Celem projektu było opracowanie modułowej platformy przeznaczonej do montażu na kompaktowym bezzałogowym statku powietrznym (BSP), która umożliwiłaby wydłużenie czasu jego lotu. W efekcie rozwiązanie to miało zwiększyć możliwości zastosowania drona w długotrwałych misjach autonomicznych lub zautomatyzowanych – między innymi w geodezji, inspekcji infrastruktury liniowej czy transporcie.
Aby ocenić skuteczność opracowanej technologii, przyjęto określoną metodologię badawczą. Przeprowadzono trzy kluczowe serie testów porównawczych: loty drona w konfiguracji fabrycznej, z dodatkowym obciążeniem oraz z zamontowaną platformą. Testy obejmowały zarówno zawis (na wysokości 2 metrów nad lądowiskiem, w celu oceny stabilności pozycji), jak i loty w trybie dynamicznym (normalna praca). Każda z serii składała się z co najmniej trzech prób, a uzyskane wyniki zostały uśrednione w celu ograniczenia wpływu błędów pomiarowych.
Parametry pomiarowe podzielono na trzy grupy:
- Podstawowe: napięcie pojedynczych ogniw akumulatora, temperatura akumulatora, czas działania wirników, ich obciążenie;
- Meteorologiczne: prędkość wiatru w miejscu pomiaru, nasłonecznienie, temperatura otoczenia;
- Dodatkowe: temperatura systemu, napięcie wyjściowe platformy, nasłonecznienie paneli.
Ostatecznym rezultatem projektu miała być implementacja opracowanej platformy na niewielkim dronie – w tym przypadku DJI Mini 2 SE – w celu zwiększenia jego czasu operacyjnego. Dodatkowo, w celu zobrazowania rozszerzonych funkcjonalności drona, zamontowano na nim zestaw czujników meteorologicznych z rejestratorem zapisującym dane na kartę microSD.
Osiągnięte wyniki
- Wybrano niezbędne materiały pozwalające na optymalizację zasilania BSP oraz dołożonej masy oraz położenia zmienionego środka ciężkości BSP.
- Dokonano wydruku i złożenia konstrukcji z użyciem filamentu Bambu Lab PLA Aero 1,75mm – pozwolił on na obniżenie masy konstrukcji o 25-30%.
- Stworzono układ elektroniczny pozwalający na zwiększenie efektywności przetwarzania energii słonecznej w elektryczną (śledzenie punktu mocy maksymalnej – MPPT), zarządzanie zasilaniem fabrycznych ogniw drona, pomiar podstawowych parametrów zgodnie z metodologią oraz meteorologicznych – realizowane przez układ czujników zarządzanych mikrokontrolerem Arduino Nano.
- Po dokonaniu szeregu prób w locie i porównania zmierzonych danych uzyskano zwiększenie czasu lotu drona w zawisie o 24%, względem drona z dodatkowym obciążeniem, a w przypadku przelotu po zaplanowanej trasie w trybie normal o 11%. Pomiarów dokonywano przy wietrze 2,5 m/s, bez porywów, temperatura 21°C, wilgotność względna 28%, nasłonecznienie pełne (brak pokrycia chmur). Pozostałe parametry w tym temperatura ogniw i układu wykazały znaczący wzrost, jednak wszystkie zmierzone wartości mieściły się w tolerancji zakresu akceptowalnego.
- Dzięki zwiększeniu czasu lotu kompaktowego drona pod obciążeniem, zwiększono jego realne zastosowania (90-160 g payload – możliwego obciążenia dodatkowego np. sensorami) na dronie ważącym zaledwie 249 g pozwala na wykorzystanie BSP do badań naukowych, geodezji czy inspekcji infrastruktury krytycznej liniowej.
- Realizacja projektu pozwoliła na poszerzenie umiejętności technicznych i miękkich członków zespół projektowego. Pozyskanie wsparcia od zewnętrznych podmiotów gospodarczych oraz wystąpienie na konferencjach naukowych pozwoliło na zwiększenie rozpoznawalności Politechniki Śląskiej jako ośrodka badawczego.
Zespół projektowy: Rafał Solecki, Maja Foryciarz, Adam Tomaszewski, Mateusz Mucha, Szymon Dulak, Adam Piłat, Patrycja Ołubek, Konrad Piórkowski; opiekun naukowy: dr hab. inż. Marek Marcisz, prof. PŚ
Publikacje i nagrody
Foryciarz M., Tomaszewski A.: „Zastosowanie ogniw perowskitowych przy wspomaganiu zasilania bezzałogowych statków powietrznych”; V Konferencja Młodych Naukowców POB4: Inteligentne miasta i mobilność przyszłości – 11 grudnia 2024;
Solecki R., Foryciarz M., Tomaszewski A., Mucha M., Dulak S., Piłat A., Ołubek P., Piórkowski K.: „Ogniwa perowskitowe w zasilaniu bezzałogowych statków powietrznych”; Studencka Konferencja Skrzydła Lotnictwa – Poznań – 25 marca 2025
Projekt został nagrodzony w ramach konkursu: Hackathon AviaTech Challenge – Mielec – 18-19 maja 2024 – główna wygrana w kategorii Ekologia Transportu Lotniczego.
Zastosowanie perowskitów w zasilaniu BSP – prezentacja z V Konferencji Młodych Naukowców POB 4 – Katowice 11.12.2024
Pobierz
