Почему квадрокоптеры еще не увеличены?

Масштабирование дизайна квадрокоптера сделает их очень большими. Только наличие одного (или даже двух) несущих винтов позволяет вертолету быть меньше и даже складывать несущие винты и оставаться достаточно компактным. Поскольку по определению вертолеты должны попадать в более труднодоступные места посадки, увеличение площади посадки, как правило, нежелательно.

Кроме того, система питания будет сложной. RC квадрокоптеры используют электродвигатель на каждом Роторе для независимого управления. Более крупная версия, вероятно, будет использовать турбины, как и большинство вертолетов, и им понадобится либо 4 турбины, либо способ передачи меньшего количества турбин на 4 ротора. Это просто добавляет сложности системе.

Chinook-пример вертолета, который использует два ротора, но добавленная сложность делает его нежелательным, если не требуется дополнительная подъемная сила.

Есть три проблемы для создания конкурентоспособного на рынке полномасштабного квадрокоптера.

1) энергоэффективность
Квадрокоптер не является энергоэффективной конструкцией. Вертолеты увеличивают свою дальность полета, используя относительно маломощные двигатели, которые требуют много времени, чтобы намотать дроссель и попытаться сохранить его на относительно постоянной скорости при изменении шага лопастей для управления вертолетом. Хотя это можно использовать для управления шагом и креном, квадрокоптер управляет рысканием, изменяя обороты двигателей, что, я думаю, было бы сложно и неэффективно делать на полномасштабном вертолете без какого-либо вариатора для регулировки оборотов лопастей без изменения оборотов двигателя.

2) конструктивная целостность и вес
хвостового винта вертолеты по существу имеют фюзеляж и хвостовую балку. Хвостовая балка даже не должна быть такой мускулистой, потому что нагрузка на балку довольно мала по сравнению с нагрузкой несущего винта, подтягивающегося на раме фюзеляжа. Коаксиальные вертолеты, вероятно, могут уйти только с фюзеляжем и без хвостовой балки и, вероятно, имеют меньше сил, действующих на всю конструкцию в нормальных условиях эксплуатации, чем обычные вертолеты. Квадрокоптеры имеют четыре главных Ротора. Конечно, каждый из роторов составляет примерно 1/4 мощности несущего винта обычного вертолета, но стрелы все равно должны выдерживать более 1/2 мощности обычного несущего винта-подумайте о крайнем случае: вы полностью рыскаете-это означает, что два ротора по диагонали друг от друга либо выключены, либо вращаются в противоположном направлении, создавая либо потерю подъемной силы, или даже вниз усилие которое другие 2 Ротора должны компенсировать путем производить 2 времени тягу/подъем. Это довольно распространенное явление среди миниатюрных самолетов и вертолетов R/C, которые должны быть полностью подавлены и намного более мускулистыми, чем их полноразмерные аналоги.

3) стоимость изготовления
Стоит отметить, что больший Ротор легче и дешевле в изготовлении, чем три дополнительных двигателя/двигателя. Я думаю (я могу ошибаться), что единственная причина, по которой военные вертолеты имеют два двигателя вместо одного большого, — это избыточность. Если один получает выстрел, у вас все еще есть второй, который вы можете использовать, чтобы хромать обратно на базу, или дружественное место. Поэтому, когда вы смотрите на колоссальные четыре перегруженных двигателя (см. пункт № 1) по сравнению с 1-2 недостаточными двигателями, я бы предположил, что вы будете смотреть на то, что стоит больше.

Это причины, по которым квадрокоптер не был расширен и стал коммерчески доступен крупным производителем. Я уверен, что каждый производитель пытается быть первым на этом рынке, но я не думаю, что квадрокоптеры когда-либо станут пилотируемыми людьми. Если вы говорили о создании мультикоптера (более 4 роторов), однако, есть несколько прототипов DIY, и я думаю, что у них есть потенциал.

4) рассмотрение предложений по гибридным системам:
как сейчас обстоят дела, обычные вертолеты работают 1-2 турбины для питания. Они вращаются в оптимальных диапазонах оборотов, и пилот использует коллектив для изменения шага лопастей ротора для управления полетом. Гибридная система привлекательна для автомобилей, потому что позволяет ICE работать в оптимальном диапазоне оборотов, а не постоянно менять обороты. В винтокрылом аппарате это не проблема-так как они уже вращаются в оптимальных диапазонах оборотов в минуту, гибридная система представила бы генератор и батареи, чтобы произвести и сохранить власть для электродвигателей, чтобы потреблять. Это добавило бы вес, без каких-либо особых дополнительных преимуществ.

