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Le FPV de Jean-Claude

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Genèse de cet essai de vol en immersion.

 
Mes premiers vols avec retransmission Vidéo remontent à 2003.
 A cette époque le matériel de transmission vidéo embarqué était rare et cher. J'ai donc commencé mes premier essais avec un matériel d'origine radio amateur, fabriqué maison et émettant dans la bande amateur 1,2 GHz. Ce matériel était assez volumineux, lourd et a été difficile de réglage.
 Mais très rapidement, à la même époque, sont apparus sur le marché, des matériels émetteur/récepteur vidéo fonctionnant dans la bande libre ISM (Industrielle, Scientifique et Médicale) 2.4 GHz. C'est celle que nous employons actuellement pour nos radios commandes. L'avantage était que pour un prix très abordable, il était possible d'acquérir un matériel monté et réglé (dans cette gamme de fréquences, il faut des instruments de réglage que l'amateur ne possède pas).
Ces matériels commerciaux relativement fiables, de petites tailles et très légers avaient de plus l'avantage de ne requérir qu'une antenne courte, favorable à l'emport embarqué. Par contre ils requéraient une source 12 Volts embarquée, tout comme les caméras CCD associées à l'époque.

J'ai donc pu réaliser avec succès un certain nombre de vols vidéo, sur le terrain de Chaulgnes avec une "grande plume" de 2,20m (un HUREBERT fabriqué d'après un plan RCM).
 Comme le TX vidéo possédait une bande son non utilisée, j'ai pu avec l'aide de mon ami Alain Lamy aujourd'hui disparu, adjoindre à la transmission de l'image, celle d'un certain nombre de paramètres de vol (donnant entre autres : altitude, vitesse, RPM, température de l'air, tensions des accus embarqués).
Après cette première aventure vidéo/télémesure, une seconde de même nature fut entreprise sur un avion beaucoup plus gros (DUMPER avion de 2,80m fabriqué également d'après un plan RCM).



 

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   " Dumper à l'automne 2009, équipé de 3 caméras + télémesure, avec nacelles extérieures pour essais parachutistes RC"


    Pour compliquer un peu, il était prévu de pouvoir sélectionner en vol une caméra sur les trois qui étaient embarquées et de pouvoir retransmettre au sol un flux plus important de données "autonomes" en télémesure. Il était prévu également de transmettre un certain nombre de données en provenance d'un récepteur GPS. Tout cela fut fait et testé en vol avec un résultat assez satisfaisant dans l’ensemble, mais le transport de tout le matériel sol (en plus de l’avion) n'était pas une mince affaire !.....
     Et ainsi, peu de vols à vocation vidéo ont eu lieu sur la fin de vie de l'avion (avion très endommagé à Nevers, suite à un incident technique d'origine électrique en fin avril 2010).


Départ de l’aventure FPV:

Après cette perte matériel, j'avais toujours envie de "toucher" à la vidéo et à la transmission d'informations, mais dans un nouveau domaine: celui du vol en immersion (le FPV des anglo saxons).
Avec les fabrications de masse en Chine, on trouve tout le matériel électronique, monté et réglé à des prix attractifs (mais avec aussi quelques surprises de temps en temps !.....), j'ai donc décidé de ne faire appel qu'à du matériel du commerce pour me lancer dans l'aventure.


Expérience ab initio sur Rookies:

Après avoir consulté un certain nombre d'articles relatifs au sujet (sur revues ou sites dédiés sur Internet), je jetais mon dévolu sur un avion léger en EPP. Il s'agissait de l'Elektro Rookies de Graupner (1,40m d'envergure, prévu pour 800 à 850 grammes en état de vol), conçu en deux axes et équipé de base d'un moteur brushless en position arrière.

Dès réception, j’ai fait un certain nombre de modifications sur le porteur :
- j'ai passé l'avion en trois axes pour essayer d'avoir une meilleure manœuvrabilité, en taillant des ailerons sur le bord de fuite et en installant 2 servos Hitec HS55 pour les manœuvrer
- j'ai rendu la partie profondeur (stab+gouverne) démontable pour le transport, de façon identique à celle de mon Easy Glider
- je n'ai pas collé les deux demi coquilles du fuselage tout du long comme prévu, mais seulement sur la partie AR, en rendant ainsi une partie de la coquille AV gauche démontable, pour avoir accès à l'électronique embarquée
- j'ai fait une platine servos (HS55 prof+ HS55 dir) solidaire de la partie droite fuselage pour assurer la démontabilité
- j'ai modifié le cockpit amovible pour pouvoir y installer le support caméra avec ses deux servos de PAN/TILT et le Tx vidéo en 2,4 GHz.

