"Dezvoltarea unui concept inovativ de UAV hibrid cu aplicaţii în combaterea încălzirii globale" - ENFORCING

Acronim: ENFORCING
Domeniu de specializare: Energie, mediu şi schimbări climatice
Director de proiect AUTONOMOUS FLIGHT TECHNOLOGY R&D SRL: Liviu ISACHE
E-mail Director de proiect: liviu.isache@aft.ro
Responsabil proiect INCDT COMOTI: Tiberius FRIGIOESCU
E-mail responsabil de proiect: tiberius.frigioescu@comoti.ro
Data începerii contractului: 21.06.2022
Data încheierii contractului: 20.06.2024
Valoarea totalş a Contractului: 1.354.671,00 lei
Autoritatea Contractantş: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţâmântului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării

Rezumatul proiectului
Proiectul presupune dezvoltarea unui concept inovativ de UAV hibrid, de tip avion cu sistem de decolare/aterizare verticală specific unui quadcopter cu aplicaţii în combaterea încălzirii globale. În prezent, încălzirea globală este un fenomen îngrijorător ce nu poate fi oprit. Studiile arată că în ultimele patru decenii temperatura a crescut din ce în ce mai mult, această tendinţă ascendentă fiind înregistrată încă din anii 1850. Printre numeroasele cauze ale încălzirii globale se numără şi creşterea gradului de poluare, defrişarea pădurilor şi supraexploatarea păşunatului. UAV-ul are integraţi senzori ultra moderni pentru interceptarea şi localizarea zgomotului produs de către echipamentele de tăiere a arborilor din păduri si un sistem de monitorizare video şi senzori de captare a datelor meteorologice. Optimizând sistemul hibrid de zbor împreună cu configuraţia aerodinamică a aripii, UAV-ul va avea o autonomie de zbor mare, versatilitatea completă a unui quadcopter şi randamentul de zbor complet al unui avion, caracteristici optime pentru îndeplinirea misiunii acesteia. Obiectivul general al proiectului este de a alinia cercetările din România, în domeniul Energie, mediu şi schimbări climatice, subdomeniul Mediu şi schimbări climatice la nivelul celor din ţările europene dezvoltate. Atingerea scopului proiectului va conduce la creşterea competitivităţii agentului economic AFT R&D prin asimilarea rezultatelor CDI şi transferul acestora pe piaţă. În acelaşi timp, se va îmbunătăţii expertiza COMOTI din domeniul UAV-urilor şi sistemelor electronice programabile.

Obiectivul Proiectului

Obiectivul proiectului
Obiectivul general al proiectului este de a alinia cercetările din România, în domeniul Energie, mediu şi schimbări climatice, subdomeniul Mediu şi schimbări climatice la nivelul celor din ţările europene dezvoltate. Atingerea scopului propunerii de proiect va conduce la creşterea competitivităţii agentului economic AFT R&D prin asimilarea rezultatelor CDI şi transferul acestora pe piaţă.
Modelul experimental dezvoltat va lărgi domeniul de utilizare al UAV-urilor dezvoltate de AFT R&D, atât ca produs cât şi ca serviciu şi va întări poziţia sa pe piaţa naţională şi ulterior pe cea internaţională pe care activează. În acelaşi timp, se va îmbunătăţii expertiza COMOTI din domeniul UAV-urilor şi sistemelor electronice programabile. Scopul şi obiectivul general al proiectului vor fi atinse odată cu îndeplinirea obiectivelor specifice (OS):

  • OS1: Dezvoltarea modelului experimental de UAV din materiale avansate pe bază de compozite polimerice ranforsate cu fibre, materiale fabricate prin tehnologii convenţionale şi tehnologii avansate (fabricaţie aditivă cu fibre continue şi matrici polimerice). Acest obiectiv va fi atins prin realizarea componentelor aeronavei ultra-uşoare având în vedere experienţa atât a angajaţilor AFT R&D în domeniul UAV-urilor şi materialelor compozite, dar şi experienţa cercetătorilor de la COMOTI în domeniul compozitelor şi tehnologiilor de fabricaţie avansate;
  • OS2: Montarea sistemului de motorizare şi a echipamentelor electronice conform design-ului prestabilit şi a reglementărilor în vigoare formulate de către EASA (European Union Aviation Safety Agency);
  • OS3: Realizarea programului de interceptare a sunetului produs de defrişarea copacilor. Pentru interceptarea şi localizarea zgomotului se vor utiliza microfoane acţionate de sistemul de operare al UAV-ului, iar cu ajutorul limbajului de programare Python se vor realiza liniile de cod ce vor permite localizarea sursei zgomotului şi direcţia acesteia. UAV-ul va realiza capturi de imagine cu zona în care au loc defrişările şi le va trimite autorităţilor de control în vederea verificării legalităţii acţiunii;
  • OS4: Evaluarea performanţelor motoarelor pe stand şi determinarea frecvenţelor elicelor în vederea optimizării acestora şi a reducerii zgomotului pentru a nu afecta ecosistemul în timpul survolării. Pentru creşterea acurateţei datelor experimentale, frecvenţa elicelor va fi eliminată din programul de interceptare a zgomotului;
  • OS5: Verificarea funcţionării modelului experimental de UAV din punct de vedere electronic;
  • OS6: Verificarea structurii stabilităţii în zbor şi a pilotului automat ale modelului experimental de UAV;
  • OS7: Validarea modelului exprimental de UAV şi a misiunii acestuia în mediu relevant (domeniul silvic);
  • OS8: Analiza şi interpretarea rezultatelor, determinarea unor direcţii viitoare de cercetare şi posibilităţi pentru îmbunătăţire a nivelului de maturitate tehnologică a modelului exprimental de UAV.

