Es gibt drei Herausforderungen bei der Herstellung eines marktgerechten Quadrocopters in Originalgröße.
1) Energieeffizienz b>
Der Quadrocopter ist kein energieeffizientes Design. Hubschrauber erhöhen ihre Reichweite, indem sie Motoren mit relativ geringer Leistung verwenden, die lange brauchen, um das Gas aufzuspulen, und versuchen, es auf einer relativ konstanten Drehzahl zu halten, während sie die Neigung der Blätter ändern, um den Hubschrauber zu steuern. Während dies zur Steuerung von Pitch und Bank verwendet werden kann, steuert der Quadrocopter das Gieren, indem er die Drehzahl der Motoren ändert, was meiner Meinung nach schwierig und ineffizient wäre, wenn ein Hubschrauber in vollem Maßstab ohne eine Art CVT die Drehzahl einstellen würde die Blätter ohne Änderung der Motordrehzahl.
2) Strukturelle Integrität und Gewicht b>
Heckrotorhubschrauber haben im Wesentlichen einen Rumpf und einen Heckausleger. Der Heckausleger muss nicht einmal so kräftig sein, da die Last am Ausleger im Vergleich zur Last des Hauptrotors, der am Rahmen des Rumpfes hochzieht, eher gering ist. Koaxiale Hubschrauber können wahrscheinlich mit nur einem Rumpf und ohne Heckausleger davonkommen und haben unter normalen Betriebsbedingungen wahrscheinlich weniger Kräfte, die auf die gesamte Struktur wirken als herkömmliche Hubschrauber. Quadrocopter haben vier Hauptrotoren. Zugegeben, jeder der Rotoren entspricht ungefähr 1/4 der Leistung des Hauptrotors eines herkömmlichen Hubschraubers, aber die Ausleger müssten immer noch mehr als die Hälfte der Leistung eines herkömmlichen Hauptrotors aushalten können - denken Sie daran Der Extremfall: Sie sind voll gieren - das bedeutet, dass zwei Rotoren, die sich diagonal gegenüberliegen, entweder ausgeschaltet sind oder sich in die entgegengesetzte Richtung drehen, was entweder zu einem Verlust des Auftriebs oder sogar zu einer Abwärtskraft führt, die die anderen beiden Rotoren ausgleichen müssen Erzeugen des doppelten Schubes / Auftriebs. Es ist ein weit verbreitetes Phänomen bei Miniatur-R / C-Flugzeugen und Hubschraubern, völlig überfordert und viel kräftiger zu sein als ihre Gegenstücke in voller Größe.
3) Herstellungskosten b>
Erwähnenswert ist, dass ein größerer Rotor einfacher und billiger herzustellen ist als drei zusätzliche Motoren. Ich denke (ich könnte mich irren), der einzige Grund, warum Militärhubschrauber zwei Motoren anstelle eines großen haben, ist Redundanz. Wenn einer erschossen wird, haben Sie immer noch den zweiten, mit dem Sie zurück zur Basis oder an einen freundlichen Ort humpeln können. Wenn Sie sich also satte vier übermotorisierte Motoren (siehe Punkt 1) im Vergleich zu 1-2 untermotorisierten Motoren ansehen, würde ich mir vorstellen, dass Sie sich etwas ansehen, das mehr kostet.
Das sind die Gründe warum ein Quadrocopter nicht vergrößert wurde und von einem großen Hersteller im Handel erhältlich ist. Ich bin sicher, dass jeder Hersteller versucht, der erste auf diesem Markt zu sein, aber ich glaube nicht, dass QUADROcopter jemals von Menschen gesteuert werden. Wenn Sie über die Herstellung eines MULTIcopters (mehr als 4 Rotoren) gesprochen haben, gibt es jedoch einige DIY-Prototypen, und ich denke, sie haben Potenzial.
4) Adressierung der Vorschläge für Hybridsysteme : b>
Aus heutiger Sicht betreiben konventionelle Hubschrauber 1-2 Turbinen für die Stromversorgung. Sie drehen sich in ihren optimalen Drehzahlbereichen, und der Pilot verwendet das Kollektiv, um die Steigung der Rotorblätter zu ändern und den Flug zu steuern. Ein Hybridsystem ist für Autos attraktiv, da es dem ICE ermöglicht, in seinem optimalen Drehzahlbereich zu laufen, anstatt die Drehzahl ständig zu ändern. In Drehflüglern ist dies kein Problem - da sie sich bereits in optimalen Drehzahlbereichen drehen, würde ein Hybridsystem einen Generator und Batterien einführen, um Strom für die Elektromotoren zu erzeugen und zu speichern. Dies würde das Gewicht erhöhen, ohne besondere Vorteile.
