Недавно я познакомился с миром мини-самолетов, в частности, с квадрокоптерами - их сборка, полет на них, их калибровка (видимо, это настолько важный момент, что он заслуживает отдельного места в списке :) .
Я собираюсь закончить сборку своего собственного квадрокоптера (как только я смогу получить плату распределения питания — кажется, ее трудно найти), и у меня руки чешутся, чтобы попытаться полетать на нем как можно скорее. Я многое узнал о том, как летают самолеты/вертолеты/квадроциклы, пока строил их. Но, возможно, я недостаточно узнал об этом и надеялся, что вы поможете мне с одним вопросом, который у меня есть.
Думаю, я достаточно узнал о типах винтов, используемых в этих транспортных средствах, требованиях к мощности, контроллерах, калибровке и многом другом. Когда я искал эти вещи в сети и расспрашивал нескольких друзей об их опыте, мне пришла в голову мысль:
Было бы неплохо, если бы я мог масштабировать все компоненты этой маленькой 330-миллиметровой машины, которую я собираю, чтобы сделать что-то большее?
Я имею в виду, что достаточно большой, чтобы нести одного, может быть, двух человек ?
Могу ли я действительно сказать: «Эй, давайте построим раму в X раз больше, из более прочных материалов, давайте добавим 4 двигателя в X раз больше, давайте использовать 4 винта с переменным шагом X-размера» и так далее и тому подобное, и на самом деле сможем построить квадрокоптер, способный перевозить в нем людей?
(Да, да, я знаю, что в основном говорю: «Давайте построим вертолет реальных размеров, но с 4 винтами вместо одного».)
Как вы думаете, это осуществимый подход к созданию такой вещи? Возможно ли это хотя бы отдаленно? Был ли у вас опыт подобных действий? Любые комментарии будут высоко оценены.
Конструкции с канальным вентилятором, такие как квадрокоптеры, на самом деле в некоторых отношениях проще спроектировать и построить, чем вертолеты с одним винтом, потому что характер конструкции означает, что роторы не нуждаются в сложных механических связях несущего винта вертолета; четыре ротора могут управлять шагом и креном, просто изменяя обороты, поэтому каждый из них может быть винтом с фиксированным шагом. Конструкция становится более стабильной с конструкцией несущего винта с переменным шагом, поскольку возможность изменения тяги при постоянной скорости несущего винта уменьшает нежелательные моменты крена от гироскопических сил, но это отбрасывает аргумент простоты в окно (а у вертолетов есть потенциальные проблемы с креном во время дроссельной заслонки). также, некоторые из которых должны были быть решены, прежде чем эта штука могла даже взлететь).
Yaw немного сложнее и является одним из потенциальных ограничивающих факторов для масштабирования дизайна. Проблема в том, что со всеми четырьмя винтами в фиксированной вертикальной ориентации, что является простейшим механически, нечему создавать поперечную тягу для поворота летательного аппарата вокруг оси Z (прямо вверх от земли через «коптер в горизонтальном полете»). Варианты включают:
Один боковой вентилятор. Простая конструкция, но вы добавляете еще один вентилятор к конструкции с большим количеством быстро вращающихся частей, и вентилятору придется очень часто останавливаться и запускаться в противоположных направлениях (легко с небольшим двигателем постоянного тока и пластиковым вентилятор на модели, что намного сложнее при увеличении), или шаг лопастей должен быть переменным, чтобы обеспечить переменную тягу в любую сторону, в то время как ротор вращается в одном направлении), что снова увеличивает сложность.
Два боковых вентилятора, по одному в каждом направлении; изменяя их мощность (вероятно, они оба будут вращаться на малых оборотах в полете), вы обеспечиваете рыскание. Преимуществом является механическая простота каждого вентилятора, недостатком - наличие не четырех, не пяти, а не менее шести вентиляторов, сокращение "среднего времени наработки на отказ" хотя бы одного из них, увеличение требуемого обслуживания, тем более, чтобы этого не произошло в полете. .
Расположение основных четырех роторов таким образом, чтобы каждый ротор вращался так же, как ротор в диагонально противоположном углу и напротив двух других. Уменьшая мощность вентиляторов, вращающихся в одном направлении, и увеличивая мощность в другом, вы можете вызвать рыскание, поскольку аппарат будет рыскать в направлении, противоположном направлению более быстрых роторов из-за дисбаланса крутящего момента, не вызывая при этом тангажа или крена самолета. суммарные силы в этих плоскостях остаются постоянными. Преимущество заключается в уменьшении потребности в дополнительных роторах; четыре несущих винта могут обеспечивать движение во всех трех плоскостях. Недостатком будет более медленная скорость рыскания и повышенные требования к максимальной тяге каждого ротора, что в основном позволяет любым двум роторам поддерживать требуемую подъемную силу (хорошее требование, но не очень хорошее, чтобы полагаться на него каждый день).
Установка несущих винтов в наклонные опоры и наклон их осесимметрично, чтобы вызвать рыскание. Это интуитивно понятный способ вызвать рыскание, и та же самая система поворотного винта также уменьшит шаг, необходимый для полного движения самолета для движения вперед; просто наклоните роторы и держите фюзеляж ровно. Недостатки включают повышенную механическую сложность и гироскопическую прецессию, вызванную попыткой наклонить вращающуюся массу, что может привести к тому, что корабль упадет с вектора подъемной силы.
Другие потенциальные проблемы с четырехроторной конструкцией включают обеспечение надежного распределения мощности (включая сохранение некоторого контроля, если ротор или двигатель полностью отказывают), меньшая инерция меньших роторов, снижающая эффективность авторотации в аварийной ситуации, потребность многих потенциальным клиентам складывать конструкцию более компактно, чем ее летная конфигурация, и присущую конструкции хрупкость с канальными вентиляторами на шарнирах в углах самолета, что делает ее более уязвимой для смертельных повреждений в «боевых условиях» (в переводе; все не с вашей стороны стреляют в вас всем, что у них есть). Поскольку военные США были основным покупателем винтокрылых самолетов и основным источником финансирования НИОКР,
Последняя проблема, преследующая квадрокоптер, является более фундаментальной, и это отсутствие ответа на простой вопрос: что может «полноразмерный» квадрокоптер такого, что уже нельзя сделать так же эффективно и дешевле с помощью традиционного вертолета? Основная причина, по которой квадрокоптеры являются хорошими БПЛА, заключается в том, что компьютеризированной системе с дистанционным управлением легче поддерживать их стабильность, но это их единственное преимущество на сегодняшний день по сравнению с однороторным вертолетом, поэтому до тех пор, пока аэромобиль не станет серьезным юридическим и инженерных возможностей, а людям нужен винтокрыл, которым так же легко управлять, как автомобилем (или, по крайней мере, легче, чем вертолетом, где вы почти никогда не сможете отказаться от циклического режима), квадрокоптер, скорее всего, останется мелкосерийным.
Джей Карр