Большой вопрос-зачем беспокоиться? Что делает квадрокоптеры лучше обычных вертолетов? Для дронов самым большим преимуществом квадрокоптеров является их легкость и стоимость производства. Дешевле производить четыре небольших электродвигателя, чем все механизмы для коллектива. Он также более прочен и прост в обслуживании. Однако речь идет о разных масштабах и миссиях. Винтокрылые уже по своей сути неэффективны. Их ниша-тесная авиационная поддержка и транспортировка в места, где трудно посадить самолет. Тенденция состоит в том, чтобы создать гибрид или сделать самолет с возможностями VTOL. (Osprey, Як-141, Harrier, F-35 aka US Як-141). Квадрокоптеры могут найти свою нишу в качестве дешевых беспилотных летательных аппаратов или беспилотных летательных аппаратов наблюдения, но я думаю, что гораздо более вероятный дизайн, похож на тот, который показан в Avatar — два встречно вращающихся окутанных ротора по обе стороны фюзеляжа, которые можно использовать для управления полетом.

Технологии постоянно меняются. Ученые в России имеют миниатюрные ядерные реакторы и устанавливают их внутри ракет. Это отрицает необходимость в батареях и гибридных системах. Во всяком случае, это силовая установка выбора для больших квадрокоптерных систем, но только время может сказать, как технология будет развиваться. Прямо сейчас, я не вижу преимущества конфигурации квадрокоптера для больших винтокрылых аппаратов.

Поправка, основанная на новых технологиях на рынке (23.03.2018):
Китайская компания активно продает свой Ehang 184 автопилот drone air taxi, который использует дизайн квадрокоптера. Характеристики:

• Полезная нагрузка 100кг
• 25мин крейсерское время
• Время зарядки 1 час
• 500 км/ч крейсерская скорость (очень любопытно видеть это)
• Крейсерская высота 500 м

В принципе, можно сравнить его с традиционно разработанными вертолетами москитов. Они летают медленнее,но продолжительность полета, дальность и полезная нагрузка значительно выше. Также отметим, что при заправке вертолета такими размерами занимает пять минут, воздушное такси потратит в 2 раза больше зарядки, чем на полет. Но это скорее проблема типа EM vs IC. Время покажет, смогут ли квадрокоптеры доказать, что их стоит масштабировать.

Добавление из недавнего профессионального опыта (09/19/2018)Недавно меня попросили разработать концепцию квадрокоптера. При попытке использовать электроэнергию я обнаружил, что вес полезной нагрузки и время полета миссии резко увеличили вес батарей, необходимых для выполнения параметров миссии, и вы получили 3-4-тонный четырехместный квадрокоптер (yikes!). Преобразование в турбовинтовой решить проблему веса, но резко возросла стоимость и сложность. В результате было принято решение о резком снижении параметров полета, что привело к появлению очень близкоходной машины, которая в обычных условиях была бы совершенно бесполезна. Вам нужно будет заряжать батареи в течение нескольких часов, чтобы получить 15-30мин время полета. Либо ваш квадрокоптер будет сидеть на зарядке асфальта, либо вам нужно будет менять батареи после каждого прыжка, требуя дорогостоящей инфраструктуры на каждой посадочной площадке. В конечном счете, идея была предложена с инфраструктурой и обменом батареями и ждет своей судьбы от высшего руководства, но все в нашей команде уже отказались от проекта как неосуществимого.

Существует ряд будущих технологий батарей, которые радикально изменят потенциал таких продуктов, но они еще не готовы к рынку, в основном на теоретических, концептуальных и тестовых этапах на данный момент. Не могу сказать больше на эту тему без NDA, извините.

Ниже приведена информация об одном из ранних протоипов P Moller, автора также: «Volantor», теперь он возглавляет Freedom-Motors, компанию, ориентированную на двигатели роторного сгорания Wankel. Меллер построил свои летательные аппараты с вентиляторами, приводимыми в движение роторными двигателями Ванкеля, однако, это звучит лучше, имея электрические двигатели для подъема и движения вентиляторов, и какую-то гибридную систему для генерации энергии, Ванкели очень хороши по весу и мощности и безопасности. Я бы сказал, что Moeller и Helikar-это точно квадрокоптер, и поскольку эта машина и полезная модель/патентная поддержка-это с более ранних времен, как игрушки, которые мы все знаем, вероятно, это была курица современных игрушечных квадрокоптеров, сегодняшние игрушки-это яйца.

Веревка и кран за Моллером: «летающая тарелка», Avro Canada не удалось иметь один в воздухе, не для поддержания машины в воздухе, но мера безопасности, если вы посмотрите, вы заметите, что веревка не находится под напряжением в то время как машина в воздухе, а это означает, что машина летит сама по себе, а не висит на кране.

Прототипы Bell Textron / X-22 и Curtiss-Wright X-19 также можно считать очень близкими к квадрокоптеру.Испанская команда: FuVex, разработала прототип под названием «HeliKar», также близкий к квадрокоптеру большого размера. YouTube включает в себя видео о немецком изобретении под названием: «Volocopter VC200», Terrafugia предложила еще один «летающий автомобиль», а также Zee.Aero действительно, они нарисовали концепт VTOL flying car, который можно было бы припарковать между двумя обычными автомобилями на стоянке mart (см.: «SlashGear»). Aero-X от Aerofex-еще один. Fipsi участвует в разработке четырехфанального летательного аппарата, как указано в «Advanced System Engineering», SUSB Expo 2014.

