Messung der Höhenruderausschläge

Hallo Leute,
vielleicht nicht ganz das richtige Forum, aber ihr habt mir schon immer gut weitergeholfen. Vielleicht auch diesmal:

ich habe ein größeres Projekt vor und bin schon seit einiger Zeit am Grübeln wie ich folgendes Problem gelöst bekomme, doch solangsam gehen mir die Ideen aus. Ich hoffe ihr könnt mir dabei helfen.
Ich möchte im Flug mit einem Segelflugzeug (DG-500) die Höhenruderausschläge erfassen. Diese sollen dann nach dem Flug ausgelesen werden, so dass ich die Ruderausschläge (in Winkel) als Funktion in Abhängigkeit der Zeit darstellen kann. Ich denke die Daten anhand von Mikrocontroller oder ähnlichem zu speichern sollte nicht das Problem sein. Wesentlich mehr tappe ich bei der Sensorik im Dunkeln. Gibt es jemanden der sich schonmal damit auseinandergesetzt hat? Gibt es dafür schon eine Messtechnik? An das Gestänge kommt man nicht so leicht heran, das heißt man müsste die Winkelausschläge direkt an den Rudern irgendwie abgreifen können. Ich kenne mich mit Zulassungsgeschichten relativ gut aus, da ich schon in der Vergangenheit mit der LBA des Öfteren zusammengearbeitet habe, kann also etwas abwägen was Zulassungskonform ist und was nicht. Das heißt, dass soll hier erstmal außer Acht gelassen werden. Die technische Realisierung steht hier mehr im Vordergrund. Hätte jemand eine Idee?

Gruß Robert

Müsste ja eine Art Drehgeber am Ruder sein. Da würde ich dann doch lieber etwas Gehirnschmalz dahin investieren, wie Du den Weg des Höhenrudergestänges unter der Sitzwanne abgegriffen bekommst. Sollte relativ einfach gehen mit einer Mechanik à la Skalenschieber in einem alten Radio: D.h. Litze an zwei Stellen am Gestänge anklemmen und um eine Seilrolle führen, die per Poti oder Winkelgeber ausgelesen wird. Mit einem Seil hast Du auch noch den Vorteil, dass Du relativ unabhängig bist, wo die ganze Messaparatur letztendlich sitzt.

Wäre es nicht der sinnvollere und auch einfachere Ansatz die Pulsweite des Servosteuersignals abzugreifen, umzuwandeln und dann zu speichern ?

Frag mich aber bitte nicht welchen Sensor/Wandler man für so etwas bräuchte - aber es würde mich wundern, wenn es da nichts gäbe

Tobi

... oder ist hier die Frage SOLL vs. IST ?

Es gibt ja mindestens eine Fernsteuerung, die alle Steuersignale aufzeichnen kann.
Wenn das ausreicht, wärst Du ja fertig
Gruß Tk7

@Tobias:
Wir reden hier von einem echten Flugzeug Da gibts keine Servos

@MarkusN:
Die ganze Sensorik sollte so gebaut werden, dass es mit relativ wenig Aufwand in Betrieb genommen werden kann. Damit meine ich nicht die Fertigung des Sensors. Sondern sobald dieser fertiggestellt ist, an ein Segelflugzeug dran, evlt kalibrieren und los gehts.

Ahoi,

wäre da vielleicht etwas mit einem Arduino-System, machbar? Man baut ein kleines "Nubsi" so wie hier (www.rc-network.de/forum/showthread.php/624334-Ruderweg-Messung-mit-Arduino) beschrieben und befestigt es direkt am Ruder?

Nur so ne Idee
Peter

Guter Hinweis

Dann fällt mir ein:
- Professioneller Wegesensor der vom Gestänge geführt wird
- oder K.I.S.S.(KeepItStupidSimple) ein Poti mit einem langen Hebel dran (vielleicht mit Längsloch) das dann von einem Bolzen oder von einer Schnur durch das Gestänge geführt wird.

