64ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

Projeto de Subsistema de Telemetria para um Aeromodelo Rádio Controlado

Leonardo de Almeida e Bueno 1 José Ewerton Pombo de Farias 2

1. Depto de Engenharia Elétrica - UFCG 2. Prof. Dr./ Orientador - Depto de Engenharia Elétrica - UFCG

INTRODUÇÃO:

A equipe ParahyAsas de Aerodesign projeta aeromodelos rádio controlados para a competição SAE AeroDesign. Seu processo de desenvolvimento é bastante dependente de simulações computacionais, pois a equipe não dispõe de todo o espaço e de todos os equipamentos necessários à execução de experimentos físicos. Surgiu, então, a necessidade de aquisição de dados na aeronave em operação, de modo a validar os resultados simulados além de representar nova fonte de informações úteis na análise de falhas de um projeto e no desenvolvimento de novas aeronaves. Para suprir tal necessidade e ao mesmo tempo servir como base para pesquisas em veículos aéreos não tripulados (VANT’s), expandindo assim o conhecimento e a área de atuação da equipe ParahyAsas de Aerodesign, foi proposto o desenvolvimento de um sistema de telemetria que não só monitorasse variáveis dinâmicas do vôo, como também obtivesse dados sobre o comportamento estrutural das principais peças do aeromodelo e o desempenho energético do conjunto propulsor hélice.

METODOLOGIA:

Para elaboração do sistema de telemetria, a equipe ParahyAsas listou as principais variáveis a serem monitoradas e estabeleceu limites de implementação. O sistema não pode interferir na aerodinâmica do avião e, devido ao fato da aeronave ter limite de carregamento, o sistema não pode ser pesado. Como a aeronave normalmente executa até seis vôos de 10 minutos a 15 minutos em um dia, a bateria que alimenta o sistema deve mantê-lo ativo pelo menos por uma hora e meia. Por fim, os dados adquiridos devem ser armazenados em bordo e também transmitidos para uma estação em terra que executará o processamento em tempo real das informações e disponibilizará para os operadores, sem que o sinal transmitido afete o rádio controle do aeromodelo. O sistema foi dividido em três subsistemas que poderão ser desenvolvidos individualmente e depois integrados. O primeiro subsistema monitora variáveis dinâmicas como velocidades, acelerações, posicionamento e condições do ar. O segundo subsistema é responsável pelo monitoramento da estrutura da aeronave, verificando se o esforço sobre as asas, superfícies de controle e estabilização e trem de pouso estão acima da capacidade dos materiais. O último sistema monitora o consumo de combustível e a eficiência do grupo propulsor hélice.

RESULTADOS:

De modo a cumprir os requisitos exigidos pela equipe de aerodesign, optou-se pela utilização de um microcontrolador ADUC 842 da Analog Devices, ideal para aplicações de aquisição de dados em sistemas embarcados. Para comunicação utilizou-se o módulo ZE61 da Telit, que utiliza a tecnologia ZigBee, apropriada para transmissão de dados de até 250 kbps com alcance de até 5 km com baixo consumo de energia e baixa interferência em outros sistemas de transmissão, principalmente na frequência utilizada pelo rádio controle do aeromodelo. E para armazenamento de dados foi utilizado um cartão SD, por seu baixo peso, alta capacidade e alta taxa de armazenamento. No subsistema de variáveis dinâmicas, dados de GPS, acelerômetros, giroscópios, barômetros, termômetros e sensores de pressão diferencial foram posicionados em locais apropriados no avião e conectados ao microcontrolador central, por serem mais importantes à operação. Os subsistemas de variáveis estruturais e de desempenho do grupo propulsor hélice são construídos como módulos separados. No subsistema de variáveis estruturais diversos extensômetros e acelerômetros são posicionados em partes críticas da estrutura. E no subsistema de desempenho, opto-acopladores e sensores de pressão diferencial são empregados no motor e na hélice.

CONCLUSÃO:

O projeto mostrou-se apropriado à aplicação da equipe ParahyAsas de AeroDesign. Por apresentar características modulares, o sistema pode englobar outros grupos de sensores e também de atuadores, abrindo espaço para construção de um sistema de controle embarcado que pode trabalhar otimizando o vôo da aeronave comandado por um operador externo e, futuramente, operar a aeronave de forma autônoma. Em trabalhos futuros, câmeras serão incorporadas ao sistema, de modo que seus dados venham a aumentar as informações coletadas pela equipe sobre as condições de vôo da aeronave.

Palavras-chave: Telemetria, Aeromodelos, Aquisição de Dados.