Curs de proiectare drone

Lecția 1 • Fizica de bază a zborului

Acoperă portanța, rezistența la înaintare, tracțiunea și greutatea așa cum se aplică dronelor cu rotor și cu aripi fixe. Construiește intuiția aerodinamică necesară pentru proiectarea structurală și a propulsiei.

Lecția 2 • Anatomia unui sistem de dronă

Prezintă fiecare subsistem major — cadru, propulsie, alimentare cu energie, avionică și sarcină utilă. Stabilește vocabularul comun utilizat în toate capitolele următoare.

Lecția 3 • Clasificarea și tipurile de drone

Categorizează dronele după configurație, dimensiune și profil de misiune. Leagă clasificarea de constrângerile de proiectare explorate în capitolele ulterioare.

Lecția 4 • Istoria și evoluția dronelor

Urmărește dezvoltarea dronelor de la prototipurile militare timpurii la platformele comerciale moderne. Oferă context pentru deciziile de proiectare luate pe parcursul cursului.

Lecția 1 • Analiză aerodinamică computațională

Introduce instrumente de simulare pentru predicția portanței, rezistenței la înaintare și a modelelor de curgere. Studenții rulează analize CFD de bază și analize cu elemente de paletă pentru a valida alegerile de proiectare.

Lecția 2 • Dinamica zborului multirotor

Analizează controlul ruliului, tangajului, girației și al înălțării (heave) în configurații multirotor. Oferă modelul dinamic utilizat ulterior în proiectarea sistemului de control.

Lecția 3 • Efecte atmosferice asupra performanței

Cuantifică modul în care altitudinea, temperatura și vântul afectează performanța aerodinamică. Studenții ajustează parametrii de proiectare pentru a îndeplini cerințele în diferite medii de operare.

Lecția 4 • Aerodinamica aripilor fixe

Acoperă panta curbei de portanță, rezistența indusă și raportul de planare pentru platforme cu aripi fixe. Permite studenților să dimensioneze aripile și să selecteze profile aerodinamice pentru misiuni de anduranță.

Lecția 1 • Încărcări structurale și cazuri de încărcare

Identifică încărcările aerodinamice, inerțiale și de aterizare care acționează asupra cadrului dronei. Stabilește cazurile de încărcare utilizate pentru toate calculele structurale ulterioare.

Lecția 2 • Geometria și configurația cadrului

Acoperă dispunerea brațelor, distanța dintre motoare și plasarea centrului de greutate pentru cadre multirotor și cu aripi fixe. Leagă deciziile geometrice de modelele aerodinamice și dinamice.

Lecția 3 • Analiza tensiunilor și dimensionarea

Aplică teoria grinzilor și concepte de elemente finite pentru dimensionarea elementelor structurale. Studenții calculează factorii de siguranță și identifică locațiile critice pentru defectare.

Lecția 4 • Materiale pentru structuri de drone

Compară aliajele de aluminiu, compozitele din fibră de carbon și materialele plastice de inginerie după rezistență, greutate și cost. Studenții selectează materiale pe baza compromisurilor specifice misiunii.

Lecția 1 • Dimensionarea sistemului de propulsie

Integrează datele motorului, elicei și ESC-ului pentru a dimensiona un sistem de propulsie complet. Studenții construiesc o foaie de calcul pentru dimensionare și verifică performanța de staționare (hover) și urcare.

Lecția 2 • Tehnologii de propulsie alternative

Prezintă pilele de combustie cu hidrogen, sistemele hibride combustie-electric și sistemele cu ventilator carcasat (ducted fan). Pregătește studenții să evalueze opțiunile de propulsie emergente pentru misiuni specializate.

Lecția 3 • Fundamentele motorului electric

Explică funcționarea motorului DC fără perii, indicele KV și curbele cuplu-viteză. Oferă modelul de motor utilizat pentru calculele de dimensionare a propulsiei.

Lecția 4 • Controlere electronice de viteză

Detaliază arhitectura ESC, protocoalele PWM și digitale și selecția valorii nominale a curentului. Leagă alegerea ESC-ului de tensiunea bateriei și specificațiile motorului.