Rezultatele estimate
În cadrul proiectului se va dezvolta un model experimental de aeronavă fără pilot la bord (UAV - unmanned aerial vehicle) de tip avion cu sistem de decolare/aterizare verticală specific unui quadcopter, sistem ce are rolul de a creşte autonomia aeronavei. Aeronava este proiectată pentru misiuni de interceptare a zgomotului produs de echipamentele de tăiere a arborilor din păduri (motoferăstrău, graifer cu ferastrău), în vederea localizării şi verificării legalită?ii defrişării. De asemenea, misiunea secundară a aeronavei va fi monitorizarea meteorologică a zonei survolate.
Rezultatele proiectului constau în:
     ✓ Dezvoltarea unui model experimental de UAV cu aripă fixă şi sistem VTOL
     ✓ Dezvoltarea unui program de interceptare a zgomotului produs de echipamentele de tăiere a arborilor din păduri
     ✓ Dotarea UAV-ului cu senzori de captare date metereologice
     ✓ Structura să fie realizată din materiale avansate pe bază de compozite polimerice ranforsate cu fibre, materiale fabricate prin tehnologii conven?ionale şi tehnologii avansate
     ✓ Testarea sistemului de propulsie al UAV-ului pe stand şi în camera anecoică în vederea eliminării zgomotelor proprii din cadrul programului de interceptare de zgomot
     ✓ Viteza de croazieră a UAV-ului să fie de aproximativ 50 km/h
     ✓ Autonomia de zbor să fie de minim 3 ore în modul avion

Consortiu Proiect

Consortiu proiect
Coordonator: AUTONOMOUS FLIGHT TECHNOLOGY R&D SRL
Director proiect: Liviu ISACHE
E-mail Director de proiect: liviu.isache@aft.ro

Partener 1: INCDT COMOTI
Responsabil proiect: Tiberius FRIGIOESCU
E-mail responsabil de proiect: tiberius.frigioescu@comoti.ro


Etape, livrabile
Etapa 1 - Proiectarea modelului experimental
Rezultate etapa 1:
➢Raport privind proiectarea modelului experimental şi definirea caracteristicilor acestuia.
➢ Selecţie componente electronice şi materiale.
➢ Realizare pagină web
➢ Definire performanţe necesare model experimental. Proiectare model experimental.

Etapa 2 - Fabricarea modelului experimental şi dezvoltarea elementelor software
Rezultate etapa 2:
➢ Raport privind testarea materialelor
➢ Raport privind fabricaţia modelului experimental
➢ Raport privind instalarea componentelor electronice şi verificarea acestora
➢ Raport privind dezvoltarea şi validarea elementelor software ale modelului experimental
➢ Publicaţie ştiinţifică/ participare conferinţă/ workshop/ congres
➢ Fabricarea structurii modelului experimental.
➢ Asamblare structură model experimental
➢ Validare rezistenţă mecanică prin testare epruvete.
➢ Fabricare aditivă componente de legătură. Asamblare
➢ structură model experimental
➢ Montare sistem motorizare pe modelul experimental.
➢ Montare echipamente electronice. Testare la sol a comenzilor.
➢ Analiză aeroacustică asupra echipamentelor de tăiere arbori.
➢ Dezvoltare în Python a programului de interceptare sunet. Implementare program de interceptare pe computerul modelului experimental
➢ Publicare articole.
➢ Depunere cerere brevet.

Etapa 3 - Validarea modelului experimental
Rezultate etapa 3:
➢ Raport privind validarea modelului experimental în condiţii relevante de funcţionare
➢ Publicaţie ştiinţifică/ participare conferinţă/ workshop/ congres
➢ Programare pilot automat pe modelul experimental. Testare la sol a modelului experimental. Testare în zbor a modelului experimental.
➢ Actualizare pagină web

Etapa 1

 Raport privind proiectarea modelului experimental și definirea caracteristicilor acestuia.
 Selecție componente electronice și materiale.
 Realizare pagină web
 Definire performanțe necesare model experimental. Proiectare model experimental.
Figură. Modelul CAD


Etapa 2

 Raport privind testarea materialelor, fabricația modelului experimental, instalarea componentelor electronice și verificarea acestora, dezvoltarea și validarea elementelor software ale modelului experimental
 Fabricarea structurii modelului experimental.
 Asamblare structură model experimental
 Validare rezistență mecanică prin testare epruvete.
 Fabricare aditivă componente de legătură. Asamblare
 structură model experimental
 Montare sistem motorizare pe modelul experimental.
 Montare echipamente electronice. Testare la sol a comenzilor.
 Analiză aeroacustică asupra echipamentelor de tăiere arbori.
 Dezvoltare în Python a programului de interceptare sunet. Implementare program de interceptare pe computerul modelului experimental
 Depunere cerere brevet A/00305 intitulat APARAT DE ZBOR FĂRĂ PILOT CU ARIPĂ FIXĂ, CU SISTEM DE DECOLARE/ATERIZARE VERTICALĂ, CU SISTEM DE PROPULSIE TRI-ROTOR ȘI METODĂ DE INTERCEPTARE A SUNETULUI SPECIFIC EMIS DE MOTOFIERĂSTRĂU CU MOTOR TERMIC
 Participare conferință International Scientific Conference Forest Science for people and societal challenges – The 90th Marin Drăcea INCDS Anniversary cu lucrarea intitulată A Study on the Development of an UAV as a Solution to Fight Illegal Deforestation

Figură. UAV-ul dezvoltat

Figură. UAV-ul în camera anecoică din dotarea INCD TURBOMOTOARE COMOTI