SHARC Teknikdemonstrator

Transkript

1 SHARC Teknikdemonstrator Carl-Olof Carlsson Saab Aerosystems SHARC Teknikdemonstrator Flygning i avlyst luftrum Syfte Att på ett snabbt och billigt sätt demonstrera autonom flygning. Att få ett avioniksystem som kan användas i kommande UAV:er En demonstratorplattform för utveckling av framtida UAV-System Att visa en SHARC-liknande konfiguration i luften Att praktiskt genomföra LV-processen fram till erhållande av FUT Projektet Projektet har drivits i ett litet team på ca 10 pers Första flygning april

2 SHARC Teknikdemonstrator Systemet är konstruerat för luftvärdighet enligt: Designstandard Unmanned Aerial Vehichles CASA Australia, som är en utveckling av FAR 23. FLYGI: Introduktion av UAV-system ur flygsäkerhets och luftvärdighetssynpunkt. LFV: Flygning med obemannade luftfartyg (UAV) i luftrum med civil flygverksamhet. Flygsäkerhetsmål och tillståndsprocess. Projektet startade efter midsommar Konfiguration Spännvidd 2.1 m Längd 2.5 m Fart km/ h Maxvikt: 60 kg varav bränsle 18 kg Gasturbindrift AMT Olympus 20 kg dragkraft MC75 som bränsle Flygtid: ca 30 min Höjd: under 1000 m Rullsträckor: ca 250 meter Avstånd: max 25 km 2

3 Avioniksystem. Utformningen av systemet är anpassat till att flygning endast får ske inom avlyst område. Detta innebär att den kritiska felmoden är att farkosten rymmer. Möjlighet finns att snabbt manuellt ta över styrningen via en kommandolänk. Länkar till marken för data och video. Vid bortfall av kommandolänk flyger farkosten automatiskt åter till basen. Om inte kontakten återkommer sker automatisk terminering på förvald plats för att reducera risken för personer och egendom på marken. Manuellt kommando för att snabbt kunna avsluta flygningen. GPS Kommunikation Pilotens utrustning: Headset, videogoggles och manöverlåda Video L-band Telemät UHF Telestyr UHF Flygradio TWR Manöverlåda Mobil markstation max 100 m 3

4 Funktionsmoder 1. Manuell Reservmod. Styrsignal från förare direkt till roder. 2. Manuell Normalmod. Förarens styrsignal via datorn i farkosten. Förbättrade flygegenskaper. 3. Automatisk Normalmod. Navigering enligt före start inmatad brytpunktsbana. 4. Automatisk Hemflygning. Automatiskt vid bortfall av länk. Kan även beordras från marken. 5. Automatisk Terminering. Automatiskt efter långvarigt bortfall av kommandolänk. Flygning till närmaste termineringspunkt och terminering på en plats där haveri ska kunna ske utan skada på person eller egendom. 6. Nödstopp. Signal från marken att avslutning av flygning ska ske omedelbart. Avioniksystem 4

5 BATTERI UTRYMME Tankluftning GPS-antenn FRÄMRE APPARATRUM BRÄNSLETANK 5

6 Beräkningskärnan (Controller) Input Signal Processing Waypoint Navigation function Coupled Control Function Control Function Output Signal Processing Beräknar estimat för position, höjd, fart, attityd, kurs med flera variabler från sensordata Beräknar höjdfel och kursfel utifrån en brytpunktslista Beräknar kommenderad rollvinkel och banvinkel Styrning och stabilisering Signalskalning The Controller is mainly designed in SystemBuild TM SystemBuild features Modular design and recyclable modules Distinct interface between modules Powerful simulation features 6

7 The Controller s program code is generated by AutoCode TM AutoCode features Generation of C-code Robust, minimize programming errors Avionic Control System (SB) 7

8 Återanvändning av erfarenheter Centraldator Mätsystemdator fpl 37 & 39 Avioniksystem Bygger på erfarenheter från fpl 37 & 39 Navigering Från fpl 39 och fpl JA 37, t.ex. AHRS Brytpunktsnavigering Delar från fpl AJ 37 Kopplad styrning Fpl 39 och JA37 Mätsystem Fpl 37 och 39 Utvärderingssystem Flyg- och Systemprovs ordinarie system Hela projektet utnyttjar erfarenheter från tidigare SAAB fpl. Kvalificering programvara Vid utvecklingen av programvaran har krav beaktats enligt: MIL-STD-882C Hazard Severity Categories RTCA/DO-178B Software Level Definitions Anpassning till projektet framgår i en Software Development Plan, SDP anpassad till kraven på flygning inom avlyst luftrum. 8

