โครงการวิจัยเรื่อง ต้นแบบอากาศยานไร้คนขับที่สามารถบรรทุกน้ำหนัก 5 กก. เพื่อการประยุกต์ใช้

Abstract

ในปัจจุบันมีการนําเทคโนโลยีอากาศยานไร้คนขับมาประยุกต์ใช้ในภารกิจประเภทต่างๆ เป็นจํานวนมาก เช่น สํารวจทรัพยากรธรรมชาติ การลาดตระเวน การเกษตร เป็นต้น ซึ่งการประยุกต์ใช้งานของอากาศยานไร้คนขับที่ได้กล่าวไปข้างต้นนั้นจําเป็นต้องมีคุณสมบัติในการบรรทุกเครื่องมือ หรืออุปกรณ์ต่างๆเพื่อใช้ในการทําภารกิจโดยมีน้ําหนักตั้งแต่ประมาณ 1-10 กิโลกรัม ทางคณะผู้วิจัยจึงเห็นถึงความสําคัญในการพัฒนาอากาศยานไร้คนขับแบบปีกหมุนที่มีความสามารถในการบรรทุกสัมภาระขนาด 5 กิโลกรัมซึ่งเป็นช่วงน้ําหนักที่จะไม่ทําให้อากาศยานไม่มีขนาดใหญ่จนเกินไป อีกทั้งยังมีความจําเป็นต้องพัฒนาให้มีความทนทานสูงเนื่องจากผู้ใช้ที่ไม่มีประสบการณ์อาจต้องมีการฝึก หรือใช้งานที่เสี่ยงต่อการได้รับความเสียหาย ขั้นตอนการวิจัยเริ่มจากออกแบบโครงสร้างอากาศยานไร้คนขับที่จะสามารถสร้างแรงยกเพื่อยกน้ําหนักได้ 5 กิโลกรัม โดยยังไม่รวมน้ําหนักของอากาศยานและ อุปกรณ์ต่าง ๆ ซึ่งประเภทอากาศยานไร้คนขับที่มีความเหมาะสมมากที่สุด ได้แก่ อากาศยานแบบปีกหมุนจํานวน 4 ใบพัด โดยใช่ใบพัดขนาด 18 นิ้ว และใช้คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุของโครงสร้าง อากาศยานเพื่อให้มีน้ําหนักเบาและมีความทนทานต่อการใช้งาน ขั้นตอนต่อไปเป็นการออกแบบระบบควบคุมการบินของอากาศยาน เพื่อให้อากาศยานมีเสถียรภาพ และสามารถทําการบินได้อย่างมี ประสิทธิภาพ อีกทั้งได้ทําการวิเคราะห์ความทนทานของโครงสร้างและค่าความปลอดภัย สําหรับการทดสอบการบินนั้นมีการวางแผนที่จะทําการทดสอบทั้งแบบใช้การจําลองในโปรแกรม Simulink และทดสอบบินจริงแบบไม่มีการยกสัมภาระ และมีสัมภาระที่น้ําหนัก 2 และ 5 กิโลกรัม ที่ความสูง 2 และ 5 เมตรตามลําดับ รวมถึงทดสอบเวลาทั้งหมดที่สามารถทําการบินได้ ผลการทดสอบบินของอากาศยานไร้ คนขับแสดงให้เห็นว่าอากาศยานสามารถสร้างยกเพื่อทําการบินได้ในทุกกรณีที่ทดสอบ อีกทั้ง ยังสามารถทําการบินได้อย่างมีเสถียรภาพ และมีประสิทธิภาพตามที่ได้ออกแบบไว้ สําหรับระยะเวลาในการบินในกรณีที่บรรทุกน้ําหนักสูงสุดที่ 5 กิโลกรัมนั้นสามารถบินได้นาน 18 นาที ผลจากการวิจัย ในครั้งนี้สามารถนําไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบอากาศยานไร้คนขับที่วัตถุประสงค์ในการติดตั้งน้ำหนักมาก ๆ สําหรับการทําภารกิจที่มีข้อจํากัดในเรื่องของพื้นที่การขึ้นลงของอากาศยาน อีกทั้งยังช่วยลดงบประมาณในการจัดซื้ออากาศยานไร้คนขับจากต่างประเทศอีกด้วย

Recently, the unmanned aerial vehicle (UAV) technology has been applied to many fields such as survey, reconnaissance, and agricultural. These applications normally require UAV to carry load between 1-10 kg. Therefore, the author was interested to develop the multirotor that is capable of carrying 5 kg payload, which will not cause the size of the UAV to be too large. Moreover, the developing UAV must be durable in order to reduce the damage from the inexperience users. The developing step started with the design of the UAV structure capable of lifting 5 kg payload. The most suitable type of UAV for this mission was quadrotor equipped with 18 inch propeller. The selected material of the structure was carbon fiber due to its lightweight and durability. Next step was to design the control system of the UAV for the stability and performance of the aircraft. In addition, the stress and safety factor were analyzed to ensure the flight safety. The designed UAV control system was tested in simulation via Simulink as well as flight test for no load, 2 kg, and 5 kg payload, respectively. The testing height is at 2 and 5 meter above ground. The flight duration at full load was also being tested. The testing results showed that the UAV can generate the lift for all test cases. Moreover, the stability and performance of the UAV while flying in all cases agreed with the design and simulation. The flight duration at full load was about 18 minutes. The developed work could be applied to the design of the UAV carrying larger payload for the mission that has limited takeoff and landing space. Additionally, it could reduce the amount of country budget to procure the UAVs from oversea.