Quadcopter

(Omdirigert fra " Quadcopter ")

Quadcopteret , også kalt et quadrotor eller quadrotor helikopter , [ 1 ] er et multirotor helikopter som løftes og drives av fire rotorer. De fire rotorene er vanligvis plassert i endene av et kryss. For å forhindre at anordningen vipper i forhold til dens orienteringsakse, er det nødvendig at to propeller roterer i en retning og de to andre i den andre retningen.

Quadcoptre er klassifisert som helikoptre, i motsetning til fastvingede fly, fordi løftet deres genereres av fire vertikalt orienterte propeller.

I motsetning til de fleste helikoptre, bruker QuadCopters to sett med identiske faste propeller, to som roterer med klokken og to mot klokken. Disse propellene bruker en variasjon av turtall for å kontrollere løft og kjøreretning. Kontroll av kjøretøyets bevegelse oppnås ved å endre rotasjonshastigheten til en eller flere rotorskiver, og dermed endre deres dreiemomentbelastning, skyvekraft og løfteegenskaper. [ 2 ]​ [ 3 ]

Tidlig i luftfartshistorien ble QuadCopter-konfigurasjonen sett på som en mulig løsning på noen av de vedvarende problemene ved vertikal flyging: dreiemomentkontrollproblemer, samt halerotorens ustabilitet i helikoptre. Disse problemene kan elimineres ved motrotasjon. Ulike bemannede design dukket opp på 1920- og 1930-tallet. Disse kjøretøyene var blant de første som tok av og landet. [ 4 ] Imidlertid hadde tidlige prototyper dårlig ytelse, [ 4 ] samt stor pilotarbeid på grunn av dårlig stabilitet [ 5 ] og kontrollbegrensninger.

Nyere quadcopter-design har vært mer populært på grunn av omfattende forskning innen ubemannede kjøretøy. Disse kjøretøyene bruker et elektronisk kontrollsystem og sensorer for å stabilisere flyet. Takket være dens lille størrelse og smidige manøvrerbarhet kan den flys både innendørs og utendørs. [ 6 ]

Det er flere fordeler med quadcoptre fremfor modellhelikoptre. For det første krever ikke quadcopteren mekaniske koblinger for å variere vinkelen på rotorbladene når de roterer. Dette forenkler kjøretøydesign og vedlikehold. [ 7 ] For det andre gjør bruken av fire rotorer at hver rotor kan være selvforsynt ved å ha en mindre diameter enn helikopterrotoren.

Noen quadcoptere har rammer som omslutter rotorene, og tillater flyvninger gjennom vanskeligere miljøer, med mindre risiko for å skade kjøretøyet eller dets omgivelser. [ 1 ]​ [ 8 ]

På grunn av deres enkle konstruksjon og kontroll, brukes quadcopters ofte som modellflyprosjekter for hobbyister. [ 9 ]​ [ 10 ]