Die große Frage ist - warum sich die Mühe machen? Was macht Quadrocopter besser als herkömmliche Hubschrauber? Für Drohnen ist der größte Vorteil von Quadrocoptern ihre Leichtigkeit und Produktionskosten. Es ist billiger, vier kleine Elektromotoren herzustellen als alle Mechanismen eines Kollektivs. Es ist auch robuster und einfacher zu warten. Wir sprechen jedoch über verschiedene Maßstäbe und Missionen. Drehflügler sind von Natur aus ineffizient. Ihre Nische - Luftunterstützung aus nächster Nähe und Transport zu Orten, an denen es schwierig ist, ein Flugzeug zu landen. Die Tendenz besteht darin, einen Hybrid zu erstellen oder ein Flugzeug mit VTOL-Funktionen zu erstellen. (Fischadler, Yak-141, Harrier, F-35 alias US Yak-141). Quadrocopter mögen ihre Nische als billige Versorgungsdrohnen oder Überwachungsdrohnen finden, aber ich denke, ein viel wahrscheinlicheres Design ist das in Avatar gezeigte - zwei gegenläufig rotierende Rotoren auf beiden Seiten des Rumpfes, die vektorisiert werden können
Die Technologie ändert sich ständig. Wissenschaftler in Russland haben Kernreaktoren miniaturisiert und in Raketen eingebaut. Dies macht Batterien und Hybridsysteme überflüssig. Wenn überhaupt, ist dies das Triebwerk der Wahl für große Quadrocopter-Systeme, aber nur die Zeit kann sagen, wie sich die Technologie entwickeln wird. Im Moment sehe ich keinen Vorteil von Quadrocopter-Konfigurationen für große Drehflügler.
Änderung basierend auf neuen Technologien auf dem Markt (23.03.2018): b>
A. Das chinesische Unternehmen vermarktet aktiv sein EHang 184 Autopilot-Drohnen-Lufttaxi, das das Quadrocopter-Design verwendet. Technische Daten:
- 100 kg Nutzlast
- 25 Minuten Reisezeit
- 1 Stunde Ladezeit
- 500 km / h Reisegeschwindigkeit (sehr neugierig auf siehe dies)
- 500 m Reiseflughöhe
Grundsätzlich kann man es mit konventionell gestalteten Mosquito -Hubschraubern vergleichen. Sie fliegen langsamer, aber Flugdauer, Reichweite und Nutzlast sind deutlich höher. Beachten Sie auch, dass das Betanken eines Hubschraubers dieser Größe fünf Minuten dauert und das Lufttaxi zweimal länger auflädt als das Fliegen. Dies ist jedoch eher ein Problem vom Typ EM gegen IC. Die Zeit wird zeigen, ob Quadrocopter nachweisen können, dass es sich lohnt, sie zu vergrößern.
Hinzufügen aus jüngster Berufserfahrung (19.09.2008) Ich wurde kürzlich gebeten, ein Quadrocopter-Konzept zu entwickeln . Beim Versuch, elektrischen Strom zu verbrauchen, stellte ich fest, dass das Nutzlastgewicht und die Missionsflugzeit das Gewicht der Batterien, die zur Erfüllung der Missionsparameter erforderlich sind, drastisch erhöhten, und Sie hatten einen 3-4-Tonnen-Viersitz-Quadrocopter (Huch!). Die Umstellung auf Turboprop löste das Gewichtsproblem, erhöhte jedoch die Kosten und die Komplexität erheblich. Infolgedessen wurde die Entscheidung getroffen, die Missionsparameter drastisch zu reduzieren, was zu einem Fahrzeug mit sehr kurzer Reichweite führte, was unter normalen Umständen völlig nutzlos wäre. Sie müssten die Batterien mehrere Stunden lang aufladen, um eine Flugzeit von 15 bis 30 Minuten zu erhalten. Entweder sitzt Ihr Quadrocopter auf dem Asphalt und Sie müssen nach jedem Sprung die Batterien austauschen, was eine teure Infrastruktur an jedem Landeplatz erfordert. Letztendlich wurde die Idee mit Infrastruktur und Batteriewechsel vorgeschlagen und wartet auf ihr Schicksal durch das obere Management, aber jeder in unserem Team hat das Projekt bereits als nicht realisierbar verworfen.
Es gibt eine Reihe anstehender Batterien Technologien, die das Potenzial solcher Produkte drastisch verändern würden, aber noch nicht marktreif sind, hauptsächlich in theoretischen, konzeptionellen und Testphasen. Ich kann ohne NDA nicht viel mehr zu diesem Thema sagen, sorry.