BR102021015053A2

BR102021015053A2 - ATTACK ANGLE MEASURING DEVICE FOR A UAV

Info

Publication number: BR102021015053A2
Application number: BR102021015053-0A
Authority: BR
Inventors: Cassiano Pinzon
Original assignee: Instituto Federal Sul-Rio-Grandense
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-14

Abstract

A presente invenção diz respeito a um dispositivo eletrônico medidor de ângulo de ataque, o qual será acoplado em aeronaves não tripuladas. Em essência, busca-se com o invento, desenvolver um dispositivo eletrônico de fácil instalação neste tipo de aeronaves, medindo com precisão o ângulo de ataque durante o voo. O sistema é composto por uma placa microcontrolada, que faz a leitura e envia os dados dos sensores para um visor e estas informações são também armazenadas em um cartão microSD. Durante o voo, uma câmera grava o ângulo de ataque exibido no visor, para que se encontre o momento em que a aeronave atinge o ângulo de estol (descolamento da camada limite). O foco da invenção consiste na obtenção de um dispositivo eficiente que possibilite o estudo de estol e visa abranger aeronaves que participam da competição SAE Brasil de AeroDesign e aeromodelos.

The present invention concerns an electronic device measuring the angle of attack, which will be coupled in unmanned aircraft. In essence, the invention seeks to develop an electronic device that is easy to install in this type of aircraft, accurately measuring the angle of attack during flight. The system consists of a microcontroller board, which reads and sends data from the sensors to a display and this information is also stored on a microSD card. During the flight, a camera records the angle of attack displayed on the display, so that the moment when the aircraft reaches the stall angle (detachment of the boundary layer) can be found. The focus of the invention is to obtain an efficient device that allows the study of stall and aims to cover aircraft that participate in the SAE Brasil competition of AeroDesign and model airplanes.

Description

ATTACK ANGLE MEASURING DEVICE FOR A UAV

Technical Field

001 A presente invenção diz respeito a um dispositivo eletrônico medidor de ângulo de ataque, o qual será acoplado em aeronaves de pequeno porte não tripuladas.001 The present invention concerns an electronic device measuring the angle of attack, which will be coupled in small unmanned aircraft.

002 Em essência, busca-se com o invento, desenvolver um dispositivo eletrônico de fácil instalação em aeronaves não tripuladas, medindo com precisão o ângulo de ataque durante o voo. Tem-se por finalidade encontrar o ângulo no momento de estol e mostrá-lo através de um visor, possibilitando, com este tipo de ensaio, a determinação deste ponto crítico para a aeronave que é de interesse para projetos de aerodesign e para o ramo aeromodelista.002 In essence, the invention seeks to develop an electronic device that is easy to install in unmanned aircraft, accurately measuring the angle of attack during flight. The purpose is to find the angle at the moment of stall and show it through a viewfinder, making it possible, with this type of test, to determine this critical point for the aircraft, which is of interest for aerodesign projects and for the model aircraft branch. .

State of art

003 Atualmente, já existem dispositivos eletrônicos medidores de ângulo de ataque para aeronaves, os quais são projetados para aeronaves tripuladas. O ângulo de ataque é exibido em um visor eletrônico, o qual pode estar fisicamente separado, ou em conjunto com outras informações de navegação como velocidade, altitude, direção.003 Currently, there are already electronic devices for measuring the angle of attack for aircraft, which are designed for manned aircraft. The angle of attack is displayed on an electronic display, which can be physically separate, or together with other navigation information such as speed, altitude, heading.

004 Em buscas efetuadas no estado da arte selecionaram-se alguns documentos referente a medidores de ângulo de ataque, que segue:004 In searches carried out in the state of the art, some documents related to angle of attack meters were selected, as follows:

005 BR 112016006325-2 A2, sob o título “Método e Dispositivo de Medição do Ângulo de Ataque e do Ângulo de Derrapagem de um Avião”. A invenção tem por finalidade utilizar uma sonda com sensores, fazendo a medição do ângulo de ataque e derrapagem da aeronave. O modelo é destinado a aeronaves de grande porte e tripuladas. O método para medir o ângulo de ataque da aeronave consiste em uma sonda com sensor direcional na extremidade dianteira central, disposta na intersecção dos planos horizontal e vertical médios da referida sonda e, ainda, dois sensores direcionais médios excêntricos paralelos ao sensor direcional central. Tais sensores são sensíveis à direção do vento, e podem ser de pressão, força ou temperatura (termopares).005 BR 112016006325-2 A2, under the title “Method and Device for Measuring the Angle of Attack and the Angle of Skid of an Airplane”. The purpose of the invention is to use a probe with sensors, measuring the angle of attack and skid of the aircraft. The model is intended for large and manned aircraft. The method for measuring the angle of attack of the aircraft consists of a probe with a directional sensor at the central forward end, arranged at the intersection of the average horizontal and vertical planes of said probe, and also two eccentric average directional sensors parallel to the central directional sensor. Such sensors are sensitive to the direction of the wind, and can be pressure, force or temperature (thermocouples).