9 HAZARD SEVERITY CATEGORIES MIL-STD-882C CATASTROPHIC I Death, system loss, or severe environmental damage. Level A and B CRITICAL II Severe injury, severe occupational illness, major system or environmental damage. Level C MARGINAL III Minor injury, minor occupational illness, or minor system or environmental damage. Level D NEGLIGIBLE IV Less than minor injury, occupational illness, or less than minor system or environmental damage. Level E Software Level Definitions 1 RTCA/DO-178B Level A: Software whose anomalous behavior, as shown by the system safety assessment process, would cause or contribute to a failure of system function resulting in a catastrophic failure condition for the aircraft. Level B: Software whose anomalous behavior, as shown by the system safety assessment process, would cause or contribute to a failure of system function resulting in a hazardous/severe-major failure condition for the aircraft. Level C: Software whose anomalous behavior, as shown by the system safety assessment process, would cause or contribute to a failure of system function resulting in a major failure condition for the aircraft. 9

10 Software Level Definitions 2 RTCA/DO-178B Level D: Software whose anomalous behavior, as shown by the system safety assessment process, would cause or contribute to a failure of system function resulting in a minor failure condition for the aircraft. Level E: Software whose anomalous behavior, as shown by the system safety assessment process, would cause or contribute to a failure of system function with no effect on aircraft operational capability or pilot-workload. Once software has been confirmed as level E by the certification authority no further guidelines of this document apply. Risklista Då denna farkost endast ska flyga i avlyst luftrum över mark med mycket låg befolkningsenhet beaktas främst: - Risk för personskador (glesbefolkat) - Risk för skador på byggnader/egendom Skador på farkosten betraktas som projektrisk och får främst ekonomiska konsekvenser. För framtida UAV som ska kunna flyga blandat med annan trafik gäller helt andra krav. 10

11 Sharc TD Software Criticality a. Central Computer Program - Level D The vehicle is monitored during flight by use of the redundant real time video link independent of the central computer. A redundant control path exists from the pilot on the ground by use of the radio modem. Criticality level " Level D". Minor failure condition. b. Programmable Microcontroller Functions (PWM) - Level C The programmable Microcontroller software is not considered flight critical. Three different ways to interrupt continued flight: Left aileron control surface Right aileron control surface Independent possibility to stop the engine Criticality level Level C. Major failure condition. Development Model 11

12 Provning av programvara Verifiering och validering har inledningsvis utförts på modulnivå i SystemBuild och andra simuleringsmodeller vid skrivbordet. Totalfunktionen har provats i den generella realtidssimulatorn Styrsim och uppkoppling med farkosten som del av den slutna loopen. Då programvaran i centraldatorn klassats som nivå D enligt 178B är kraven på verifiering och validering måttliga. En omfattande provning har dock utförts. Vid felsimuleringar har enkelfel beaktas. Omkoppling till manuell reservmod möjlig vid dessa fel. Provning och kalibrering Filter Radio modem Datorskärm grafisk presentation av mätdata PC dator med VUsoftNT Roderlägen Simulering ARES m.m. AHRS GPS Pitotrör SUN Slutsteg Styrsändare Radio modem NÖDSTOPP Audio Flygradio ca100 m kabel Pilotens manöverlåda Audio 1. Test av programvara på modulnivå 2. Bänkprov på komplett system 3. Räckviddsprov för radiolänkar 4. Delsystemprov och kalibrering i farkosten 5. Samfunktionsprov i farkosten 6. Simulering med farkosten i den slutna loopen 7. Prov av navigering och registrering vid inledande flygningar 8. Funktionsprov före varje flygning 12

13 Exempel på rutt Erfarenheter Programvara Endast smärre problem med avioniksystemet har noterats. De problem som observerats med programvara har främst varit interface mot andra funktioner. Förberedelser för snabb uppdatering av programvara under pågående kampanj hade genomförts men visade sig inte behövas. De problem som upptäcktes kunde åtgärdas genom tillfälliga restriktioner, varigenom flygningarna kunde fortsättas under samma kampanj 13