Pitanje:
Zašto multiroktori obično imaju četiri propelera?
anonymous2
2020-04-17 00:43:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Primijetio sam da bespilotne letjelice s lebdenjem gotovo uvijek imaju četiri propelera. Postoje naravno helikopteri koji imaju dva, ali općenito se čini da velika većina UAV-a ide s četiri propelera.

Čini mi se intuitivno da to mora biti manje učinkovito: Više točaka trenja, više ožičenja, veća težina, itd. ...

Zašto vidimo da prevladava prevladavanje četiri bespilotna zrakoplova, a ne, na primjer, tri propelera? Je li to samo zato što ga je lakše kontrolirati ili daje uglađeniji let? Ili postoji neki fizički razlog?

četiri odgovori:
#1
+26
Kenn Sebesta
2020-04-17 01:03:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kod zrakoplova postoji 6 stupnjeva slobode (DoF) koje želimo kontrolirati (nagib i nagib i xyz), ali za lebdeća vozila (tj. rotorcraft) možemo izmaknuti kontroliranju dva stupnja slobode (xy ) kombiniranjem 4 druga stupnja (roll-pitch-yaw + z).

Postoje četiri načina upravljanja ta četiri DoF-a, obično:

  • helikopteri koji koriste lopatice promjenjivog koraka i neke kombinacije glavnog i repnog rotora, što rezultira kombinacijom koja rezultira kontrolom nad kotrljanjem, nagibom, nagibom i potiskom
  • trikopterima, quadcopterima, hexacopterima, hoctocopterima itd ..., svi oni koriste oštrice za upravljanje kotrljanjem, nagibom, nagibom i potiskom.

Negdje je neizbježno da za stabilizirani let na sva četiri DoF-a morate imati sposobnost kontrolirati svaki DoF . Matematički, quadcopter nudi najmanji broj jednostavnih aktuatora koji izvršavaju posao. Svaki pokretač može raditi jednostavnim ubrzavanjem ili usporavanjem, dok helikopteri i trikopteri zahtijevaju neku drugu vrstu pokretanja, obično složenu. Ispada s pragmatičnog gledišta ubrzavanje i usporavanje motora mnogo je robusnije od mijenjanja kutova lopatica koje se vrte .

Quadcopter

Formalno, izgleda ovako:

Quadcopter for Qids

Dakle, quadcopteri vladaju nad helikopterima i tripcoterima jer su jednostavni. Svakom osi upravlja određena kombinacija brzina motora, a sve osi su neovisne, tj. Kada povećavate potisak, ne morate se brinuti i o promjeni tona.

Pa zašto ne hexas, hobotnice itd. ...?

Hexacopters

Hexas može podići više, ali ne pruža nikakvu dodatnu sigurnosnu marginu jer ne postoji način da se stabiliziraju sve četiri osi kad proizvoljni motor ugasi (postoje određene konfiguracije koje mogu nastaviti letjeti ako jedan motor iz skupa od četiri otkaže, ali ne mogu letjeti ako otkaže bilo koji od druga dva).

Hexa su također manje učinkovita, jer koriste manje propelere. (Bez zaranjanja u teoriju oštrica i pomalo pojednostavljivanja, najefikasnija oštrica je jedna oštrica koja je beskrajno velika i kreće se beskrajno polako.)

Hexas također ima 6 motora za četiri stupnja slobode, pa kad sve je ravno dobivate ono što se naziva "prekomjernim" sustavom. Zapravo ih možete usmjeriti na zanimljiv učinak, npr. Dron CyPhy Work LVL 1.

Octocopters

Octos teoretski može nastaviti letjeti ako otkaže bilo koji proizvoljan motor, ali u stvarnosti ćete vjerojatno naići na oštricu usporavajući učinci ili druge patologije koje neće omogućiti oktou da održi let. To se događa jer je tipični oktobar opterećen iznad točke na kojoj ga 4 motora mogu sigurno nositi. Međutim, određena vozila visoke vrijednosti, poput onih koja nose skupe fotoaparate, hobotnice su jer je jeftinije pretjerano specificirati oktoove baterije i motore nego zamijeniti kameru od 50 tisuća američkih dolara.

Octovi su i manje učinkovit, iz istog razloga kao i hexas.

#2
+11
Drones and Whatnot
2020-04-17 01:08:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ovo je vrlo zanimljivo pitanje, i na koje mi je uvijek najdraže odgovoriti.

Prvo, rotacijskim zrakoplovima obično treba paran broj propelera (iako ne uvijek) ili drugi način da se suprotstave tromosti rekvizita. Razmislite, na primjer, zašto helikopteri imaju propeler na kraju repne grane; trebaju se suprotstaviti rotacijskim silama glavnog podupirača (u sustavu se mora sačuvati zamah, tako da bi bez repnog nosača rotor na vrhu uzrokovao rotaciju glavnog zrakoplovnog okvira kako bi se suprotstavio gibanju proporcionalnom njegovoj masi).

Dakle, da biste se tome suprotstavili, potrebna vam je rotacijska inercija podupirača koja se zbraja na nulu kako bi se izbjeglo gibanje, primjerice ako imate paran broj propelera, ili vam treba način za vektoriranje dijela potiska da bi se suprotstavio ovome kretanje, što možete vidjeti na trikopterima gdje imaju servo na jednom od rotora. To dodaje dodatne komplikacije i točke neuspjeha, pa je lakše ići s parnim brojem rotora.

Očitanje da imamo četiri umjesto dva rotora jest da, osim zijevanja, također trebamo razmislite o osovinama nagiba i kotrljanja. Za bikopter. Ako želite skrenuti, trebate ili povući vektor potiska ili smanjiti brzinu jednog od smjerova elisa.