006 BR 112018077334-4 A2, sob o título “Visor Intuitivo de Orientação de Ângulo de Ataque em Indicador de Atitude de Aeronave”. Este dispositivo tem por finalidade indicar dados como o ângulo de ataque e uma direção de controle para evitar o estol, por exemplo. O sistema aviônico para uso em uma aeronave tripulada possui um controlador que fornece os dados de saída para um visor. A indicação do ângulo de ataque é graduada conforme o ponto de estol se aproxima. Logo, quanto mais próximo ao estol, um nível de urgência mais alto é fornecido. Os níveis de urgência podem ser variações de cores, indicações gráficas ou auditivas.006 BR 112018077334-4 A2, under the title “Intuitive Display of Angle of Attack Guidance in Aircraft Attitude Indicator”. This device is intended to indicate data such as the angle of attack and a control direction to avoid stalling, for example. The avionics system for use in a manned aircraft has a controller that provides output data to a display. The angle of attack indication is graduated as the stall point approaches. Therefore, the closer to the stall, the higher level of urgency is provided. Urgency levels can be color variations, graphic or auditory cues.

Problems in the State of the Art

007 Referente ao estado da técnica anteriormente prolatado, foram encontrados alguns problemas, tais como: As invenções encontradas são destinadas para aeronaves tripuladas, ou seja, que necessitam de uma cabine controladora e que tem esses dispositivos em suma para auxiliarem os pilotos na navegação da aeronave.007 Regarding the state of the art previously published, some problems were found, such as: The inventions found are intended for manned aircraft, that is, that need a controller cabin and that have these devices in short to help the pilots in the navigation of the aircraft .

008 O invento BR 112016006325-2 A2 é destinado para implementação em Airbus que são aeronaves de grande porte e tripuladas. Dessa forma, ficando limitado a utilização em aeronaves que possuem uma cabine de controle.008 The invention BR 112016006325-2 A2 is intended for implementation in Airbus which are large and manned aircraft. Thus, being limited to use in aircraft that have a control cabin.

009 O invento BR 112018077334-4 A2 é destinado a aeronaves tripuladas, pois faz uso de um visor que é acoplado na cabine para auxiliar os pilotos. Sendo assim, também se limita a aeronaves que possuem tripulação.009 The invention BR 112018077334-4 A2 is intended for manned aircraft, as it uses a display that is attached to the cabin to help pilots. Therefore, it is also limited to aircraft that have a crew.

Summary of the Invention

010 Diante disso, é intenção do presente invento, caracterizar uma abordagem de medidores de ângulo de ataque para um diferente público, destinando o dispositivo para aeronaves não tripuladas. O sistema é composto por uma placa microcontrolada, que faz a leitura e envia os dados dos sensores para um visor e estas informações são também armazenadas em um cartão microSD. Durante o voo, uma câmera grava o ângulo de ataque exibido no visor, para que se encontre o momento em que a aeronave atinge o ângulo de estol (deslocamento da camada limite). O foco da invenção consiste na obtenção de um dispositivo eficiente que possibilite o estudo de estol e visa abranger aeronaves que participam da competição SAE Brasil de AeroDesign e aeromodelos.010 Therefore, it is the intention of the present invention, to characterize an approach of angle of attack meters for a different public, destined the device for unmanned aircraft. The system consists of a microcontroller board, which reads and sends data from the sensors to a display and this information is also stored on a microSD card. During the flight, a camera records the angle of attack displayed on the display, so that the moment when the aircraft reaches the stall angle (displacement of the boundary layer) can be found. The focus of the invention is to obtain an efficient device that allows the study of stall and aims to cover aircraft that participate in the SAE Brasil competition of AeroDesign and model airplanes.

Description of Figures

011 Com o intuito de ilustrar e esclarecer o invento faz-se referência ao desenho esquemático e ilustrativo anexo que integra e subsidia o presente relatório descritivo, e no qual se vê:011 In order to illustrate and clarify the invention, reference is made to the attached schematic and illustrative drawing that integrates and subsidizes this descriptive report, and in which it is seen:

012 Na fig. 1, uma vista perspectiva isométrica do dispositivo medidor do ângulo de ataque;012 In fig. 1 is an isometric perspective view of the angle of attack measuring device;

013 Na fig. 2, uma vista em perspectiva isométrica explodida do dispositivo medidor do ângulo de ataque;013 In fig. 2 is an exploded isometric perspective view of the angle of attack measuring device;

014 Na fig. 3, uma vista em perspectiva isométrica do conjunto de captação de imagem;014 In fig. 3 is an isometric perspective view of the image capture assembly;

015 Na fig. 4, uma vista em perspectiva isométrica explodida do conjunto de captação de imagem;015 In fig. 4 is an exploded isometric perspective view of the image pickup assembly;

016 Na fig. 5, uma vista em perspectiva isométrica do sistema de fixação da case.016 In fig. 5 is an isometric perspective view of the case fastening system.

017 Na fig. 6, uma vista em perspectiva isométrica do sistema de fixação da case e do conjunto de captação de imagem.017 In fig. 6 is an isometric perspective view of the case attachment system and image capture assembly.