... Poti oder Wegesensor dann auf einen Controller (vielleicht sogar mit einer RTC) und dann wird auf SD-Karte geloggt.

Tobi

Peter Stöhr schrieb:

wäre da vielleicht etwas mit einem Arduino-System, machbar? Man baut ein kleines "Nubsi" so wie hier (www.rc-network.de/forum/showthread.php/624334-Ruderweg-Messung-mit-Arduino) beschrieben und befestigt es direkt am Ruder?

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Hmm, ich weiss ja nicht. So ein Segelflugzeg liegt im Flug nicht unbeschleunigt auf dem Tisch. Mit Beschleunigungssensoren wird das eher nichts. Du müsstest in sechs Achsen (vielleicht reichen auch weniger, aber sicher in mehreren) die Beschleunigung erfassen und integrieren (sprich: jeder Fehler addiert sich über die Zeit auf.)

Robert93 schrieb:

@MarkusN:
Die ganze Sensorik sollte so gebaut werden, dass es mit relativ wenig Aufwand in Betrieb genommen werden kann. Damit meine ich nicht die Fertigung des Sensors. Sondern sobald dieser fertiggestellt ist, an ein Segelflugzeug dran, evlt kalibrieren und los gehts.

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Da landen wir dann bei zwei Sockeln, die auf Dämpfungsfläche und Ruder aufgeklebt werden (z.B. mit doppelseitigem Klebeband) Auf dem einen ein kleiner Hebel, auf dem anderen ein Wegaufnehmer, der über einen Pleuel vom Hebel her bedient wird. Für definierte Geometrie ein Distanzklotz zwischen die beiden Elemente beim Aufkleben, in Tiefenrichtung das Element auf der Dämpfungsfläche an der Lippenkante ausgerichtet, in Spannweitenrichtung an definiertem Ort.

Wie weit die Geometrie des Ruders (v. a. Distanz von der Ruderachse) sicher ist, wäre abzuklären. Wenn es immer um das gleiche Flugzeug geht, kann man das am Boden eichen. Zur Sensorik und Datenerfassung sollen sich Berufenere äussern.


Oder Pfahlbauermethode: Optischer Winkelmess-Mechanismus ähnlich wie oben aufgeklebt und mit einer Keycam beobachten... Auswertung wird halt Knochenarbeit.

@Peter: Darauf bin ich auch schon gestoßen und fand das zuerst auch ganz nett. Habe jedoch genau wie Markus bedenken, dass diese Methode im Flug tatsächlich funktioniert. Das ganze System bassiert auf einem accelerometer, das heißt, sobald das Flugzeug leichte Turbulenzen erfährt, oder andere g-Kräfte (durch Kurvenflug) erzeugt, wird das Ergebniss verfälscht. Ich brauche eine recht genaue Angabe. Ich würde gerne 0,5° genau messen können. Es gab mal eine Bachelorarbeit über das Thema. Da wurde die Wegmessung direkt am Ruder durch eine optische Inkrementalmessung durchgeführt. Der Sensor bestand aus dem Messlineal, einer Gabellichtschranke, einem Mechanismus (Spiralfeder) zum Aufrollen des Messlineals und einem Gehäuse. In etwa so sich vorzustellen:




Nur war ich mit dieser Lösung überhaupt nicht zufrieden, zudem das nur eine theoretische Ausarbeitung war und noch nie getestet wurde.
Diese Lösung erschien mir zu unausgereift.

@Markus: Deine Lösung hört sich interessant an. Gibt es dazu schon Instrumente? Eventuell ferig zu kaufen? Oder zumindest irgendeine Art Dokumentation, Ausarbeitung dieser Messtechnik? Würde mich brennend interessieren

Robert93 schrieb:

@Markus: Deine Lösung hört sich interessant an. Gibt es dazu schon Instrumente? Eventuell ferig zu kaufen? Oder zumindest irgendeine Art Dokumentation, Ausarbeitung dieser Messtechnik? Würde mich brennend interessieren

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Nö, das war der Brainfart eines Mechanikus', der sich überlegt hat, wie er das Problem angehen würde.