«Future transportation» цитирует то, что они считают: «топ-10 летающих автомобилей». Krossblade предложил SkyProwler и SkyCruiser, большая проблема в летающем автомобиле кажется fullfilling в такой же конструкции требования к веса и безопасности как для автомобиля, так и для самолета. Форд выпустил чертежи для «Аэро-Кара». CNN сообщает о Fly Citycopter от E Galvani.Mechanix Illustrated, март 1957 года включает в себя: «летающая тарелка», дизайн Питера Нофи, мощность исходит от поршневого двигателя с плоской шестеркой, а популярный Mechanix, французский editon, сентябрь 1961 года, аналогичный дизайн: «Rotavion», Бен Кауфман. Mechanix иллюстрированный, январь 1962, стр 70-73, о приборе VTOL имея 3 покрытых вентилятора двинутых турбиной.Что касается исторических предшественников, то машина в фильме 1961 года Уильяма Уитни: «мастер мира», основанная на двух романах Жюля Верна: «мастер мира» и: «Робур Завоеватель», может быть легко рассмотрена как многовинтовой: «квадрокоптер». Если: «Fly By wire», удалось сохранить в воздухе внутренне нестабильные и неустойчивые конструкции, не может быть никаких ограничений в том, что может быть достигнуто с помощью цифровой технологии управления, которая в настоящее время продается в игрушках, начиная примерно с $20.

Венгерская компания: «Flike», а название Венгрии происходит не от «Hunger», а от: «Huns», только что представила «пилотируемый» трех пропеллерный вертолет, видео подписано Bay Zoltan.

Летающие платформы, устройства с одним человеком, канальный вентилятор ниже, протестированный армией США, относятся к классу: «Quadcopter»?. Также было протестировано несколько «наклонных крыльев» и кольцевых компоновок летательных аппаратов крыла, список «концептов» и «нетрадиционных» самолетов сделал мостовую для многих книг, но сеть убивает этот тип бумажных публикаций.

«SkyProwler» — это еще один подход, смешанный квадрокоптер и конструкция с неподвижным крылом.Bensen B-12 (см. «Aerofiles») является примером 1961 года Многороторного (скорее многовинтового) квадрокоптера стиль машины, патент US49820151 о мульти вентилятор P Моллер дизайн, и патент CA1264714 о: «роботизированная или дистанционно управляемая летающая платформа», также P Моллер. Все патенты открытого и свободного доступа и скачать в: ‘Espacenet’

Есть ли причина, по которой игрушки Quadcopter не могут быть увеличены в размерах, даже используя одно и то же программное обеспечение для управления двигателями и стабильностью?

Спасибо. + привет

Испытательный полет Moller M200:

Геликар:

P2 Hoverbike от Malloy Aeronautics:

Введите описание изображения здесь

Причина, по которой квадрокоптеры выбраны в качестве платформ для небольших, управляемых компьютером летательных аппаратов, заключается в том, что они по дизайну более проворны и проще перемещаться по всем трем осям. Это потому, что они по дизайну очень и очень нестабильны .

На самом деле человеку невозможно управлять квадрокоптером (который может двигаться внутри и вокруг всех трех осей) без помощи компьютера или какого-либо другого искусственного стабилизатора. Причина, по которой компьютеры могут управлять квадрокоптерами, заключается в том, что они достаточно быстры для создания управляющего ввода, который противодействует любым небольшим дестабилизирующим силам, которые действуют на кадр.

Один из способов представить себе присущую летающей платформе стабильность-это рассмотреть, что произойдет, если вы отпустите элементы управления. Обычные самолеты и вертолеты, как правило, просто продолжают летать в одном направлении. Если вы отпустите управление квадрокоптером (и не установите стабилизирующий механизм), квадрокоптер очень быстро просто хаотично упадет на землю. Это означает, что в вертолете или самолете конструкция «помогает» вам и заставляет раму летать устойчивым образом (вперед.) В квадрокоптере нет такой помощи, но также нет сил, которые мешают вам двигаться в любом направлении, которое вы хотите.

Этот принцип также преднамеренно применяется к кадрам, таким как F-117. F-117 невозможно летать без помощи компьютеров (он был разработан, чтобы быть нестабильным), но это сделало его гораздо более гибким самолетом, чем его рама обычно позволяла.

Другая (большая) причина, по которой квадрокоптеры не были масштабированы, заключается в том, что они потребляют (много) больше топлива, чем другие типы самолетов. Зачем кому-то строить квадрокоптер, когда вертолет или самолет делает работу, используя меньше топлива. Они также медленные и шумные.

Имейте в виду, что «работа» для масштабированных планеров обычно заключается в перемещении материала из точки A в точку B, а «работа» для небольших квадрокоптеров с компьютерным управлением должна быть гибкой.

Для уточнения некоторых ответов технология в области распределенного движения движется к системам, которые позволят создавать гибридные квадрокоптеры, которые устраняют проблемы газового квадрокоптера и устраняют ограничения плотности энергии электрических систем. Я подозреваю, что мы увидим экспериментальные квадрокоптеры человеческого масштаба в ближайшие 20-30 лет.