Lecția 1 • Gestionarea termică a sistemelor de alimentare

Abordează generarea de căldură în baterii, ESC-uri și motoare în timpul funcționării susținute. Studenții proiectează strategii de răcire pentru a menține componentele în limite de temperatură sigure.

Lecția 2 • Arhitectura de distribuție a energiei

Proiectează magistrale de alimentare, plăci de distribuție și circuite de protecție pentru sisteme de drone cu multiple sarcini. Asigură livrarea unei tensiuni stabile către motoare, avionică și sarcini utile.

Lecția 3 • Monitorizarea energiei și proiectarea modului de siguranță (failsafe)

Implementează senzori de tensiune și curent, alerte de baterie descărcată și declanșatoare de revenire la origine. Leagă monitorizarea energiei de logica de siguranță a controlerului de zbor, acoperită în capitolul următor.

Lecția 4 • Tehnologia bateriilor și selecția acestora

Compară chimii litiu-polimer, litiu-ion și stare solidă după densitatea energetică și rata de descărcare. Studenții selectează pachete de baterii pe baza bugetelor de anduranță și greutate.

Lecția 1 • Senzori inerțiali și de navigație

Acoperă funcționarea și caracteristicile de eroare ale IMU, barometrului, magnetometrului și senzorului GNSS. Studenții evaluează specificațiile senzorilor pentru acuratețe și performanță la zgomot.

Lecția 2 • Control PID și reglaj

Implementează controlere proporțional-integral-derivat pentru menținerea atitudinii și altitudinii. Studenții reglează câștigurile sistematic folosind metode de răspuns la salt și în domeniul frecvenței.

Lecția 3 • Fuziune de senzori și estimare a stării

Aplică tehnici de filtru complementar și Kalman pentru a fuziona datele zgomotoase ale senzorilor. Produce estimări precise ale atitudinii și poziției utilizate de buclele de control.

Lecția 4 • Legături de telemetrie și comunicații

Proiectează legături radio de control și telemetrie pentru transmisia de comenzi, date și video. Studenții calculează bugetele de legătură și selectează frecvențe pentru o funcționare fiabilă.

Lecția 1 • Tipuri de sarcină utilă și cerințe

Prezintă camere, LiDAR, senzori multiespectrali și mecanisme de livrare ca clase de sarcină utilă. Definește cerințele de greutate, putere și interfață de date pentru fiecare tip.

Lecția 2 • Planificarea misiunii și autonomie

Programează misiuni cu puncte de trecere, geogarduri (geofences) și modele de cartografiere automată folosind instrumente de pilot automat. Studenții generează și validează un plan complet de misiune autonomă.

Lecția 3 • Interfețe de date și calcul la bord

Conectează senzorii sarcinii utile la calculatoarele de bord prin interfețe seriale și video standard. Permite procesarea și stocarea datelor în timp real pentru aplicații critice pentru misiune.

Lecția 4 • Gestionarea greutății și echilibrului sarcinii utile

Calculează deplasarea centrului de greutate din cauza instalării sarcinii utile și corectează dezechilibrul. Asigură menținerea stabilității zborului în toate configurațiile de sarcină utilă.

Lecția 1 • Cadre de reglementare și conformitate

Prezintă cerințele de navigabilitate, autorizare operațională și identificare la distanță în cadrul principalelor cadre de reglementare. Studenții corelează caracteristicile de proiectare cu obligațiile de conformitate.

Lecția 2 • Metode de analiză a siguranței

Aplică FMEA și analiza arborelui de defectare (fault tree analysis) pentru a identifica și atenua modurile de defectare ale dronelor. Produce un registru de riscuri care determină modificări de proiectare și priorități de testare.

Lecția 3 • Investigarea incidentelor și iterația de proiectare

Aplică analiza cauzei principale (root-cause analysis) incidentelor de testare și transformă constatările în îmbunătățiri de proiectare. Închide bucla de proiectare prin actualizarea specificațiilor și retestare.

Lecția 4 • Proceduri de testare la sol

Execută teste pe banc pentru motoare, ESC-uri, sisteme de alimentare și avionică înainte de primul zbor. Stabilește criterii de promovare/respingere și fluxuri de lucru pentru acțiuni corective.