Équipement RC :
J'ai dû faire subir quelques modifs à deux émetteurs Thobois (STF96) pour pouvoir disposer d'un ensemble double commande réglementaire (indispensable pour la sécurité dans ce type d'activité)
Le Rookies a été équipé d'un récepteur XPower à 8 voies, travaillant dans la bande des 72 MHz. Le contrôleur d'origine a été remplacé par son équivalent XPower pour commodité de réglages avec la carte ad hoc. Le Lipo 2S 2200mAh préconisé est passé en version 3S pour une puissance accrue, compte tenu du surcroît de masse.

Équipement FPV :
- Caméra couleur CCD standard PAL définition 420 lignes TV fonctionnant en 5V grâce à une alimentation à découpage interne et avec sortie vidéo composite classique.
- Système PAN/TILT pour caméra avec réglage TILT par un HS55 et réglage PAN par HS81avec fonction SLOW (engendrant un effet de traînage paramétrable pour éviter les mouvements secs en latéral)
- un émetteur vidéo 4 canaux bande 2,4 GHz donné pour 40 mW antenne
- un système OSD (ON SCREEN DISPLAY) EzOSD de ImmersionRC, couplé à un récepteur GPS de manière à pouvoir incruster en dynamique sur la vidéo, un certain nombre de paramètres mesurés lors du vol (grâce à une puce dédiée de chez MAXIM ELECTRONIC)
- lunettes de vol RCV922 de FAT SHARK, au standard vidéo PAL/NTSC, équipées en 2.4 GHz (4 canaux utilisables) , alimentées par un Lipo 2S, 900mAh fourni.


 

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"Les deux émetteurs STF96 légèrement modifiés pour faire de la double-commande, avec la paire de lunettes vidéo équipées en 2.4GHz"


L'installation de tout le petit matériel embarqué a nécessité un certain nombre d'aménagements internes et de prises de précautions pour éviter, autant que faire ce peu, les parasites.


 

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"L'Elektro Rookies équipé FPV, prêt au vol le 4 aout 2010. Caméra avec système PAN/TILT + Tx vidéo 2.4GHz montés sur le cockpit"


Et le 4 Août 2010 en fin de matinée eu lieu le premier vol FPV, en compagnie de Polo et Bernard, intéressés par le projet.


 

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"Bernard debout et Polo en position assise pour un premier essai de vol en immersion"

Voici les conclusions du vol en quelques mots :

- porteur un peu trop chargé, ailerons mal alimentés de par la position AR du moteur et donnant une très mauvaise homogénéité des commandes à basses vitesses
- bon fonctionnement global de la vidéo et de l'OSD en éloignement jusqu'à 44Om effectif atteint, mais avec à certains moments des coupures images ou des lignes de brouillage; il faut dire qu'actuellement la bande 2.4 GHz devient encombrée ..... Certains paramètres affichés d'origine GPS ne doivent être pris qu'avec circonspection : c'est le cas de la vitesse qui est une vitesse sol et non une vitesse air et l'altitude qui n'est pas réputée être très précise en GPS. Par contre la distance d'éloignement est très bonne. Les paramètres autonomes : tension batterie et intensité instantanée sont bons, et donc l'énergie consommée en mAh est également fiable. (Vol arrêté à 2200 mAh affiché, capacité de la batterie Lipo 3S embarquée). La vitesse d'acquisition de 6 satellites requis pour l'initialisation OSD est correcte (le temps d'attente est un peu supérieur à la minute). Le port des lunettes requièt d'être en position assise (tout au moins au début de l'expérience FPV) pour s'affranchir des problèmes d'équilibre.
Le système PAN (orientation en azimut) de la caméra ne semble pas être intéressant en l'état, sans être couplé à un système Head Tracker (ceci est une autre histoire ....)

En bref donc : changement de porteur très souhaitable et essai dès que possible d'une transmission Vidéo travaillant dans la bande ISM 5,8 GHz



Seconde expériences sur Twinstar II :

A l'issu de ce premier vol, une rapide concertation à trois, m'engagea dans le processus d'approvisionnement d'un bimoteur 3 axes en EPP un peu plus gros que ROOKIES : le Twinstar II de Multiplex, donné pour 1500 grammes en état de vol.

