Multirotor drones zijn nu alledaags en geavanceerd genoeg dat iedereen ze kan vliegen, maar de meeste mensen begrijpen waarschijnlijk niet hoe ze in de lucht blijven. Inzicht in Basic Drone Flight Physics kan u tot een betere drone-piloot maken. Het is makkelijk!
Hoe helikopters vliegen
We beginnen met iets heel anders: helikopters. Het lijkt misschien een vreemde omweg, maar het kennen van een beetje over hoe helikopters vliegen begrijpend drone-vlucht veel gemakkelijker maken.
Een typische helikopter heeft een hoofdrotor en een staartrotor. Andere ontwerpen bestaan, maar ze werken allemaal om dezelfde krachten te beheersen. Dit is een heel Basisuitleg over hoe helikopters vliegen, maar geschikt voor ons doel als het gaat om het begrijpen van drone-vlucht.
De helikopter heeft een hoofdrotor die de stuwkracht in een neerwaartse richting genereert, het ambacht in de lucht opheft. Het probleem is dat als de rotor in één richting verandert, het een kracht uitoefent op het helikopterlichaam (bedankt Newton!) En daarom zouden zowel de rotor- als de helikopterlichaam draaien, net in tegengestelde richtingen.
Dit is natuurlijk geen geweldige manier om te vliegen, daarom hebben helikopters staartrotoren. Deze rotor brengt horizontale stuwkracht uit om het koppel uit de hoofdrotor tegen te gaan.
Er zijn tailleshelikopters met andere anti-koppelsystemen, zoals de Rus Kamov KA-52 , dat twee hoofdrotoren gebruikt die in tegengestelde richtingen draaien, bekend als een coaxiale regeling.
Je bent waarschijnlijk ook bekend met het Amerikaanse leger CH-47 Chinook , dat twee enorme tegenroterende hoofdrotoren heeft die elkaars koppel neutraliseren en tegelijkertijd massale hefcapaciteit bieden.
Wat heeft dit te maken met je quadcopter? Alles!
Multirrotor drones en het koppelprobleem
Als we kijken naar de lay-out van de basis quadcopter, zult u merken dat de vier rotors in een X-patroon zijn gerangschikt. Twee rekwisieten draaien in de klok in en de andere twee in een tegen de klok in richting. Specifiek draaien de voorste rekwisieten in tegengestelde richtingen naar elkaar en hetzelfde geldt voor de achterste rekwisieten. Als zodanig, rekwisieten die tegenover elkaar liggen, draaien diagonaal in dezelfde richting.
Het eindresultaat van deze regeling is dat als alle rekwisieten op dezelfde snelheid draaien, de drone perfect moet blijven met zijn neus die op zijn plaats is bevestigd.
Gebruik van koppel en stuwkracht om te manoeuvreren
Als u de neus van de drone niet in één positie wilt houden, kunt u dit koppel-annuleren principe gebruiken om te manoeuvreren. Als je doelbewust een aantal motoren vertraagde en anderen hebt gespeeld, zou de onbalans ervoor zorgen dat het hele vaartuig omdraait.
Evenzo, als u de twee achtermotoren opduikt, zou de achterkant van de drone omhoog opheffen kantelen van het hele ambacht. Dit geldt voor een paar rotoren, zodat u het vaartuig in elke kardinale richting kunt kantelen.
Er zijn problemen met deze aanpak! Als u bijvoorbeeld een rotor vertragen, vermindert u ook de stuwkracht en moet een andere rotor versnellen om het te compenseren. Zo niet, dan zou de totale stuwkracht afnemen en verliest de drone hoogte. Als u echter de stuwkracht van een rotor verhoogt, veroorzaakt het de drone om meer te kantelen, wat ongewenste beweging veroorzaakt.
De enige reden waarom een quadcopter of een andere multirotor craft kan vliegen, is dankzij de complexe real-time probleemoplossing die wordt uitgevoerd door de hardware die het bestuurt. Met andere woorden, wanneer u de drone vertelt om in een bepaalde richting in de 3D-ruimte te bewegen, werken de aan boord vluchtbesturingssystemen precies welke snelheid elke motor de rotoren moet draaien om het te bereiken.
Vanuit het perspectief van de piloot zijn de besturingangen hetzelfde als voor elk vliegtuig. Ten eerste hebben we gieren, waar de drone omdraait om zijn verticale as. Ten tweede hebben we pitch, waar de neus van de drone omhoog of omgaat, waardoor het naar voren of achteruit vliegt. Ten slotte hebben we rol, waar de drone zij-naar-kant beweegt. Natuurlijk heb je ook controle over de hoeveelheid stuwkracht, die de hoogte van de drone verandert.
Alle bewegingen van de drone zijn een combinatie van deze bewegingen. Diagonaal vliegen is bijvoorbeeld een mengsel van pitch en rol op de bedieningselementen. De aan boord-vluchtcontroller doet al het gecompliceerde werk van het uitzoeken van een opdracht naar bijvoorbeeld. toon de neus naar beneden in specifieke motorsnelheden.
Collective versus vaste toonhoogte rotoren
Er is een laatste belangrijke aspect van hoe Multirotor drones vliegen, en dat heeft te maken met de rotoren zelf. Bijna alle drones die u vandaag kunt kopen, gebruikt u "vaste toonhoogte" -rotoren. Dit betekent dat de hoek waarbij de rotorblad plakjes in de lucht verandert, nooit verandert.
Een moment teruggaan naar helikopters, de hoofdrotor is meestal een ontwerp "collectief pitch". Hier kan een complexe reeks koppelingen de hoek veranderen waarop de rotorsaanval.
Als de toonhoogte nul is (de rotorbladen zijn plat), wordt er geen stuwkracht gegenereerd, ongeacht hoe snel de rotor draait. Als positieve toonhoogte (gooien stootkracht naar beneden) wordt verhoogd, begint de helikopter op te tillen. Het belangrijkste is dat de rotoren kunnen worden verplaatst naar a negatief pitch-positie. Hier wordt de rotor naar boven gegaan, zodat het vaartuig sneller kan dalen dan alleen de zwaartekracht.
Negatieve toonhoogte betekent dat theoretisch de helikopter kan vlieg ondersteboven Maar de meeste volledige helikopters zijn te groot en zwaar om dit praktisch te doen. Schaalmodelhelikopters hebben geen dergelijke beperking. Dit heeft geleid tot de opkomst van "3D" RC-helikoptervlucht en Mind-buig uitvoeringen door bekwame piloten .
Met een rotor met vaste tooninstelling is de enige manier om de stuwkracht te verhogen om de rotorsnelheid te verhogen, in tegenstelling tot een helikopter, waar de rotorsnelheid constant kan blijven terwijl het pitch varieert. Dit betekent dat de drone zijn rotoren voortdurend moet versnellen of vertragen, kan niet in een houding binnen 3D-ruimte vliegen en kan sneller dan de vrije val niet afdalen.
Waarom hebben we geen collectief-pitch drones? Er zijn pogingen geweest zoals de Stingray 500 3D Quadcopter, Maar de complexiteit en kosten van een dergelijk ontwerp beperken het tot gespecialiseerde toepassingen.
Gemakkelijk te vliegen, vliegt niet gemakkelijk
Multirotor drones zoals de DJI MINI 2 zijn Marvels of Engineering and Computer Technology . Ze kunnen alleen vliegen vanwege een convergentie van verschillende wetenschappen en technologieën, allemaal, zodat u een paar geweldige clips op vakantie kunt krijgen. Nu, de volgende keer dat je je drone neemt voor een draai, heb je een nieuw respect voor wat de kleine man kan doen.
