Quantum-Systems Trinity F90+ kiinteäsiipinen eVTOL UAS tutuksi – osa 1

Blogisarja: Quantum-Systems Trinity F90+ tutuksi
Osa 1

Quantum-Systems

Quantum-Systemsin tarinan alku ajoittuu vuodelle 2011, jolloin Florian Seibel, tohtori Michael Wohlfahrt ja tohtori Micheal Kriegel muodostivat ydintiimin ajatuksenaan kehittää UAS-tekniikkaa. Kolmikko tunsi toisensa Münchenin University of the German Armed Forces, Chair of Flight Systems Dynamics instituutista. Jo niinkin pian kuin 2012 he patentoivat oman pystysuoraan laukaistavan kiinteäsiipisen miehittämättömän ilma-alustekniikan. Hieman tämän jälkeen tiimiin liittyivät Tobias Kloss ja Armin Busse. Varsinainen Quantum-Systems GmbH perustettiin tammikuussa 2015, jonka jälkeen yritys on kasvanut jatkuvasti ja työllistää nykyään yli 80 henkilöä.

Quantum-Systemsin Trinity F90+ kuljetuslaatikossa

Quantum-Systemsin kehittämä kiinteäsiipinen eVTOL (electric Vertical Take-Off and Landing) UAS (Unmanned Aerial System) yhdistää perinteisin multikopterin hallittavuuden ja kiinteäsiipisen lentokoneen aerodynamiikan muodostaen uniikin, tehokkaan ja suorituskykyisen miehittämättömän ilma-alusjärjestelmän.

Quantum-Systemsin kehitystä ajaa intohimo ilmailuun ja lentämiseen. Quantum-Systems kertoo, että yli 40 % heidän työntekijöistään on erilaisten ilma-alusten lisensoituja pilotteja. Monenlaista kokemusta lentämisestä siis löytyy. Joukossa muun muassa lentokone-, helikopteri- ja moottorivarjoliitimien pilotteja. Missio on kehittää ilmasta käsin kerättävän tiedon tehokkuutta ja laatua tukemaan ja parantamaan kestävää päätöksentekoa.

Trinity F90+ eVTOL UAS

Trinity F90+ eVTOL UAS on elektroninen pystysuoraan nouseva ja laskeutuva miehittämätön ilma-alus. Nimi F90+ tulee ilma-aluksen lentoajasta, jonka valmistaja lupaa olevan vähintään 90 minuuttia. Trinityn ensimmäinen versio Trinity V1 julkaistiin 2017. Ennen uusinta sukupolvea mahtuu kehitykseen mukaan toisen sukupolven Trinity F9, ja tässä blogissa tutuksi tuleva Trinity F90+ edustaa ilma-aluksen kehityksessä kolmatta ja uusinta Trinity-sukupolvea.

Tekniikka

Pystysuoraan nousevassa ja laskevassa Trinity F90+ UAS-järjestelmässä on kolme moottoria, jotka mahdollistavat täydellisen VTOL-ominaisuuden sekä tehokkaan pitkän matkan lennon. Tasapainoisen rakenteen ansiosta moottorien työntövoima hyödynnetään optimaalisesti sekä pystysuoraan että eteenpäin suuntautuvassa lentotilassa. Nykyaikaiset ja tehokkaat moottorit tarjoavat entistä enemmän resursseja vaikeisiin olosuhteisiin. VTOL-tekniikka yhdessä tehokkaiden moottorien kanssa varmistavat laitteen suorituskyvyn säilymisen, eikä laite vahingoitu epäonnistuneen käsilähetyksen tai mahalaskun seurauksena.

Quantum-Systems kehittää ja käyttää Trinity ilma-aluksissaan omaa autopilottiteknologiaa, joka takaa täydellisen hallinnan ja riippumattomuuden kolmansista osapuolista. Lennot ja lennon jälkeiset datan prosessoinnit suunnitellaan ja tehdään käyttämällä Quantum-Systemsin omaa, Windows-ympäristössä käytettävää, QBase-lennonsuunnitteluohjelmaa, joka kuuluu jokaisen Trinityn vakiovarusteisiin. Tiedonsiirtoon QBase:n ja Trinityn välillä käytetään 2,4GHz:n telemetrialinkkiä, joka mahdollistaa tehokkaan lennonaikaisen lennon edistymisen ja suorituskyvyn valvonnan.

Jokainen Trinity F90+ varustellaan vakiona integroidulla PPK-tekniikalla (Post Prosessing Kinetics), joka mahdollistaa jokaiselle kuvalle cm-tarkan kuvanottosijainnin! Kuvien tarkka geoinformaatio mahdollistaa muun muassa mittatarkkojen pistepilvi- ja ortokuva-aineistojen luonnin minimaalisella valmistelutyöllä sekä nopeuttaa kuva-aineiston käsittelyä.

