Tech News: Neuer Airspeed-Sensor für Drohnen

Germandrones hat eine Pitot-Sonde mit starken Vorteilen gegenüber den klassischen Staurohren der Konkurrenz entwickelt: Sie ist klein, elastisch und damit robust unter den rauen Bedingungen des Alltags. Die Messung der Fluggeschwindigkeit ist wichtig für Starrflügel-UAV, da sie für flugphysikalische Vorgänge entscheidend ist sowie durch Vergleich mit der Geschwindigkeit über Grund (anhand von GNSS-Daten) Informationen über die Windrichtung- und Stärke offenbart.

 

Warum macht das nicht jeder?

Weil es nicht trivial ist. Um die Strömungsgeschwindigkeit zu messen, wird der statische Umgebungsdruck p mit dem sog. Totaldruck p0 verglichen, der am frontalen Staupunkt durch die Bewegung des Luftfahrzeugs entsteht. Die Differenz der beiden ist der dynamische Druck q, aus dem die Geschwidigkeit berechnet werden kann:

formula for airspeed from pressure measurements

(mit der Luftdichte ρ)

Ein Blick auf die Druckverteilung um ein strömungsgünstiges Objekt veranschaulicht das: Während der maximale Druck p0 vorne anliegt und dort entsprechend gemessen werden kann, verursacht die Verdrängung des Körpers eine Beschleunigung und damit einen Unterdruck entlang der Oberfläche. Um den Umgebungsdruck zu ermitteln, muss daher eine Bohrung exakt dort platziert werden, wo cp = 0 ist. Das ist abhängig von der Form des Objekts.

pressure distribution around an object

Info: Das Bild zeigt den Verlauf des Druckkoeffizienten cp, welcher durch Division mit dem dynamischen Druck q dimensionslos und damit für jede Geschwindigkeit gültig ist.

formula for the pressure coefficient

Im Falle einer kombinierten Prandtl-Sonde ist dieser statische Druckport bereits vom Hersteller in den Schaft integriert (siehe Grafik rechts), wodurch die Datenakquise und die Integration in ein beliebiges UAV einfach ist. Bemannte Flugzeuge besitzen dagegen beispielsweise normalerweise separate “Static ports” an sorgsam ausgewählten Punkten am Rumpf.

 

Hunderte Stunden im Testbetrieb und in Einsätzen haben gezeigt, dass die klassischen Instrumente aufgrund ihrer filigranen und exponierten Form anfällig für Beschädigungen bei Arbeiten am UAV und bei Transporten sind. Das neue Design von Germandrones auf Basis der oben erklärten Grundlagen besteht aus einem Stromlinienkörper ähnlich eines kleinen vertikalen Flügels. Neben seiner kompakteren Form besteht er aus einem flexiblen Material und ist damit im Alltagseinsatz deutlich robuster. Mehrere Stunden im Testbetrieb zeigen zudem, dass damit präzise Daten unter verschiedensten Bedingungen gewonnen werdenn können.

Die neuen Pitot-Sonden werden mit allen Songbirds der kommenden Release Version ausgeliefert und können auf Wunsch auch in bestehenden Systemen nachgerüstet werden.

 

Ansprechpartner:

Dr. Klaus Scho, Geschäftsführer

Tel. + 49 (0)30 34 78 12 81

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Alternative Pitot-Solution for Airspeed-Measurement of a drone.
Germandrones new Pitot solution compared to a classical pitot tube on a UAV
Vergleich von neuem "Pitot-Wing" und klassischer Messsonde.
Principle of a pitot-static-tube
Funktionsprinzip der Pitot-Sonde mit statischer Druckbohrung (genauer: "Prandtl Sonde").
Static pressure port on an airliner
Static Port an einem Verkehrsflugzeug. (Lizenz CC BY 3.0, Autor SempreVolando)