018 Na fig. 7, uma vista em perspectiva isométrica da montagem dos elementos do dispositivo medidor de ângulo de ataque na aeronave.018 In fig. 7 is an isometric perspective view of mounting the elements of the angle of attack measuring device on the aircraft.

019 Na fig. 8, uma vista lateral em detalhe da disposição da montagem dos elementos do dispositivo medidor de ângulo de ataque na aeronave.019 In fig. 8, a side view in detail of the assembly arrangement of the elements of the angle of attack measuring device on the aircraft.

Best Mode for Carrying Out the “Non-Limitative” Invention

020 Conforme se pode inferir pela análise da figura acima mencionada, o dispositivo medidor do ângulo de ataque para um VANT é basicamente formado por uma case composta pela tampa principal (8), base (17) e tampa secundária(3) para a bateria que comporta o sensor de temperatura (5), leitor cartão micro SD (14), bateria (4), placa microcontrolada (16), conector macho JST 4 pinos (6), conector macho JST 5 pinos (7) e conector Tãmya 2 pinos (9). O sensor medidor de ângulo de ataque (13) é ligado a tampa principal (8) através da extensão (12), já o visor oled (10) é ligado a tampa principal (8) através da extensão (11). A fixação do dispositivo (1) na aeronave pode ser feita através da cinta de aperto com velcro (24) ou através da base de fixação (19). Para captação de imagem é usado ο conjunto (22), onde o mesmo é composto pela câmera (23), suporte para câmera (24) e base de fixação (19).020 As can be inferred from the analysis of the aforementioned figure, the angle of attack measuring device for a UAV is basically formed by a case composed of the main cover (8), base (17) and secondary cover (3) for the battery that holds the temperature sensor (5), micro SD card reader (14), battery (4), microcontroller board (16), 4-pin JST male connector (6), 5-pin JST male connector (7) and 2-pin Tãmya connector (9). The angle of attack sensor (13) is connected to the main cover (8) through the extension (12), while the oled display (10) is connected to the main cover (8) through the extension (11). Fixing the device (1) to the aircraft can be done through the fastening strap with Velcro (24) or through the fixing base (19). For image capture, the set (22) is used, where it is composed of the camera (23), camera support (24) and fixation base (19).

021 O funcionamento do sistema é descrito da seguinte forma: O sensor (13) responsável por fazer a medição do ângulo de ataque da aeronave durante o voo é instalado na asa e ligado a tampa principal (8) através de uma extensão (12) onde envia os dados para a placa microcontrolada (16) que está ligada a um leitor de cartão micro SD (14) que é responsável por armazenar estes dados para consultas posteriores. A placa microcontrolada (16) também faz a leitura de temperatura através do sensor (5), estes dados de temperatura e ângulo são enviados ao display oled (10) que é instalado na asa da aeronave e conectado na tampa principal (8) através de uma extensão (11). Uma câmera (23) encaixada em um suporte (24) é instalada na asa do avião através da base de fixação (19), esta faz a captação de imagens do visor oled (10) e da asa para determinar o momento exato que a aeronave entra em estol. Todo esse sistema é alimentado por uma bateria NiCd (4) de 9,6V que é instalada dentro da case e fixada através da tampa secundária (3). Por fim o dispositivo (1) medidor de ângulo de ataque para um VANT é preso na fuselagem da aeronave através da cinta de aperto com velcro (24) ou através da base de fixação (19).021 The operation of the system is described as follows: The sensor (13) responsible for measuring the angle of attack of the aircraft during flight is installed on the wing and connected to the main cover (8) through an extension (12) where it sends the data to the microcontroller board (16) which is connected to a micro SD card reader (14) which is responsible for storing this data for later consultations. The microcontroller board (16) also reads the temperature through the sensor (5), these temperature and angle data are sent to the OLED display (10) which is installed on the aircraft wing and connected to the main cover (8) through an extension (11). A camera (23) fitted to a support (24) is installed on the plane's wing through the attachment base (19), which captures images from the OLED display (10) and the wing to determine the exact moment that the aircraft enters stall. This entire system is powered by a 9.6V NiCd battery (4) that is installed inside the case and fixed through the secondary cover (3). Finally, the device (1) angle of attack gauge for a UAV is attached to the aircraft fuselage through the fastening strap with velcro (24) or through the fixation base (19).

Claims

Angle of attack measuring device for a UAV, characterized by a microcontrolled platform(16) and an angle sensor(13).

Angle of attack measuring device for a UAV, according to claim 1, characterized in that it contains a temperature sensor (5).

Angle of attack measuring device for a UAV, according to claim 1 and 2, characterized in that it contains data storage by SD card(14).

Angle of attack measuring device for a UAV, according to claims 1 to 3, characterized in that it contains data display on the oled display(10).

Angle of attack measuring device for a UAV, according to claims 1 to 4, characterized in that it contains a camera (23) for recording the oled display.

Angle of attack measuring device for a UAV, according to claims 1 to 5, characterized by battery power supply(4).

Angle of attack measuring device for a UAV, according to claims 1 to 6, characterized by a specific geometry case(8).