Historie

Tidlige prototyper

Breguet-Richet Autogyro (1907) Dette Louis Breguet-designede helikopteret var det første flyet med roterende vinger som løftet seg fra bakken, men bare i tjoret flyvning i en høyde av noen få fot. I 1908 ble det rapportert å ha fløyet flere ganger, selv om detaljene er få. [ 11 ] OEM No.2 Etienne Oehmichen eksperimenterte med helikopterdesign på 1920-tallet. Blant de seks designene han prøvde, hadde helikopter nr. 2 fire rotorer og åtte propeller, alle drevet av en enkelt motor. Oehmichen No 2 brukte en stålrørsramme, med to-bladsrotorer i endene av de fire armene. Vinkelen til disse bladene kan variere med deformasjon. Fem av propellene roterte i horisontalplanet, og stabiliserte maskinen sideveis. En annen propell var montert i nesen for styring. Det gjenværende paret med propell var for fremdrift. Flyet viste en betydelig grad av stabilitet og kontrollerbarhet for sin tid, og utførte mer enn tusen testflyvninger på midten av 1920-tallet. I 1923 var det i stand til å holde seg i luften i flere minutter av gangen, og 14. april 1924 satte det FAI avstandsrekord for første gang for helikoptre, flyr 360 meter (390 yd). Evnen til å fly en sirkulær kurs ble demonstrert, og senere ble den første 1 kilometeren (0,62 mi) med lukket kretsflyging med et helikopter fullført. Bothezats helikopter (1923) Dr. George de Bothezat og Ivan Jerome utviklet dette flyet med seks bladrotorer i endene av en "X"-ramme, to små propeller med variabel stigning som brukes til skyve- og forskyvningskontroll. Kjøretøyet bruker en kollektiv pitch-kontroll. Bygget av United States Air Service, foretok den sin første flyvning i oktober 1922. Omtrent 100 flyvninger ble foretatt i slutten av 1923. Den høyeste nådde ca. 5 m (16 fot 5 tommer). Selv om gjennomførbarhetsdemoen viste at den mangler kraft, var den ikke responsiv, mekanisk kompleks og utsatt for pålitelighetsproblemer. Pilotens arbeidsbelastning var for høy under start til å forsøke sideveis bevegelse. Convertawings Quadrotor Model A (1956) Dette helikopteret var ment å være prototypen på en linje med mye større sivile og militære kvadrotorhelikoptre. Designet inneholdt to motorer som drev fire rotorer gjennom et beltesystem. Det var ikke behov for halerotor og kontroll oppnås ved å variere skyvekraften mellom rotorene. [ 12 ] Det ble fløyet mange ganger med suksess på midten av 1950-tallet. Dette helikopteret var designet av det konvensjonelle QuadCopteret og var også det første helikopteret med fire rotorer som vellykket demonstrerte skyvekraft fremover. På grunn av mangel på bestillinger for kommersielle eller militære versjoner ble prosjektet avsluttet. Convertawings foreslo en E-modell som ville ha en maksimal vekt på 42 000 pund (19 t) med en nyttelast på 10 900 pund (4,9 t) over 300 kilometer og opp til 173 mph (278 km/t). Curtiss-Wright VZ-7 (1958) Curtiss-Wright VZ-7 var et VTOL-fly designet av Curtiss-Wright- selskapet for det amerikanske militæret. VZ-7 styres ved å endre skyvekraften til hver av de fire propellene.

Nylig utvikling

De siste tiårene har ubemannede luftfartøyer (småskala UAV) blitt brukt mer regelmessig for mange bruksområder. Behovet for fly med større manøvrerbarhet og rekkevidde har ført til økt quadcopter-forskning. Designet med fire rotorer gjør at quadcoptere kan være relativt enkle i design, men likevel svært pålitelige og enkle å betjene. Banebrytende forskning fortsetter å øke levedyktigheten til quadcopters ved å gjøre fremskritt innen kommunikasjon med flere skip, miljøskanning og manøvrerbarhet. Hvis alle disse utviklingskvalitetene kunne kombineres med hverandre, ville quadcopters være i stand til å utføre avanserte autonome oppdrag, som foreløpig ikke er mulig med noe annet kjøretøy. [ 13 ]

Mekanikk

De viktigste mekaniske komponentene som kreves for konstruksjonen er rammen, propellene og elektriske motorer. Enkle kontrollalgoritmer er også nødvendig, og motorene og propellene må plasseres i samme avstand. [ 14 ]​ [ 15 ]

De elektriske komponentene som kreves for å bygge et fungerende quadcopter ligner på de som kreves for et moderne fjernstyrt helikopter . Disse er elektronisk hastighetskontroll, modul, kjørecomputer og batteri . Vanligvis brukes en sender også for å tillate menneskelig deltakelse.