Ilman signalointia PPK-tekniikalla saavutetaan tasossa noin 2–3 cm ja korkeudessa noin 5–6 cm tarkkuus, joka riittää sellaisenaan useimpiin käyttötarkoituksiin. Suosittelemme kuitenkin muutamien kontrollipisteiden käyttöä laadunvalvonnan näkökulmasta. Muutamilla kontrollipisteillä voidaan myös parantaa jo ennestään hyvää aineiston georeferointia ja korkeustarkkuutta.

Jotta PPK-tekniikkaa voidaan hyödyntää, tulee lennon ajalta olla käytettävissä GNSS-korjausdataa. Tähän tarkoitukseen suosittelemme käytettäväksi Trimnet UAV-palvelua. Sen avulla voidaan tarvittava data hakea käytettäväksi lennon jälkeen. Trimnet UAV-palvelu on tehokas ja helppo tapa nopeuttaa ja yksinkertaistaa maastossa tapahtuvia työvaiheita. Trinityn mukana toimitetaan myös erillinen iBase – GNSS-tukiasema, jota voidaan myös käyttää datan keräämiseen lennon ajalta.

Luokkansa pisin lentoaika

Eteenpäin suuntautuvassa lennossa Trinity sammuttaa kaksi kolmesta moottoristaan ja ylläpitää lentoa yhdellä moottorilla. Trinity F90+ kuluttaa täten myös vähemmän energiaa, jonka ansiosta saavutetaan entistä pidempi lentoaika ja ylivoimainen tuottavuus. Aerodynamiikaltaan Trinity on luokassaan erinomainen. Siipien optimaalinen muotoilu mahdollistaa 14:1 liitosuhteen, joka on omiaan tehon säästämisessä ja pitkän lentoajan saavuttamisessa.

Hyötykuormavaihtoehdot ja käyttökohteet

Trinity F90+ järjestelmään on saatavilla erittäin monipuolinen sensorivalikoima. Perinteisempinä sensoreina valikoimista löytyy 42 megapikselin täyden kennon Sony R1RII  35 mm objektiivilla ja 21 megapikselin Sony UMC10R 16- ja  20 mm objektiivivaihtoehtoilla. Sonyn UMC-sensoria käytetään myös yhdistelmä-hyötykuormissa. Sonyn UMC saadaan yhdistettynä esimerkiksi esimerkiksi MicaSense-hyperspektrisensoreiden kanssa samassa hyötykuormassa. Tulossa on myös UMC:n ja lämpökamerasensorin yhdistelmäkuorma. Uutena erittäin mielenkiintoisena hyötykuormatulokkaana on myös Qube 240 LiDAR- sensori. Qube 240 -sensorilla yhdessä Trinity F90+ -järjestelmän kanssa voidaan saavuttaa huikea noin tunnin lentoaika!

Trinity F90+ käytännön kokemuksia ja konkretiaa

Käytännön kokemusta Trinity F90+ järjestelmästä on allekirjoittaneelle kertynyt nyt puolen vuoden ajalta. Trinityä on kiva operoida ja sen lentoa ilo seurata, vaikkakin puolentoista tunnin lentoajan hyödyntämisessä käykin aika ilma-alusta ja ilmatilaa seuraavalle operaattorille pitkäksi. Puolen vuoden ajalle on mahtunut testi ja harjoituslentojen lisäksi myös pari pilottiprojekti.

Molemmissa pilottiprojekteissa hyödynnettiin Trinityn tehokkuutta ja kerättiin yhdellä lennolla nadiirikuva-aineistoa noin 250 hehtaarin aloilta. Toisen pilottialueen osalta oli dataa kerätty aiemmin nelikopterilla, käyttäen saman alueen kuvaamiseen lähes viikon työpanos. Osana haastetta oli valvotun ilmatilan käyttäminen ja nelikopterin geofence- ja korkeusrajoitukset. Yhteistyössä lennonjohdon kanssa pystyimme käyttämään Trinityä tehokkaalta korkeudelta tuottaen loppuaineistoa noin 2 cm maastoresoluutiolla.

Trinity F90+ on kokemuksemmekin mukaan omiaan laajojen alueiden tiedonkeruussa. Hienoa nähdä tehokas järjestelmä nelikoptereiden rinnalle täydentämään aukkoa nelikoptereiden ja miehitetyn ilmakuvauksen välillä! Odotamme mielenkiinnolla ja innolla erityisesti Qube240 LiDAR -sensoria, joka yhdessä Trinity F90+ -järjestelmän kanssa mahdollistaa entistä tehokkaamman tiedonkeruun.

Kirjoittaja

Block "21308" not found

Webinaari

Maksuton webinaari 11.2.2021 klo 13-14:
Quantum Systems – Trinity F90+ kiinteäsiipisen eVTOL-dronen lennon suunnittelu ja valmistelu

Rekisteröidy

Vastaa