Miehittämättömän ilma-aluksen säähavainnointi : jäätymisen vaikutukset

Abstract

Miehittämättömien ilma-alusten määrä ja kehitys on ollut suuressa kasvussa viime vuosikymmenten ajan niin siviili -kuin sotilasilmailussakin. Niiden käyttö kohdentuu yleisimmin ympäristön kuvantamiseen sekä tilannetiedon luomiseen, mutta kehityksen ja autonomisuuden myötä käyttöalueet laajentuvat. Ilma-aluksen lentotoimintaa rajoittavat tällä hetkellä sääolosuhteet sekä kiristyvät lait, joilla halutaan lisätä turvallisuutta.

Tämä opinnäytetyö on tehty toimeksiantona Insta ILS Oy:lle. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää sääolosuhteista ja erityisesti jään muodostumisesta koituvaa haittaa ilma-alukselle. Työssä tutustuttiin erilaisiin tutkimuksiin miehittämättömien ilma-alusten autonomisuudesta sekä yleisesti sään vaikutuksista ilmailussa. Käytännön tutkimuksen tavoitteena oli havaita, miten pyöriväsiipisen ilma-aluksen potkureiden lapoihin muodostunut jää vaikuttaa sen suorituskykyyn ja miten alus käyttäytyy lennon aikana. Ilma-alukselle määritettiin ennalta reitti, jota se lensi potkurit puhtaina sekä jäätyneenä. Suurimmaksi ongelmaksi koitui jääkerroksen tasainen mallintaminen, kun lentotoimintaa ei voitu suorittaa luonnollisesti jäätävissä olosuhteissa.

Tutkimuksen tuloksista havaitaan, miten jääkertymät potkurin lavoissa vaikuttavat aluksen virrankulutukseen. Ennustettu lentoaika ja -matka lyhenevät selvästi, kun moottoreiden pyörimisnopeutta joudutaan kasvattamaan, jotta alus pysyy ilmassa. Käytännön tutkimuksesta olisi saatu enemmän hyödyllistä tietoa, jos ilma-aluksen sisäänrakennetusta inertiaali-yksiköstä (IMU) olisi voitu saada luettua sen tuottamaa numeraalisia arvoja lentotoiminnan aikana. Työtä voitaisiin jatkokehittää niin, että ilma-alus tunnistaisi itse sensoreilta saadun tiedon perusteella, milloin sen suorituskyky alkaa heiketä jäätymisen tai muun sääolosuhteen takia ja näin lisätä miehittämättömän ilma-aluksen autonomisuutta.

The ever-increasing use and development of unmanned aerial vehicles (UAVs) in civil and in military use is creating increasing demands to the aircraft’s capabilities. The autonomy of these aircrafts is increasing along with the work they can be used in. Their use nowadays is targeted to photography and updating real-time situational awareness of a wanted area. The two biggest things affecting unmanned aircrafts operation are weather and tightening laws in aviation.

This thesis was commissioned by Insta ILS Oy. The main purpose for this thesis was to examine how weather phenomena and especially icing affects the unmanned aircrafts performance in flight. The work explored theoretical side of flying, autonomous unmanned aerial vehicles, and atmospheres weather phenomena.

The aim in practical section of this thesis was to get inflight data from sensors which could tell the user from possible icing of rotor’s blades and loss of lift. The goal was to see which sensors and what information from them could indicate that the aircraft’s blades are accumulating ice. From this data in future work it could be possible to program the aircraft so that itself could take actions needed to mitigate the effects of icing.