Git Product home page Git Product logo

tf-aeroscale's Introduction

TF-AEROSCALE

Force balance for measuring lift and drag of aerodynamic surfaces

Knowledge of aircraft wings is important for optimizing their flight parameters. This scale-type device is used to measure the polar of the wing or rotor. The device is designed so that it is possible to measure wings/rotors of various sizes. Because it is difficult to obtain a enought large wind tunnel, weight is designed so that it can be operated, for example, on the roof of a TF-R1 driving car that ensures suficiently high quality laminar flow.

Features

  • Robust construction to measure Lift and Drag forces up to 400 N.
  • Open-source design (Open-source HW and SW)
  • Scalability for different needs (OpenSCAD parametric design)
  • Polar measurement capable (Lift and drag ratio calculation)
  • Airspeed and groundspeed measurement
  • RPM measurement (In case of rotor)
  • Use on a car roof or in a wind tunnel

Parameters

Parameter Value Description
Sensing element strain gauges
Interface USB The data readout is realised by direct control of I2C devices
Operating and storage temperature -20 - +40°C
Operational humidity 0-100 % At humidity above 80% the performance of the sensors could be degraded in case of prolonged time periods
Input power USB powered
Mass 5 kg
Dimensions 600 x 560 x 600 mm Height x width x lenght
Weather resistance IP40

Base with strain gauges

Software installation

Repository use git submodules therefore an initialization of repository is needed prior make.

git submodule init
git submodule update

After that commands the make should be run from src directory.

force_balance/cad/src$ make -j 4

Electrical connection

Elecrical connection

tf-aeroscale's People

Contributors

kaklik avatar raska-vilem avatar roman-dvorak avatar slimonslimon avatar taury55 avatar

Stargazers

 avatar  avatar  avatar  avatar  avatar  avatar

Watchers

 avatar  avatar  avatar  avatar

tf-aeroscale's Issues

Neortogonální rozklad sil

Při vertikálním tahu ve směru Lift dochází k silovému působení ve směru Drag (silové působení snižuje měřenou sílu drag). Poměr sil je asi 1/8.

Důvodem je, že při působení síly v místě uchycení rotoru vzniká nesouosost ložisek a otočných členů tenzometrů. Tento technický problém zřejmě nelze vyřešit změnou geometrie.
Řešením tak zřejmě je numerická ortogonalizace měřených hodnot.

Tisk a konstrukce rotorového adaptéru TF-G2

Při posledním pokusu vznikl problém s uložením ložisek v rotorovém adaptéru.

Příčinou bylo, že vytištěný díl neměl správně vytištěnou zaslepovací vrstvu v otvoru, kterou je po vytištění potřeba odvrtávat. Díky tomu osazení v otvoru pro ložisko nebylo dobře definováno.

image

Další potíž je, že otvor pro ložisko má v modelu dvě osazení, což komplikuje tisk. Správné řešení zřejmě je, aby otvor pro ložisko pokračoval až do základny adaptéru ve stejném průměru.

Délky a tolerance šroubů

Je potřeba zkontrolovat, zda všechny použité šrouby jsou sehnatelné (tj, mají potřebný rozměr v násobku 5mm)

Calibration device for weight calibration

Kalibrační přípravek by měl umožňovat snadnou kalibraci váhy v obou osách.

Představoval bych si to tak, že bude nějaký sloupek (jeřáb) který bude mít samonosnou základnu a to se postaví k váze (nebo do její konstrukce). Asi by bylo vhodné to vždy nějak moct zaaretovat aby to vždy bylo ve stejné poloze. Následně se provede kalibrace jedné osy a následně druhé.

20210329_091932.jpg
20210329_091929.jpg

Uchycení konstrukce váhy na desku auta

Pro reálnné měření je potřeba vymyslet a nakreslit držák na testovací desku auta. Ideální by bylo, kdyby držák v maximální míře využíval existující otvory na desce.

Zároveň je důležité, aby držák s celou váhou byl po sundání ze střechy samostatně stojící zařízení.

Mechanical strengthening of the aerodynamic force balance

Aktuální konstrukce váhy je velmi měkká. Má výrazné vůle do stran, což může způsobovat problémy nejen při měření. Váhu by bylo potřeba rozšířit tak, aby z této "2D" konstrukce se stala třírozměrná konstrukce, která bude v bočním směru pevná. Většina aktuálních dílů je moc pružná. Pokud budou znovu využity některé díly (např. držák tenzometru) tak by měl být zesílen.