Prvi od njih zahtijeva servo motore, što opet dodaje dodatne komplikacije, a drugi znači da postoji neravnoteža potiska, što će uzrokovati neželjeni nagib ili kotrljanje, ovisno o orijentaciji zrakoplova.

Međutim, na quadcopteru ti problemi nestaju. Možemo imati rotaciju svakog dijagonalnog skupa rekvizita koji se međusobno podudaraju. Ako želimo zijevati, povećavamo potisak u jednom, a smanjujemo u drugom. Ako se želimo nagnuti ili kotrljati, možemo smanjiti potisak u susjednim podupiračima i povećati potisak na druga dva, istovremeno zadržavajući inerciju i ne krećući se uskokom (vidi dijagram ispod). Također imamo dodatnu prednost većeg potiska, pa i veće nosivosti.

To se može povećati istim principom za zrakoplove s bilo kojim parnim brojem propelera, tako da postoji redundantnost - ako jedan motor ili oslonac ne uspiju, drugi mogu nadoknaditi.

Nadam se da će ovo odgovoriti na vaše pitanje - slobodno zatražite pojašnjenje o svemu što mislite da sam možda propustio.

An illustration of the movement of a drone’s rotors

Za sve koje zanima kako zrakoplov s neparnom broju motora nisu potrebni servo uređaji, pronašao sam ovaj zanimljiv rad s MIT-a: https://people.csail.mit.edu/taodu/pentacopter_guide/guide.pdf


Izvor fotografije: https://www.researchgate.net/figure/Inertial-and-body-fixed-frame-of-the-quadrotors-For-modeling-the-physics-of- the-quadrotor_fig2_331413393 / amp

@KennSebesta vrlo istinit, samo sam pokušavao dati pojednostavljeni odgovor, jer se činilo da je konsenzus oko Mete da preduboko zalaženje u fiziku nije nužno uvijek put. Također, generalizirao sam jer za potrebe istraživanja i razvoja ne mora uvijek biti paran broj, to vrijedi za većinu u komercijalnom i profesionalnom sektoru. Hvala vam što ste to istakli - dodat ću izmjenu radi pojašnjenja. Uredi: Upravo sam pročitao svoj odgovor i ne vidim gdje sam rekao da su parni brojevi uvjet, samo da je mogućnost. Možete li pojasniti što bih trebao urediti?
@KennSebesta izvinite - izbrisao sam svoj drugi komentar jer mi nije dopustio uređivanje i osjećao sam se kao malo sukobljen. Hvala vam što ste podijelili vezu do veze, pogledati ću!
@KennSebesta haha ​​Drago mi je što nisam djelovao sukobljeno - sigurno nisam namjeravao biti! Mislim da se ne biste trebali brinuti zbog brisanja komentara - oni dodaju dodatni kontekst mom odgovoru, a to može biti dobra stvar!
#3
+5
user251
2020-04-17 10:59:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gornji odgovori su sjajni.

Najjednostavniji odgovor dajem svima koji pitaju: Omogućava cjeloviti let bez ikakvih kontrolnih površina, veza i bilo kakvih pokretnih dijelova, osim rotacije motora. Ovo je nevjerojatno jednostavno, jeftino i robusno i uistinu je jednostavan uređaj dok leteći strojevi idu. To je ono što dizajn četverocikala čini tako posebnim u odnosu na druge tipove.

Da. Multis su zaista strašne aerodinamične platforme s vrlo niskom učinkovitošću, ali vrijeme ponavljanja leta do sudara do leta je nekoliko minuta, umjesto tjedana.
Trutovi ne mogu biti SSD uređaji, jer motori zahtijevaju razmak između predenja i ne-okretajućeg bita. Pogledajte https://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_electronics
uh, da kako god bilo u vezi sa "čvrstim stanjem". Poanta odgovora bila je pojasniti da JEDINI mehanički dio na multirotoru predstavlja motore koji ih čine jednostavnim poput letećih strojeva. Vaša je wiki veza ipak sjajna smartaserija. Uredio sam odgovor da uklonim uvredljiv dio ... hvala pretpostavljam.
#4
  0
Daniel Ribeiro
2020-04-29 00:12:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Četiri je minimalan broj propelera za kontrolu položaja zrakoplova bez potrebe za upotrebom upravljačkih metoda osim pukog upravljanja brzinom svakog propelera.

SAMO kretanje dijelovi quadcoptera su rotori. A jedina dostupna metoda upravljanja je precizna kontrola brzine vrtnje svakog rotora.

Što manje imate pokretnih dijelova, to je manja šansa za kvar.

Također, četiri podupirača najučinkovitiji su način da se vozilo učini malim. S obzirom na ograničenje fiksne veličine vozila, da biste dodali više rekvizita, morate smanjiti svaku veličinu nosača, a oslonac postaje manje učinkovit. Što je veći nosač, to se povećava omjer težine i snage (učinkovitosti). Kao grubi primjer: jedan 10-inčni nosač proizvest će 1 kg potiska koristeći 100 W, dok 5-inčni potpornjak treba 150 W da proizvede istu količinu potiska.

Kao neobična činjenica: helikopteri imaju " rotacijsko krilo "na vrhu, a ne" propeler ". Helikopteri mogu izdržati let čak i nakon otkaza motora, jer je njegovo rotacijsko krilo i dalje podignuto, tako da može kliziti poput aviona i sigurno sletjeti. Multirotors nema krila, pa njegov propeler NEĆE dati nikakvu kontrolu stava ako motor otkaže. Da biste imali redundanciju, morate dodati više rotora ... Ali lakše je napraviti pouzdaniji rotor nego dodati redundanciju zrakoplovu s više rotora ... Zbog toga većina tamošnjih multirotora ima točno četiri rotora.



Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 4.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...