Vraag:
Is het beter om een ​​onderste zware quadcopter of een topzware quadcopter te hebben als het gaat om de stabiliteit van een quadcopter?
Diamondx
2020-05-13 17:56:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Maakt het uit waar de batterij is gemonteerd? Of is het het beste om het zwaartepunt uit te lijnen met het propellervlak waar de stuwkracht wordt gegenereerd?

Twee antwoorden:
Kenn Sebesta
2020-05-13 18:44:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het hangt ervan af wat voor soort stabiliteit je zoekt. Nicolas Petit schreef hier een paar jaar geleden een paper over, de onderstaande afbeeldingen zijn afkomstig van pagina 4 en 5 .

De samenvatting is dat een hoger zwaartepunt beter is voor xy positiestabiliteit, een lager zwaartepunt is beter voor snelheidsstabiliteit .

Achtergrond

Laten we, voordat we beginnen, aannemen dat we het alleen hebben over een drone die puur vooruit vliegt en dat alle dynamiek dus verband houdt met de toonhoogte. [*]

Ten tweede, laten we het zwaartepunt, het zwaartepunt, bepalen. ten opzichte van het aerodynamische centrum (vergelijkbaar met in https://aviation.stackexchange.com/questions/19388/what-is-the-difference-between-centre-of-pressure-aerodynamic-centre-and-neutra). Het aerodynamische centrum is het geïdealiseerde punt waar alle weerstandskrachten er gelijkmatig omheen werken. Met andere woorden, het kan worden gezien als de plek waar de helft van de weerstand de quadcopter roteert in een pitch-up-oriëntatie en de helft in een pitch-down-oriëntatie.

Hier is de relevante afbeelding. Het toont een voorwaartse vlucht, en dat is hetzelfde als een vlucht met een achterwaartse wind. [**] De rode pijl is voor wanneer het zwaartepunt zich boven het aërodynamische centrum bevindt en de blauwe pijl is voor wanneer het onder het aërodynamische centrum is.

enter image description here

enter image description here

Topzwaar zwaartepunt: verhoogt positiestabiliteit, verlaagt snelheidsstabiliteit

Wanneer het zwaartepunt zich boven het aërodynamische centrum bevindt, neigt de drone naar voren te kantelen als er een windvlaag is. Dit zorgt voor positiestabiliteit, want als de drone naar achteren wordt geduwd, leunt hij van nature naar voren, waardoor de snelheid waarmee hij achteruit accelereert afneemt.

Omdat het zwaartepunt zich echter boven het aerodynamische centrum bevindt, wil de drone bij het vooruitvliegen over zijn AC struikelen en nog verder naar voren komen. Dit betekent dat de voorwaartse snelheid enigszins ondergedempt is, wat resulteert in een minder positieve of zelfs negatieve feedbackcyclus.

Zwaartepunt zwaar onderin: vermindert positiestabiliteit, verhoogt snelheidsstabiliteit

In dit geval bevindt het zwaartepunt zich onder het aërodynamische midden. Wanneer er een plotselinge windstoot is die de drone destabiliseert, kantelt de drone weg van zijn vasthoudpositie, wat in combinatie met de kracht van de windvlaag de positionele fout accentueert.

Maar aan de andere kant heeft de drone de neiging om te wil terug naar de verticale kant werpen, in plaats van over zijn eigen voeten te struikelen. Dit betekent dat de voorwaartse snelheid goed wordt gedempt zonder een positieve feedbackcyclus.


[*] Roll functioneert op precies dezelfde manier, maar het leidt af om elke keer dat we praten 'pitch / roll' te schrijven over een rotatie. [**] Dit is een basisprincipe van aerodynamica en vloeistofstroom, namelijk dat het niet te onderscheiden is of het object door de vloeistof beweegt of de vloeistof rond het object beweegt.