Comme sur le Rookies, je procédais tout de suite à une série de modifications du porteur, à savoir :
- démontabilité de la partie profondeur pour un transport sans soucis


 

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" Modification du stab + gouverne de profondeur pour démontabilité durant les transports, avant collage sur fuselage"

- adjonction d'un train (donnant à l'avion un certain look de ND262) mais avec un diabolo fixe à l'AV (merci Polo pour les deux roues en mousse sans affectation qui traînaient dans ta boite à malice et également pour le prêt longue durée de deux servos d'ailerons FP-S143 dont je ne disposais pas dans mes tiroirs)


 

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" Twinstar en fin de chantier, sans son cockpit et à la place duquel sera installé la caméra et le TX Vidéo. On remarque l'adjonction d'un train (diabolo AV ici fixe)"

- démontabilité de la 1/2 coquille avant gauche du fuselage comme sur Rookies
- remplacement de la cabine par l'installation d'un plancher pour caméra+ Tx vidéo
- nez démontable pour introduction de l'accu Lipo
- remplacement des 2 moteurs à balais (série 300) fournis et de leur variateur par deux brushless Protronik DM2215 de KV 1150 et équipés chacun d'un contrôleur XPower 25 A avec modification des supports en nacelle fournis. Deux Hélices 9x6 furent installées en contra rotatives (merci Bernard pour la 9x6 propulsive dont je ne disposais pas)


 

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" Intégration d'un moteur brushless dans la nacelle gauche. Branchement provisoire pour détermination du sens de rotation hélice avant intégration du contrôleur"

- déport sur plaquette epoxy du servo de profondeur pour assurer la démontabilité de la demi coquille AV gauche du fuselage.

Le matériel embarqué RC et FPV étant identique à celui du vol sur Rookies, après une vérification du centrage et le passage de la Lipo (3S 4OOOmAh) à l’avant, il fallu rajouter 45g de plomb à l'AR.....! Ce dont je me serais bien passé ......


Le premier vol eut lieu en fin de matinée le 22 Août 2010 pour évaluer le nouveau porteur.


 

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" Les deux photos ci dessus montrent TWinstar équipé du matériel FPV à la place du cockpit avant vol du 22 Aout 2010. Caméra avec système PAN/TILT et Tx vidéo en 2.4 GHz"


De ce premier vol Twinstar II, (toujours en version 2,4 GHz) il est apparu :

- que le piqueur moteur d’environ 2° était très insuffisant
- les coupures vidéo rencontrées en 2.4 GHz semblaient peu compatibles avec un vol FPV sans soucis
- que le porteur semblait mieux adapté à l'emport FPV que le Rookies, aux vitesses "normales". Par contre, l’approche des basses vitesses mit en évidence un "méchant" départ en décrochage lors des essais (spirale engagée brutale liée vraisemblablement à la traînée de l'installation FPV et au centrage). Avec l'approche des basses vitesses problématique, le vol se trouva écourté lors d'une tentative de réglage moteur qui se termina mal. Il n'y eu fort heureusement que qq grosses bosses au final sans gros dégâts.


En conclusion de ce premier vol sur Twinstar :

il convenait de revoir complètement l'installation, essayer de gagner en masse et de jouer sur le centrage pour éliminer le lest AR. Un essai dans la bande 5,8 GHz était souhaitable par ailleurs.

On continue!

Le chantier fut repris après avoir tout débarqué et pansé les bobos.
 Compte tenu des résultats précédents, les moteurs furent calés avec 5° de piqueur. La clef d'aile d'origine en fibre de verre fut remplacée par un tube carbone de 10mm. Le servo de direction fut installé au plus près du stab AR et sa tringlerie réduite. La partie FPV (Tx et caméra) fut placée complètement à l'avant, avec suppression du servo PAN de caméra, paraissant bien inutile à ce stade de l'expérimentation. Le Tx vidéo 2.4 GHz fut remplacé par un Tx dans la bande ISM de 5.8 GHz. La nouvelle répartition du matériel permit de s'affranchir du lest AR. Des hélices 8x6 furent installées pour essai. Bref c'est au total un allègement de 115 g ! qui fut réalisé lors de ce chantier, avec un centrage obtenu très voisin de celui préconisé par le constructeur (8,5 cm du BA).


 

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" Vue de l'équipement interne du Twinstar avant vol du 10 septembre 2010. A l'avant on distingue la caméra sur son support TILT et immédiatement derrière le Tx vidéo en 5.8 GHz"

Après chantier, un deuxième vol fut exécuté le 10 septembre 2010 en fin de matinée.
Avec le nouveau calage des moteurs, l'avion s'avéra beaucoup plus docile dans les variations de régime. La nouvelle coupe du nez "en cuillère" s'avéra un peu casse pieds dans la stabilisation des changements d'assiette, mais le décrochage s'avéra très sain, à contrario du premier vol. Au sol l'installation provisoire du 5,8 GHz sur les lunettes, nécessitait un peu de filasse "sauvage", puisque les lunettes sont équipées de base en 2,4 GHz.


 

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"10 septembre 2010 : Twinstar équipé avec caméra et TX en 5.8 GHz (non visible) dans le nez, objectif normal"

Du coté FPV, il fut noté :
- pratiquement aucune coupure sérieuse dans la vidéo passée par le Tx en 5,8 GHz
- bon fonctionnement de l'OSD (avec toujours les mêmes réserves sur Z et Vi)
- un champ objectif un peu trop petit par rapport à celui de l'œil (objectif embarqué de 3,6 mm)

Bref, ce fut un vol très encourageant, mais aussi révélateur d'un gros travail et d'un long chemin à parcourir pour obtenir à un résultat correct en FPV.

