用于无人机风量与阵风估计的快速响应热线流量传感器
流体动力学
2022-11-30 v2
摘要
由于可用传感器技术的限制，无人机（UAVs）缺乏测量湍流、阵风或其他非定常空气动力学现象的有源感知能力。传统的原位风速测量技术由于外形尺寸、分辨率或鲁棒性要求，在严苛且动态的多旋翼环境中无法胜任。为弥补这一能力缺口，我们引入并评估了一种新颖的、用于测量二维风矢量的快速响应传感器系统。该系统称为“MAST”（即 MEMS 热线传感塔，MEMS Anemometry Sensing Tower），它利用微机电（MEMS）热线器件的进展，制造出适用于无人机机载实时风估计的固态、轻量且鲁棒的流量传感器。MAST 使用五根五边形排布的微尺度热线来确定风矢量的方向与大小。MAST 的性能在风洞中进行了评估，风速最高达 5~m/s，方向角 0–360 度。根据风洞数据训练了一个神经网络传感器模型，以从传感器信号估计风矢量。该传感器的平均速度误差为 0.14 m/s，平均方向误差为 1.6 度。此外，95% 的测量结果速度误差在 0.36 m/s 以内、方向误差在 5.0 度以内。通过方波测试确定的带宽为 570 Hz，MAST 将极大增强无人机风估计能力，并能够捕获流场中相关的高频现象。
引用
@article{arxiv.2209.06643,
title = {Fast-response hot-wire flow sensors for wind and gust estimation on UAVs},
author = {Nathaniel Simon and Alexander Piqué and David Snyder and Kyle Ikuma and Anirudha Majumdar and Marcus Hultmark},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.06643},
year = {2022}
}
备注
23 pages, 11+2 figures, under review