Miniature multihole airflow sensor for lightweight aircraft over wide speed and angular range

要約

航空機の対気速度、攻撃角、およびサイドスリップの角度は、特にストール体制の近くで飛行する場合、その安全に重要です。
ピトーチューブ、角張った羽根、マルチホール圧力プローブなど、さまざまな溶液が存在します。
ただし、現在のセンサーは重すぎる（> 30 g）か、大きな大気速度（> 20 m/s）を必要とするため、小規模な自動車車両には適さないものです。
新しいコンポーネント構造にセンシングエレクトロニクスを統合して、パブリックドメインにリリースした機械的に堅牢で軽量センサー（9 g）を統合する新しいマルチホール圧力プローブを提案します。
2つの重要な設計パラメーター、先端形状（円錐形と球形）と穴の間隔（穴間の距離）にコンセンサスがないため、風洞実験を使用した測定精度とノイズ生成に関する研究を提供します。
センサーは、3〜27 m/sの対気速度範囲上の多変量多項式回帰モデルと +-35 {\ deg}の攻撃/サイドリップ範囲の角度を使用して較正され、0.44 m/sと0.16 {\ deg}の平均絶対誤差を達成します。
最後に、屋台体制の近くの屋外フライトでセンサーを検証しました。
私たちのプローブにより、さまざまなアクロバティックな操作中に、対気速度、攻撃角、およびサイドスリップの正確な推定が可能になりました。
そのサイズと重量により、このセンサーは、屋台体制の近くで低速で飛行する軽量で非白weatの空中車両のための安全な飛行を可能にします。

要約(オリジナル)

An aircraft’s airspeed, angle of attack, and angle of side slip are crucial to its safety, especially when flying close to the stall regime. Various solutions exist, including pitot tubes, angular vanes, and multihole pressure probes. However, current sensors are either too heavy (>30 g) or require large airspeeds (>20 m/s), making them unsuitable for small uncrewed aerial vehicles. We propose a novel multihole pressure probe, integrating sensing electronics in a single-component structure, resulting in a mechanically robust and lightweight sensor (9 g), which we released to the public domain. Since there is no consensus on two critical design parameters, tip shape (conical vs spherical) and hole spacing (distance between holes), we provide a study on measurement accuracy and noise generation using wind tunnel experiments. The sensor is calibrated using a multivariate polynomial regression model over an airspeed range of 3-27 m/s and an angle of attack/sideslip range of +-35{\deg}, achieving a mean absolute error of 0.44 m/s and 0.16{\deg}. Finally, we validated the sensor in outdoor flights near the stall regime. Our probe enabled accurate estimations of airspeed, angle of attack and sideslip during different acrobatic manoeuvres. Due to its size and weight, this sensor will enable safe flight for lightweight, uncrewed aerial vehicles flying at low speeds close to the stall regime.

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