Autonom flytur

Quadcoptere og andre multikoptre kan ofte fly autonomt. Mange moderne flykontrollere bruker programvare som lar brukeren markere "way-points" på kartet, som Quadcopter vil fly til og utføre visse oppgaver, som å lande eller få høyde. [ 16 ] Andre flyapplikasjoner inkluderer kontroll mellom flere quadcoptere der visuelle data fra enheten brukes til å forutsi hvor mengden vil bevege seg og i sin tur dirigere quadcopterene til neste veipunkt.

Sikkerhet

Sikkerhet er quadcopters uferdige oppgave. Det mest utbredte tiltaket er bruk av beskyttelsesringer til propellene som beskytter både quadcopter og personer ved en eventuell krasj. DJI har utviklet et system som lar dronene deres automatisk returnere i tilfelle de mister radiokontrollsignalet. [ 17 ] Det finnes også systemer som varsler når quadcopteren når en viss høyde. Til tross for dette fortsetter produsentene å jobbe for å overholde sikkerhetsforskriftene.

Se også

Referanser

  1. ↑ a b Hoffmann, GM; Rajnarayan, D.G.; Waslander, SL; Dostal, D.; Jang, JS; Tomlin, CJ (november 2004). "The Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi Agent Control (STARMAC)" . Salt Lake City, UT. s. 12.E.4/1-10. Arkivert fra originalen 26. juni 2007. 
  2. ^ Stafford, Jesse (2014-vår). «Hvordan fungerer et Quadcopter | Clay Allen» . University of Alaska, Fairbanks . Hentet 20. januar 2015 . 
  3. ^ Stafford, Jesse (12. januar 2014). «Hvordan flyr et quadcopter? Minicopter-jp.com» . Minicopter-jp.com . Hentet 20. januar 2015 . 
  4. ^ a b Leishman, J.G. (2000). Prinsipper for helikopteraerodynamikk . New York, NY: Cambridge University Press . 
  5. ^ Anderson, S.B. (1997). "Historisk oversikt over V/STOL-flyteknologi" . NASAs tekniske memorandum 81280 . 
  6. ↑ Hoffman, G.; Huang, H.; Waslander, SL; Tomlin, C.J. (20.–23. august 2007). "Quadrotor Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment" . Hilton Head, South Carolina. Arkivert fra originalen 13. august 2010. 
  7. ↑ Pounds, P.; Mahony, R.; Corke, P. (desember 2006). "Modellering og kontroll av en Quad-Rotor Robot" . I Proceedings of the Australasian Conference on Robotics and Automation . Auckland, New Zealand. 
  8. ^ Buchi, Roland (2011). Fascinasjon Quadrocopter . ISBN 978-3-8423-6731-9 . 
  9. ^ "Hvordan gjør du: Quadrocopter basert på Arduino" . LAGE . Arkivert fra originalen 11. desember 2011 . Hentet 29. desember 2014 . 
  10. ^ "FrontPage - UAVP-NG - The Open Source Next Generation Multicopter" . Hentet 29. desember 2014 . 
  11. ^ Young, Warren R. (1982). "Helikoptrene" . The Epic of Flight (Chicago: Time-Life Books). s. 28 . ISBN  0-8094-3350-8 . 
  12. ↑ "Helicopters of the World" Flight 2. november 1956 p722]
  13. ↑ "Illumin - The Quadrotor's Coming of Age" . Hentet 29. desember 2014 . 
  14. ↑ Uriah. Wyvern Quadrotor Helikopter . Hentet 29. desember 2014 . 
  15. ^ "Quadrotor: prøver noen designideer" . Hentet 29. desember 2014 . 
  16. ^ "arducopter - Arduino-basert autopilot for mulirotorfartøy, fra quadcoptere til tradisjonelle helis - Google Project Hosting" . code.google.com . Hentet 15. august 2013 . 
  17. ^ "Sikkerhetssystemer i quadcopters" . Hentet 5. mai 2015 . 

Eksterne lenker