Multirotor. droner. Er nu almindelige og avancerede nok, at nogen kan flyve dem, men de fleste mennesker forstår sandsynligvis ikke, hvordan de bliver i luften. Forståelse af Basic Dron Flight Physics kan gøre dig til en bedre drone pilot. Det er simpelt!
Hvordan helikoptere flyver
Vi starter med noget helt anderledes: helikoptere. Det kan virke som en mærkelig omvej, men at kende lidt om, hvordan helikoptere flyver vil gøre forståelse drone flyvning meget lettere.
En typisk helikopter har en hovedrotor og en hale rotor. Andre designs eksisterer, men de arbejder alle for at kontrollere de samme kræfter. Dette er en meget Grundlæggende forklaring på, hvordan helikoptere flyver, men passer til vores mål, når det kommer til at forstå drone flyvning.
Helikopteren har en hovedrotor, der genererer presset i en nedadgående retning, løfter fartøjet i luften. Problemet er, at når rotoren vender i en retning, udøver det en kraft på helikopterkroppen (tak Newton!) Og derfor ville både rotor- og helikopterlegemet spinde, lige i modsatte retninger.
Dette er naturligvis ikke en god måde at flyve på, hvorfor helikoptere har hale rotorer. Denne rotor udgør vandret tryk for at modvirke drejningsmomentet fra hovedrotoren.
Der er tailless helikoptere med andre anti-drejningsmomentsystemer, som den russiske Kamov KA-52 , som bruger to hovedrotorer, der spinder i modsatte retninger, kendt som et koaksialt arrangement.
Du er sandsynligvis også bekendt med den amerikanske hær CH-47 Chinook , som har to massive moddrotende hovedrotorer, der neutraliserer hinandens drejningsmoment, samtidig med at der også leverer massiv liftkapacitet.
Hvad har dette at gøre med din quadcopter? Alt!
Multirotor droner og drejningsmomentproblemet
Hvis vi ser på den grundlæggende Quadcopters layout, vil du bemærke, at de fire rotorer er arrangeret i et X-mønster. To rekvisitter drejer i retning med uret og de to andre mod uret. Specifikt spinder de forreste rekvisitter i modsatte retninger til hinanden, og det samme gælder for de bageste rekvisitter. Som sådan, rekvisitter der er på tværs af hinanden, drejer diagonalt i samme retning.
Slutresultatet af dette arrangement er, at hvis alle rekvisitter spinder med samme hastighed, skal dronen forblive helt stille med sin næse fast på plads.
Ved hjælp af drejningsmoment og tryk for at manøvrere
Hvis du ikke ønsker at holde drone's næse fast i en position, kan du bruge dette drejningsmomentstyrende princip til at manøvrere. Hvis du målrettet sænket nogle motorer og sped andre, ville ubalancen forårsage, at hele håndværket skulle vende.
Ligeledes, hvis du sped de to bageste motorer, ville bagenden af dronen løfte op til at vippe hele fartøjet fremad. Dette gælder for et par rotorer, så du kan vippe fartøjet i enhver kardindretning.
Der er problemer med denne tilgang! For eksempel, hvis du sænker en rotor ned, reducerer du også dens tryk, og en anden rotor skal fremskynde for at kompensere for den. Hvis ikke, ville det samlede tryk falde, og dronen ville miste højden. Men hvis du øger stød af en rotor, får den dog, at dronen til at vippe mere, hvilket forårsager uønsket bevægelse.
Den eneste grund til en quadcopter eller andet multirotor håndværk kan flyve, er takket være den komplekse realtids problemløsning udført af den hardware, der styrer den. Med andre ord, når du fortæller dronen at bevæge sig i en bestemt retning i 3D-rum, udarbejder de indbygget flyvekontrolsystemer præcis, hvilken hastighed hver motor skal dreje rotorerne for at opnå det.
Fra pilotens perspektiv er kontrolindgange de samme som for ethvert fly. For det første har vi yaw, hvor dronen vender om sin lodrette akse. For det andet har vi tonehøjde, hvor droneens næsepladser op eller ned, hvilket gør det flyve frem eller tilbage. Endelig har vi rulle, hvor dronen bevæger sig side-til-side. Selvfølgelig har du også kontrol over mængden af tryk, som ændrer droneens højde.
Alle bevægelser af dronen er en kombination af disse bevægelser. For eksempel er flyvende diagonalt en blanding af tonehøjde og rulle på kontrollerne. Den indbyggede flyvekontroller gør alt det komplicerede arbejde med at finde ud af, hvordan man oversætter en kommando til for eksempel. pitch næsen ned i specifikke motorhastigheder.
Collective vs Faste Pitch Rotors
Der er et sidste vigtigt aspekt af, hvordan multirotor droner flyver, og det har at gøre med rotorerne selv. Næsten alle droner, som du kan købe i dag, bruger "fast pitch" rotorer. Det betyder, at den vinkel, hvor rotorbladet skiver i luften, aldrig ændres.
Gå tilbage til helikoptere Et øjeblik er hovedrotoren typisk en "kollektiv tonehøjde" design. Her kan et komplekst sæt forbindelser ændre vinklen, hvor rotorerne angriber.
Hvis tonehøjden er nul (rotorbladene er flad), er der ikke genereret ingen tryk, uanset hvor hurtigt rotoren spinder. Som positiv tonehøjde (kaste tryk nedad) øges, begynder helikopteren at løfte. Vigtigst er det, at rotorerne flyttes til en negativ pitch position. Her strækker rotoren opad, så håndværket kan falde hurtigere end den eneste tyngdekraft.
Negativ tonehøjde betyder det, teoretisk, helikopteren kan flyve på hovedet Men de fleste helikoptere er for store og tunge til at gøre dette praktisk taget. Skala model helikoptere har ingen sådan begrænsning. Dette har ført til stigningen af "3D" RC Helikopterflyvning og Mind-bending forestillinger af dygtige piloter .
Med en fast-pitch rotor er den eneste måde at øge trykket på at øge rotorhastigheden, i modsætning til en helikopter, hvor rotorhastigheden kan forblive konstant, mens tonehøjde varierer. Det betyder, at dronen skal konstant fremskynde eller sænke rotorerne, kan ikke flyve i enhver holdning inden for 3D-rummet og kan ikke komme hurtigere end frit fald.
Hvorfor har vi ikke kollektive-pitch droner? Der har været forsøg som Stingray 500 3D Quadcopter, Men kompleksiteten og omkostningerne ved et sådant design begrænser det til specialiserede applikationer.
Let at flyve, flyver ikke let
Multirotor droner som DJI Mini 2. er Marvels of Engineering and Computer Technology . De kan kun flyve på grund af en konvergens mellem forskellige videnskaber og teknologier, alt så du kan få et par fantastiske klip på ferie. Nu, næste gang du tager din drone ud for et spin, får du en ny respekt for, hvad den lille fyr kan gøre.
