Multirotor droner är nu vanliga och avancerade nog att alla kan flyga dem, men de flesta förstår förmodligen inte hur de stannar i luften. Att förstå grundläggande drone flygfysik kan göra dig till en bättre drone-pilot. Det är enkelt!
Hur helikoptrar flyger
Vi börjar med något helt annat: helikoptrar. Det kan tyckas som en konstig omväg, men att veta lite om hur helikoptrar flyger kommer att förstå drone flyg mycket lättare.
En typisk helikopter har en huvudrotor och en svansrotor. Andra mönster existerar, men de arbetar alla för att kontrollera samma krafter. Det här är en mycket Grundläggande förklaring av hur helikoptrar flyger, men lämpliga för vårt mål när det gäller att förstå Drone-flyg.
Helikoptern har en huvudrotor som genererar dragkraft i en nedåtriktad riktning, lyfter hantverket i luften. Problemet är att när rotorn vrider i en riktning, utövar den en kraft på helikopterkroppen (tack newton!) Och därför skulle både rotorn och helikopterkroppen snurra, bara i motsatta riktningar.
Detta är uppenbarligen inte ett bra sätt att flyga, varför helikoptrar har svansrotorer. Denna rotor sätter ut horisontell tryck för att motverka vridmomentet från huvudrotorn.
Det finns tailless helikoptrar med andra anti-vridmomentsystem, som ryska Kamov KA-52 , som använder två huvudrotorer som spinner i motsatta riktningar, kända som ett koaxiellt arrangemang.
Du är nog också bekant med den amerikanska armén CH-47 Chinook , som har två massiva motroterande huvudrotorer som neutraliserar varandras vridmoment samtidigt som den ger massiv lyftkapacitet.
Vad har det att göra med din quadcopter? Allt!
Multirotor drones och vridmomentproblemet
Om vi tittar på den grundläggande quadcopters layout märker du att de fyra rotorerna är ordnade i ett X-mönster. Två rekvisita svänger i medurs och de andra två moturs. Specifikt snurrar de främre rekvisita i motsatta riktningar mot varandra och detsamma är sant för de bakre rekvisita. Som sådan, rekvisita som är över varandra diagonalt snurrar i samma riktning.
Slutresultatet av detta arrangemang är att om alla rekvisita spinner i samma hastighet, bör dronen vara helt still med näsan fixerad på plats.
Använda vridmoment och tryck på manövrering
Om du inte vill hålla dronens näsa fast i ett läge, kan du använda den här vridmomentinkomstprincipen för att manövrera. Om du försiktigt saktade ner några motorer och sped upp andra, skulle obalansen leda till att hela båten vänder.
På samma sätt, om du sped upp de två bakre motorerna, skulle dronens baksida lyfta upp hela hantverket framåt. Detta gäller för ett par rotorer, så du kan luta hantverket i någon kardinalriktning.
Det finns problem med detta tillvägagångssätt! Om du till exempel slår på en rotor ner, minskar du också sin dragkraft och en annan rotor måste påskynda för att kompensera för det. Om inte, skulle den totala dragkraften minska och dronen skulle förlora höjden. Men om du ökar en rotorns tryck gör att dronen lutar mer, vilket orsakar oönskade rörelser.
Den enda anledningen till att en quadcopter eller annan multirotorfartyg kan flyga är tack vare den komplexa realtidsproblemlösningen som utförs av hårdvaran som styr den. Med andra ord, när du berättar för dronen att flytta i en viss riktning i 3D-utrymme, träna de ombord på flygkontrollsystemen exakt vilken hastighet varje motor ska snurra rotorerna för att uppnå den.
Ur pilotens perspektiv är kontrollingångarna desamma som för alla flygplan. Först har vi yaw, där dronen vänder sig runt sin vertikala axel. För det andra har vi stig, där dronans näsan ställer upp eller ner, vilket gör att den flyger framåt eller bakåt. Slutligen har vi rulla, där dronen rör sig sida till sida. Naturligtvis har du också kontroll över mängden dragkraft, som ändrar höjden av dronen.
Alla rörelser av dronen är en kombination av dessa rörelser. Till exempel är flygande diagonalt en blandning av tonhöjd och rulla på kontrollerna. Vidbordsflygkontrollen gör allt det komplicerade arbetet med att räkna ut hur du översätter ett kommando till exempelvis. kasta näsan ner i specifika motorvarvtal.
Kollektiv vs. fasta rotorer
Det finns en sista viktig aspekt av hur multirotor drones flyger, och det har att göra med rotorerna själva. Nästan alla droner som du kan köpa idag använder "fasta pitch" rotorer. Detta innebär att vinkeln vid vilken rotorbladet skivar in i luften ändras aldrig.
Att gå tillbaka till helikoptrar för ett ögonblick är huvudrotorn typiskt en "kollektiv pitch" -design. Här kan en komplex uppsättning kopplingar ändra vinkeln vid vilken rotorerna attackerar.
Om tonhöjden är noll (rotorbladet är platt), genereras ingen tryck, oavsett hur snabbt rotorn spinner. Eftersom positiv tonhöjd (kasta dragkraft) ökar, börjar helikoptern lyfta. Viktigast, rotorerna kan flyttas till en negativ Pitch position. Här trycker rotorn uppåt, så hantverket kan sjunka snabbare än det enda dragkraften.
Negativ pitch betyder det, teoretiskt, kan helikoptern flyga upp och ner Men de flesta helskaliga helikoptrar är för stora och tunga för att göra detta praktiskt taget. Skalmodellhelikoptrar har ingen sådan begränsning. Detta har lett till ökningen av "3D" RC-helikopterflyg och Mindböjningsföreställningar av skickliga piloter .
Med en fasta rotor är det enda sättet att öka tryckkraften för att öka rotorns hastighet, till skillnad från en helikopter där rotorns hastighet kan förbli konstant medan stigningen varierar. Det betyder att dronen måste ständigt påskynda eller sakta ner sina rotorer, kan inte flyga i någon attityd inom 3D-utrymme, och kan inte komma ned snabbare än frikopplat.
Varför har vi inte kollektiva toner? Det har varit försök som Stingray 500 3d Quadcopter, Men komplexiteten och kostnaden för en sådan design begränsar den till specialansökningar.
Lätt att flyga, flyger inte lätt
Multirotor drones som Dji Mini 2 är Undervaror av teknik och datateknik . De kan bara flyga på grund av en konvergens av olika vetenskaper och tekniker, allt så du kan få några fantastiska klipp på semester. Nu, nästa gång du tar din drone ut för en spin får du en ny respekt för vad den lilla killen kan göra.
