Multikopterin ilmanopeuden selvittäminen nelisuuntaisesti paine-eromittauksen avulla ja vertaaminen GNSS:llä mitattuun maanopeuteen

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Oulun ammattikorkeakoulun Älykkään ja kestävän ilmailun tutkimusohjelmalle. Työn tavoitteena oli selvittää multikopterin ilmassa kulkema nopeus (ilmanopeus) nelisuuntaisesti multikopterin päältä paine-eromittauksen avulla ja verrata sitä maan pinnan suhteen kuljettuun nopeuteen (maanopeus). Työssä rakennettiin mittalaite droonin päälle, ja mittaustuloksia verrattiin droonin tallentamaan GNSS-nopeuteen, kulkusuuntaan ja keulan osoittamaan suuntaan.

Tietoperustaa varten tutkittiin kirjallisuutta lentokoneiden ja droonien ilmanopeudesta ja tuulen nopeuden mittaamisesta, perehdyttiin GNSS-järjestelmään, tutustuttiin lentokoneen mittalaitteistoon. Mittalaitteen suunnittelutyössä hyödynnettiin käytettyjen sensoreiden, multiplekserin, 3D-tulostimen ja kehitysalustojen dokumentaatioon.

Mittauksia toteutettiin sisä- ja ulkotiloissa sekä lopuksi kolmella testilennolla. Mittauksissa havaittiin, että valmistajan kalibroinnista huolimatta sensoreiden mittaustulokset erosivat toisistaan samoissa olosuhteissa, minkä vuoksi arvot tasattiin jälkikäsittelyssä. Tuloksia suodatettiin erilaisilla keskiarvomenetelmillä, mikä mahdollisti visuaalisen vertailun droonin tallentamiin arvoihin.

Tuloksissa havaittiin joitakin yhteneväisyyksiä mittalaitteen ilmanopeuden ja GNSS-maanopeuden välillä, mutta ero oli parhaimmillaankin useita metrejä sekunnissa. Lisäksi mittaustuloksista löydettiin korrelaatioita droonin suunnan ja kulkusuunnan suhteen. Johtopäätöksenä todetaan, että neljään suuntaan asetellut pitot-putket ovat herkkiä häiriöille, ja tarkempien tulosten saavuttaminen vaatii lisätutkimusta mittausten, jälkikäsittelyn ja suodatuksen osalta.