Multirotor droni sono ora comuni e abbastanza avanzati che chiunque può volare, eppure la maggior parte delle persone probabilmente non capisce come rimangono nell'aria. Comprensione della fisica di volo del drone di base può farti diventare un pilota del drone migliore. È semplice!
Come volano gli elicotteri
Inizieremo con qualcosa di completamente diverso: elicotteri. Potrebbe sembrare una strana deviazione, ma sapendo un po 'di come volare gli elicotteri renderanno la comprensione del volo Drone molto più facile.
Un elicottero tipico ha un rotore principale e un rotore di coda. Altri disegni esistono, ma tutti lavorano per controllare le stesse forze. Questo è un molto Spiegazione di base di come volano gli elicotteri, ma appropriati per il nostro obiettivo quando si tratta di comprendere il volo del drone.
L'elicottero ha un rotore principale che genera spinta in una direzione verso il basso, sollevando il mestiere nell'aria. Il problema è che mentre il rotore si trasforma in una direzione, esercita una forza sul corpo dell'elicottero (grazie a Newton!) E quindi sia il corpo del rotore che l'elicottero avrebbero girato, proprio in direzioni opposte.
Questo è ovviamente non è un ottimo modo per volare, motivo per cui gli elicotteri hanno rotori di coda. Questo rotore mette fuori la spinta orizzontale per contrastare la coppia dal rotore principale.
Ci sono elicotteri tailless con altri sistemi anti-coppia, come il russo KAMOV KA-52 , che utilizza due rotori principali che girano in direzioni opposte, noto come disposizione coassiale.
Probabilmente hai anche familiarità con l'esercito americano CH-47 Chinook , che ha due massicci rotori principali contro-rotanti che neutralizzano la coppia a vicenda mentre forniscono una massiccia capacità di sollevamento.
Cosa ha a che fare con il tuo quadcopter? Tutto quanto!
Droni multirotor e il problema della coppia
Se guardiamo il layout di base Quadcopter, noterai che i quattro rotori sono disposti in uno schema X. Due puntelli girano in senso orario e gli altri due in senso antiorario. Nello specifico, i puntelli anteriori girano in direzioni opposte l'una all'altra e lo stesso è vero per i puntelli posteriori. Come tale, gli oggetti di scena che sono di fronte all'altra girano diagonalmente nella stessa direzione.
Il risultato finale di questa disposizione è che se tutti i puntelli stanno girando alla stessa velocità, il drone dovrebbe rimanere perfettamente ancora con il naso fisso sul posto.
Usando la coppia e la spinta alla manovra
Se non si desidera mantenere il naso del drone fissato in una posizione, è possibile utilizzare questo principio di cancellazione della coppia per manovrare. Se hai rallentato appositamente alcuni motori e hai accelerato gli altri, lo squilibrio potrebbe far girare l'intero mestiere.
Allo stesso modo, se hai spinto i due motori posteriori, la parte posteriore del drone sollesti sollevare l'intero artigianato in avanti. Questo è vero per un paio di rotori, in modo da poter inclinare l'imbarcazione in qualsiasi direzione cardinale.
Ci sono problemi con questo approccio! Ad esempio, se si rallenta un rotore, riduci anche la sua spinta e un altro rotore deve accelerare per compensare per questo. In caso contrario, la spinta totale diminuirebbe e il drone perderebbe l'altitudine. Tuttavia, se si aumenta la spinta di un rotore, provoca il drone di inclinare di più, il che causa il movimento indesiderato.
L'unico motivo per cui un quadcoperto o altri mestieri multirotor può volare è grazie al complesso risoluzione dei problemi in tempo reale eseguita dall'hardware che lo controlla. In altre parole, quando si dici al drone di muoversi in una particolare direzione nello spazio 3D, i sistemi di controllo del volo di bordo funzionano esattamente quale velocità ogni motore dovrebbe girare i rotori per raggiungerlo.
Dal punto di vista del pilota, gli ingressi di controllo sono gli stessi di qualsiasi aeromobile. Innanzitutto, abbiamo sbavato, dove il drone gira intorno al suo asse verticale. In secondo luogo, abbiamo un campo, dove il naso del drone si alza su o giù, facendolo andare avanti o indietro. Infine, abbiamo rotoli, dove il drone si muove side-to-side. Naturalmente, hai anche il controllo sulla quantità di spinta, che cambia l'altitudine del drone.
Tutti i movimenti del drone sono una combinazione di questi movimenti. Ad esempio, volare in diagonale è una miscela di pitch e rotola sui controlli. Il controller di volo di bordo fa tutto il complicato lavoro di capire come tradurre un comando per, per esempio. pitch il naso in velocità del motore specifiche.
Collettivo VS. rotori di pitch fissi
C'è un ultimo aspetto importante di come volare i droni multirotor, e questo ha a che fare con i rotori stessi. Quasi tutti i droni che puoi comprare oggi usano rotori "a passo fisso". Ciò significa che l'angolo in cui le fette della lama del rotore nell'aria non cambiano mai.
Tornando agli elicotteri per un momento, il rotore principale è in genere un design "pitch collettivo". Qui, un insieme complesso di collegamenti può alterare l'angolo in cui gli attacchi dei rotori.
Se il pitch è zero (le lame del rotore sono piatte) quindi non viene generata alcuna spinta, non importa quanto velocemente il rotore stia girando. Come passo positivo (il lancio di spinta verso il basso) è aumentato, l'elicottero inizia a sollevare. Soprattutto, i rotori possono essere spostati in a negativo posizione di pitch. Qui, il rotore sta spingendo verso l'alto, quindi l'imbarcazione può scendere più velocemente della semplice pressione di gravità.
Il passo negativo significa che, teoricamente, l'elicottero può volare sottosopra Ma la maggior parte degli elicotteri a grande scala sono troppo grandi e pesanti per farlo praticamente. Gli elicotteri del modello in scala non hanno tale limitazione. Questo ha portato all'aumento del volo "3D" RC elicottero e prestazioni di piegatura mentale da piloti qualificati .
Con un rotore a passo fisso, l'unico modo per aumentare la spinta è quello di aumentare la velocità del rotore, a differenza di un elicottero in cui la velocità del rotore può rimanere costante mentre il passo varia. Ciò significa che il drone deve accelerare costantemente o rallentare i suoi rotori, non può volare in alcun atteggiamento all'interno dello spazio 3D e non può scendere più velocemente del congedo.
Perché non abbiamo i droni collettivi di pitch? Ci sono stati tentativi come il Stingray 500 3D Quadcopter, Ma la complessità e il costo di un tale design lo limitano alle applicazioni specialistiche.
Facile da volare, non vola facilmente
Droni multirotor come il DJI MINI 2. sono Marvelli di ingegneria e tecnologia informatica . Possono solo volare a causa di una convergenza di varie scienze e tecnologie, tutto ciò che puoi ottenere qualche incredibile clip in vacanza. Ora, la prossima volta che prendi il tuo drone per una rotazione avrai un nuovo rispetto per ciò che il ragazzino può fare.