Můj návrh je tedy následovný:
20210224_133522

Díky tomu, že to není plochá konstrukce, tak z toho lze docela těžit u řešení jednotlivých kloubů, kdy se dost rozšiřují možnosti jejich umístění. Nákres není nakreslený v měřítku a jednotlivé délky pák by mělo jít nastavovat. Aktuálně jsou k dispozici dva roměry profilových tyčí (360 mm a 320 mm), které lze používat na první prototpy. Následně pak asi půjde získat jiné délky a tím optimalizovat poměry sil.

Bylo by užitečné aby k tomu existovala celková sestava, kde to bude vidět.

Kryt elektroniky

Elektroniku je na váze potřeba zakrytovat zejména proti mechanickému poškození (upadnutý šroubovák, spadnutí těžších dílů a pod.)

Vhodným řešením by mohla být AL krabička se zasunutou MLAB base deskou:

163095792_738077790187001_3621031638949669946_n

Test SPI Wrapers

Posledni upgrade softwaru přináší SPI wrapery pro spidev, mcp2210 a mlab I2C2SPI vykopírované z zpředechozích verzí softwaru. Bohužel nejsou dodělané a otestované - zřejmně nepodporují připojení více tenzometrů.

Minimalizace zatížení tenzometru měřícího aerodynamický odpor

Aby byla minimalizována síla působící na uchycení tenzometru měřícího odpor, tak by bylo patrně vhodné aby, tento tenzometr byl přesunut doprostřed konstrukce.

K němu vedoucí táhlo by pak mělo být uchyceno co nejblíže úrovni rotoru. Tj. zhruba do oblasti na obrázku označené červeným puntíkem.

tensometer_configuration

Vyvážení aerodynamické váhy

Při konstrukci aerodynamické váhy je potřeba myslet na fakt, že aerodynamická váha bude muset být před měřením staticky vyvážena.
Tj. po osazení měřeným rotorem bude potřeba vynulovat sílu působící na tenzometry. Zejména na tenzometr měřící vztlak. Tenzometr odporu bude při jízdě pravděpdobně víceméně jednosměrně zatížen.

Navrhoval bych to vyřešit tak, že spoj vztlakový tenzometr-váha bude rozebírací. Například šroubem s křídlovou matkou. Po montáži měřeného tenzometru na váhu se rozebere tento spoj. Čímže bude možné s váhou vertikálně hýbat a vidět silové působení na pohyblivý horizontální díl.

Na kratší stranu tohoto dílu bude pak nutné přidávat závaží do stavu, než dojde k vyvážení. Vzhledem k rozložení sil a délce pák v aktuální sestavě lze předpokládat, že tato přidaná hmotnost bude bohužel muset být poměrně velká v řádu kilogramů.
Je tak otázka jaký materiál pro vyvážení zvolíme?

Zvýšení tuhosti konstrukce váhy

Váha při v aktuální konstrukci není dostatečně tuhá vůči oscilacím ve směru jízdy, které rotor vytváří.
Je potřeba zpevnit přední sloupek úhlopříčným profilem a spojovací díl ramen vyztužit hliníkovým plechem (viz. obrázek 1 a 2).

openscad_obqYjSnOH1
Úhlopříčný profil (obr. 1)

openscad_77a4Ovpfl6
Spojovací díl vyztužený plechem (obr. 2)

Připojení tenzometrů k váze

Na předchozí verzi váhy byly tenzometry připojené přes kloubová ložiska KBRM-03 Tohle řešení se myslím osvědčilo a je dobré jej zachovat.

Jen mi přijde, že okruží otvoru pro šroub ložiska je poměrně tenké a může snadno praskat.

image

Navrhoval bych zvětšit tloušťku stěny okolo šroubu minimálně dvakrát.

Airspeed measurement on an aerodynamic weight

@roman-dvorak navrhuje airspeed měřit na dvou místech.

  1. Přímo na střeše měřícího auta - asi s použitím WINDGAUGE03
  2. Přímo na aerodynamické váze - zřejmě nějakou variantou TFSLOT01, nebo TFPIPE01

S umístěním senzoru na aerodynamickou váhu vznikla komplikace, neboť s ním nebylo počítáno od začátku návrhu váhy. Možnost je buď snímač dát nahoru pod rotor na díl nad tenzometrem.

Na obrázku označeno červeným čtvercem:

163746715_305092527706416_230559487652676863_n

Brzdění rotoru

V aktuálním stavu váhy není žádná možnost brzdit rotor. Rotor se musí brzdit pomocí vynalézavosti osob účastnějících se měření, což není vždy bezpečné. Proto by mělo být součástí rotorového adaptéru nějaká forma brzdění.

Konstrukce kloubů

Pokud budou klouby váhy realizovány dvojicí kuličkových ložisek, podobně jako tomu je v předešlé konstrukci. Tak je potřeba, aby tato dvě ložiska byla při dotažení šroubu vzájemně rozepřena válečkem. Protože jinak když se dvě ložiska budou stahovat přímo k sobě, tak se skříží.

