itu dalam keadaan di mana Anda memberikan keadaan awal yang Anda inginkan – mungkin Anda memiliki ketinggian atau kecepatan tertentu yang Anda mulai – dan itu akan melacak jalur yang membawa Anda dari keadaan awal itu ke keadaan akhir paling efisien yang diinginkan. mungkin, ”kata Reddinger. “Arah yang kami ingin ambil ini adalah memasukkan rintangan tambahan dan jenis pembatasan pada kemampuan manuvernya.”
Reddinger membandingkan perilaku otonom CRC dengan manusia dan bagaimana pengetahuan tentang kemampuan kita memungkinkan kita untuk berpindah secara efisien dari satu tempat ke tempat lain.
Demikian pula, penggabungan model penerbangan yang lebih canggih ke dalam trajectory planner akan memberikan CRC pemahaman yang lebih baik tentang lingkungan aerodinamis yang kompleks saat bergerak.
Kredit: Angkatan Darat AS
“Misalnya, jika ada sebuah bangunan di jalan masuk, apakah lebih masuk akal untuk terbang di atas gedung atau di sekitar gedung?” Reddinger bertanya. “Apakah Anda ingin meningkatkan kecepatan dan kemudian kembali atau tetap sendirian dalam mode passing? Ada berbagai kemungkinan, dan idenya adalah selalu memilih yang terbaik.”
Setelah perencana lintasan dikenakan pengujian simulasi lebih lanjut, para peneliti berencana untuk memasang perangkat lunak ke model perangkat keras untuk memastikan tingkat ketahanan yang tinggi sebelum memulai uji penerbangan.
Reddinger percaya transisi yang lebih cepat dan lebih efisien antara penerbangan penumpang dan penerbangan depan pada akhirnya akan membantu Angkatan Darat mengembangkan kendaraan baru untuk misi intelijen, pengawasan dan pengintaian, serta operasi pengisian bahan bakar udara.
“Untuk mengambil keuntungan dari kemampuan penerbangan yang muncul dari konfigurasi baru, kami membutuhkan pilot otonom yang mampu mengeksploitasi secara maksimal kelincahan dan performa yang dirancang pesawat ini,” kata Reddinger. “Metode perencanaan lintasan berbasis model ini merupakan langkah ke arah integrasi otonomi tingkat tinggi dengan dinamika platform khusus.”
Para peneliti menerbitkan artikel mereka di Forum Tahunan Forum ke-76 Masyarakat untuk Penerbangan Vertikal.
Referensi: “Generasi Lintasan Optimal untuk Quadrotor Biplane Tailsitter” oleh Kristoff McIntosh, Sandipan Mishra, Di Zhao, Institut Politeknik Rensselaer; Jean-Paul Reddinger dan Laboratorium Penelitian Angkatan Darat CCDC, Prosiding Tahunan Forum ke 76 Masyarakat Penerbangan Vertikal.
Pendanaan: Office of Naval Research (ONR), Army / Navy / NASA Vertical Elevator Research Center of Excellence (VLRCOE) Program.