Station au sol

     En plus du travail sur le porteur, il devenait également urgent de commencer à assembler une installation provisoire au sol, de manière à ce que des spectateurs ne restent pas frustrés et puissent pouvoir partager les images reçues par le pilote, porteur des lunettes vidéo.
     Un pied photographique sans emploi, fut choisi pour supporter le matériel. Après confection, une tablette supérieure reçut un petit téléviseur 12V/230V, à écran plat de 33 cm de diagonale, avec entrée vidéo composite PAL. Cette tablette supérieure reçut également l'embase d’un petit mât démontable en tube PVC, supportant en tête un ou deux récepteurs vidéo dans la bande 5,8 GHz. Ces récepteurs à double sorties au format composite PAL, sont alimentés en 12V et fixés par scratch.
Une tablette intermédiaire peut supporter un petit ARCHOS 605 multimédia et sa DVR station pour pouvoir enregistrer si besoin est, ce que voit la caméra.
    Dessous cette tablette intermédiaire est suspendu un bloc alimentation, pouvant donner à partir d'une batterie au plomb de 47 Ah/12V, du 230V 50Hz avec une puissance max de 300 VA, et du 12V continu (2x2A) pour les divers besoins.


 

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" L'installation sol, avec son mât supportant un RX 5.8 GHz et son antenne boudin. Le carton provisoire anti soleil cache le petit télé, plus bas la petite étagère supportant le coffret ALIM et la batterie au plomb de service"


Les lunettes vidéo, toujours équipées de base en 2,4 GHz, reçoivent avec une filasse provisoire le signal composite d'un des récepteurs 5,8 GHz (avant une « bidouille » ultérieure qui devrait les rendre autonomes)

    Pour ce qui est du porteur : compte tenu des deux premiers vols, le système Tilt de caméra fut débarqué et la caméra légèrement avancée. Le servo de profondeur fut passé complètement à l’AR. La caméra reçut un objectif varifocal pour permettre de se caler avec une focale assez voisine de celle de l'œil.


 

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" Installation d'un objectif varifocal sur la caméra, suppression du système Tilt et train AV rendu orientable"

 De manière à retrouver le centrage porteur, voisin de celui qui est préconisé, le train AV fut alourdi et du coup rendu orientable avec un petit servo à pignonnerie métal d'origine asiatique. Le nez « en cuillère » fut réduit, ajusté et arrondi.


 

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" Vue avant du Twinstar montrant l'objectif varifocal avant vol du 15 octobre 2010".

Le vol n° 3 Twinstar réalisé le 15 octobre 2010 en début d'après midi, a permis de valider les choix de la station sol (il restera à construire un pare soleil opérationnel, à réduire « la filasse » et à fiabiliser la connectique).
 Du coté avion, il conviendra d'introduire un couplage Moteur/Profondeur et un autre Ailerons/Direction pour mieux aider le pilote en immersion.

 L'OSD marche bien (malgré les remarques formulées sur Z et Vi). Les coupures vidéo existent encore en 5,8 GHz, mais sont en général de très courtes durées (origine pour l'instant non déterminée). Un enregistrement de courte durée sur l'ARCHOS 605 a permis de valider l'idée d’emploi.




 

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" L'écran télé au sol montrant malgré le soleil, la piste d'aéromodélisme de Nevers et les paramètres de l'OSD incrustés dans l'image"



 

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" Une partie de l'équipe présente lors du vol du 15 octobre 2010 et Jean-Claude en immersion"



 

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"Sur les incrustations OSD de l'image, on distingue de haut en bas et de gauche à droite : la vitesse sol, la distance d'éloignement avion/opérateur sol avec une petite flèche donnant la direction à prendre pour revenir, l'altitude donnée par le GPS embarqué, La tension de la batterie de bord, l'intensité instantanée, l'énergie consommée en mAh depuis le début de vol"

Une rapide conclusion globale:

le vol en immersion : ce n'est pas facile ! Les résultats obtenus à ce jour sont encourageants, mais il y a du travail et du grain à moudre !


 

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" Jean-Claude et son matériel expérimental, on distingue l'ARCHOS 605 pouvant servir à l'enregistrement Vidéo/son sur la tablette intermédiaire"

Pougues le 19 octobre 2010-10-18

Jean-Claude Sirot

Un grand merci à Jean-Claude pour ce super article.
Bonnes expériences, bons vols et à bientôt pour de nouvelles aventures.
Polo le webmestre


Date de création : 04/03/2015 22:23
Catégorie : - Constructions
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