Týká se to zejména tohoto spoje:
image

image

Který musí mít středový otvor větší, aby se tam vešel vytištěný rozpírací váleček, rozpírající vnitřní otočné kroužky ložisek.

Celková délka kloubu by také měla počítat s tím že je k dispozici lícovaný šroub délky 70mm, viz předcházející obdobný problém v issue #1

image

Silová kalibrace aerodynamické váhy

Aktulální řešení kalibrace je zřejmě nedostatečné, neboť se provádí na moc vysoké úrovni a neuvažuje funkce samotného modulu BRIDGEADC.

Zjistit, jestli existuje example v Arduinu

Bylo by dobré zjistit, jestli dneska existuje nějaký dostupný (arduino) example pro vyčítání převodníku, který obsahuje i interní kalibraci obvodem AD7730l

Jedno z možných řešení je k ADpřevodníku připojit k arduino. Další možnost je přečíst si tento kód a implementovat to do pymlabu.

Vibration measurements

Bylo by vhodné vybavit vrchní část, kde bude připevňený rotor, měřením vibrací. Pro orientační měření by to mohlo být užitečné.

Toto by se dalo řešit zakomponováním TFSLOT pod rotor, kde by se zároveň s vibracemi měřil airspeed.
V tomto případě by TFSLOT musel být připojen asi přes SPI.

chyba v návrhu dílu 888_5008

Následující díl při otevření v openscadu hlásí chybu "UI-WARNING: Object may not be a valid 2-manifold and may need repair! "
image

V důsledku toho vyrenderovaný objekt nelze kompletně vyslicovat jak z STL, tak ani z AMF

image

Do základny vytvořit otvor pro matky a podložky šroubů

  • Vytvořit díry na podložku a matku
  • Umístit váhu excentricky

1
Do dílu 888_3007 udělat okolo děr pro šrouby pro připevnění na střechu otvor pro zapuštění matic, kterými jsou šrouby permanentně připevněny ke střeše.

https://github.com/ThunderFly-aerospace/force_balance/blob/master/cad/STL/888_3007.stl

Nejlépe to vyřešit stejně jako je to tady:
https://github.com/ThunderFly-aerospace/TF-R1/blob/master/CAD/STL/888_4004.stl
Odtud lze opsat rozměr podložky a celkové velikosti otvoru.

2
Další věc, co mne napadá je, umístit váhu mírně excentricky a využít i přední a zadní šroub. Při přemontovávání plaformy zabere docela dost času tyto dva šrouby vytočit. Už jen z důvodu, že je pro to potřeba nějaký nástroj - klíč.

Váhu by stačilo umístít o šířku hliníkových dílů na jednu stranu.

Automatické nastavení úhlu náklonu

Aktuálně se nastavení úhlu náklonu provádí ručně pomocí závitové tyče opatřené křídlovou matkou. Touto závitovou tyčí by do budoucna měl točit běžný krokový motor (např. Nema 17), který by zautomatizoval nastavení náklonu a tím zjednodušil zapisování výsledků a umožnil měřit rotor v různých úhlech záklonu dynamicky. Také by toto řešení mohlo eliminovat nutnost brzdění rotoru.

openscad_mb6IK9xOoO

Recommend Projects

  • React photo React

    A declarative, efficient, and flexible JavaScript library for building user interfaces.

  • Vue.js photo Vue.js

    🖖 Vue.js is a progressive, incrementally-adoptable JavaScript framework for building UI on the web.

  • Typescript photo Typescript

    TypeScript is a superset of JavaScript that compiles to clean JavaScript output.

  • TensorFlow photo TensorFlow

    An Open Source Machine Learning Framework for Everyone

  • Django photo Django

    The Web framework for perfectionists with deadlines.

  • D3 photo D3

    Bring data to life with SVG, Canvas and HTML. 📊📈🎉

Recommend Topics

  • javascript

    JavaScript (JS) is a lightweight interpreted programming language with first-class functions.

  • web

    Some thing interesting about web. New door for the world.

  • server

    A server is a program made to process requests and deliver data to clients.

  • Machine learning

    Machine learning is a way of modeling and interpreting data that allows a piece of software to respond intelligently.

  • Game

    Some thing interesting about game, make everyone happy.

Recommend Org

  • Facebook photo Facebook

    We are working to build community through open source technology. NB: members must have two-factor auth.

  • Microsoft photo Microsoft

    Open source projects and samples from Microsoft.

  • Google photo Google

    Google ❤️ Open Source for everyone.

  • D3 photo D3

    Data-Driven Documents codes.