Ansatz ist ähnlich wie in Deiner Illustration dargestellt, aber mit etwas zuverlässigerer, robusterer Mechanik als einem aufrollenden Massband. Zu überlegen ist, ob man das ganze nicht um 90° drehen soll, um die Rudertiefe als Hebelarm nutzen zu können. Der Wegaufnehmer muss dann aber an einem Ausleger über dem Ruder positioniert werden. Alle Komponenten sind auch schwerer als beim Massband, was Einfluss auf die Flatterzulassung haben kann.

@Markus: Ich hab mal eine kleine zeichung gemacht, nur um sicherzustellen, dass ich mir in etwa das gleiche vorstelle wie du meintest. In der zeichnung ist jetzt nicht auf Maßstab oder großartig auf die mechanische Funktionalität geachtet worden. (Das müsste ich mir sowieso erst noch genauer überlegen). Aber meintest du in etwa sowas?:

Hier nochmal eine leicht verbesserte Version:




Funktioniert das so?

http://www.oechsner-messtechnik.de/index.php/de/laengenmesssysteme

und dann die Bewegung der Steuerstange messen.

Es gibt auch Rotationssignalgeber.

Alles per PC speicherbar.

Ich hatte eher an einen Lineargeber gedacht. Geht aber so auch.

Videoanalyse würde bestimmt auch einfach funktionieren

Videoanalyse würde bestimmt auch einfach funktionieren

wenn die Daten erst nach dem Flug benötigt werden, sollte das Aufnehmen der Klappenstellung mit einer Videocam ausreichen.
Das aufgenommene Video kann man dann in Ruhe am PC mit einer Bildanalysesoftware digitalisieren (z.B. mit "OpenCV").
Prinzipiell würde das ganze aber auch Live im Flug mit einem kleinen Computer (z.B. Raspberrypi ö.ä.) funktionieren.
Ein paar Zeilen Code wirst Du da bestimmt aber selber schreiben müssen, da sich genau mit dieser Anwendung vielleicht noch keiner beschäftigt hat.
Aber keine Angst das Tool ist so mächtig (und auch Free, sogar für Firmen), das man mit nur ein paar Zeilen Code, z.B. die X-Y-Position von Personen im Bild vermessen kann, oder Lächeln in Gesichtern oder Buchstaben erkennen kann usw..
Die Winkel-Stellung einer Klappe sollte damit auch kein Problem sein.
Die Genauigkeit hängt natürlich vom Video ab, d.h. wenn die Kammera gut positioniert ist reicht bereits ein SD-Video (PAL) aus um vielleicht +-30° Klappenausschlag mit ca. 0,1° aufzulösen zu können.
Es gibt da tausende Beispiele, schau mal z.B. die ersten 20s von dem Video an, dann weißt Du was ich meine:
https://www.youtube.com/watch?v=bSeFrPrqZ2A

Gruß Dietrich

Würde auch eine Kamera zur Ausschlagerfassung benuzten ,aber nicht am Ruder sondern im Rumpf am Gestänge , einfach einige Makierungen entprechend der Höhenruderausschläge anbringen , einen feststehenden Zeiger davor und alles mit der Kamera aufnehmen .

Ich habe das bei der Idaflieg mit Potis gesehen.



Ist einfach zu bauen, einfach anzubringen und funktioniert. Kalibrieren muss man es eh.

Kurbel

Hallo Robert
Es gibt hier im Forum den Beitrag über Ruderwegmessung mit Arduino. Du müsstest dann aus dieser Idee ausgehend den Sensor mit einer dünnen Vierdraht-Leitung auf das Ruder absetzen und und mit Arduino eine Zentraleinheit mit Aufzeichnung und Real-Time-Clock entwickeln. Dürfte eigentlich nicht so aufwendig sein...
Gruss
Gorki

Gorbi schrieb:

Es gibt hier im Forum den Beitrag über Ruderwegmessung mit Arduino

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Hatten wir schon. Syateme basierend auf Beschleunigungsmessern funktionieren nicht im Flug.