Lagestabilisierung

Um einer Lösung für das Stabilisierungsproblem auf die Spur zu kommen, wurde das Verhalten des Flugzeugs bei ungesteuertem Flug genauer analysiert. Dabei zeigte sich, daß das Modell nach wenigen Metern langsam über die Längsachse abkippt, einige Zeit taumelt und dann chaotisch abstürtzt. Beim Abkippen ist auch eine Drehung um die vertikale Achse zu erkennen. Diese Drehung ist mit Hilfe eines Gyrosensors direkt messbar. Wird dieser Messwert in entgegengesetzter Richtung dem Querruder aufgeschaltet, ergibt sich eine Stabilisierung um die Längsachse.

Bei Tests mit dieser Einachsensteuerung war schon eine deutlich höhere Stabilität zu erkennen. Das Flugzeug nahm nun nach einer deutlich längeren Zeit die Nase nach unten, kippte also in der Querachse und nicht mehr in der Längsachse. Es ging dann langsam in einen geraden Sturzflug über.

Bei normalem Geradeausflug ohne Loopings oder sonstige kreisförmige Bewegungen um die Querachse, d.h. ohne Nickbewegung, treten entlang der Längsachse keine Fliehkräfte auf. Daher ist hier eine Stabilisierung mit Hilfe eines Beschleunigungssensors möglich. Die Achse des Sensors muß dabei senkrecht zur Erdbeschleunigung und parallel zur Längsachse stehen. Prinzipiell kann man dieses Verfahren mit einer Wasserwaage vergleichen -- ist die Längsachse des Modells aus dem Lot, wird es mit Hilfe des Höhenruders um die Querachse in die entsprechende Lage zurückgedreht.

Probleme bei dieser Methode treten allerdings auf, wenn das Flugzeug entlang der Längsachse zusätzlich beschleunigt wird, also z.B. durch die Motoren oder eine Windböe. Dies lässt sich glücklicherweise recht einfach erkennen, indem man die Geschwindigkeit relativ zur Luft misst und über die Zeit differenziert. Da der GPS-Empfänger nur die Geschwindigkeit über Grund misst, ist ein zusätzlicher Sensor in Form eines kleinen Windrädchens, dessen Drehzahl gemessen wird, notwendig.

Alle beschriebenen Sensoren wurden ins Modell eingebaut und mit dem Haupt-Controller verbunden. Dieser ist für die A/D-Wandlung der Mess-Signale zuständig und führt in seiner Software die eigentliche Lagesteuerung durch.