Hoewel dit waar is, denk ik dat het een klein effect overschat, omdat de meeste drones vrij compact zijn - er zijn geen grote, lichte oppervlakken om windstoten op te vangen. Als je wisselt tussen batterij-bovenop en batterij-eronder, verplaats je zowel de CG als de CoP. De vraag gaat over CG versus motorhoogte, wat niet relevant is.
* ".. een basis ** principe ** van aerodynamica .." *.
> aangezien het zwaartepunt zich boven het aërodynamische centrum bevindt, heeft de zwaartekracht de neiging de drone steeds meer uit verticale uitlijning te trekken. uhmmmm .. Is dat niet letterlijk de misvatting van de slingerraket? Zeker, in tegenstelling tot een raket, zijn er aërodynamische krachten, maar tenzij de drone vliegt met de onderkant eerst, ze zouden hem niet meer moeten uitlijnen met een hoger zwaartepunt versus een lager zwaartepunt. Het is waarschijnlijk juister om te zeggen dat het zwaartepunt de _voorkeursoriëntatie_ van de drone bepaalt ten opzichte van zijn vliegrichting (of vice versa, de voorkeursrichting van reizen ten opzichte van zijn eigen referentiekader).
+1 voor het vangen van een misvatting. Ik lette niet op, het antwoord is nu opgelost. Het probleem is niet de rotatiestabiliteit, het is snelheidsstabiliteit.
Drones and Whatnot
2020-05-13 18:11:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Voor zover ik weet, maakt het niet zoveel uit wat betreft vluchtstabiliteit vanwege iets dat de Drone Pendulum Fallacy wordt genoemd, dat beschrijft hoe de drone rond het midden van massa, niet vanaf het punt waarop de stuwkracht wordt gecreëerd, zoals hieronder wordt geïllustreerd op de foto van de Drone Pendulum Fallacy-website: Diagram off centre of rotation

Naar mijn ervaring kan het de behandeling beïnvloeden - veel racepiloten geven de voorkeur aan de montage aan de onderkant, terwijl veel freestyle piloten de voorkeur geven aan de montage aan de bovenkant, maar dit heeft te maken met de manier waarop de quad handelt en dus is het echt persoonlijke voorkeur.

Er zijn nog andere factoren die je misschien wilt overwegen - Een aan de bovenkant gemonteerde batterij brengt bijvoorbeeld het zwaartepunt dichter bij de stuwkrachtlijn en kan ook de impact van een GoPro op je quad compenseren. Een bovenaan gemonteerde batterij betekent ook dat u niet op uw batterij hoeft te landen, dus neemt dat risico weg.

Een bovenaan gemonteerde batterij heeft echter meer ruimte nodig dan een onderaan gemonteerde (ervan uitgaande dat u ook a GoPro).

Oscar Liang vertelt hierover op hun website, dus ik raad u aan daar een kijkje te nemen om u te helpen bij het nemen van uw beslissing.

De misvatting van de drone-slinger is alleen van toepassing op interne stabiliteit - in een omgeving zonder externe krachten doet de locatie van het zwaartepunt ten opzichte van het middelpunt van de stuwkracht er niet toe, zolang de stuwkrachtas maar door het zwaartepunt gaat. Zodra je begint met het introduceren van externe krachten (bijv. Windstoten), doet het dat indirect. Het is waar dat het middelpunt van de stuwkracht zelf niet uitmaakt, maar aangezien de propellers en hun ondersteuningsstructuur de belangrijkste bron van weerstand zijn voor de meeste helikopters, is het een redelijke benadering van de werkelijke aerodynamica die erbij betrokken is.
Ik zie altijd mensen praten over het dichter bij de stuwlijn brengen van het zwaartepunt. Ik zie niet in waarom dat belangrijk is in termen van fysica. Als het traagheidsmoment hetzelfde is, zou er geen verschil in hoekversnelling moeten zijn, of de steunen nu 10ft onder het zwaartepunt of direct in het vlak zijn (ervan uitgaande dat de steunen zich in dezelfde straal vanaf het zwaartepunt bevinden). Het lijkt erop dat het traagheidsmoment wordt verminderd, maar de prestatiewinst wordt toegeschreven aan CG nabij proplijn.
@LucaScheuer Misschien hebben ze het over de _horizontale_ verdeling van massa? De feitelijke stuwkrachtlijn (zoals in, de lijn waarop zowel de cumulatieve stuwkrachtvector als het punt van toepassing ervan liggen) staat altijd loodrecht op de propellers (als we het hebben over een gewone 'platte' multikopter), dus de enige manier om het zwaartepunt dichter naar zich toe te brengen, is horizontaal. Dit is niet _too_ belangrijk, aangezien de lijn zelf constant wordt bewogen door de props die op en neer draaien - zo roteert de quad zelf - maar met het CoG dode punt betekent dit dat de props gelijkmatig draaien om een ​​horizontale vlucht te behouden.
@LucaScheuer traagheidsmoment stijgt met de kubus van afstand. Dus door de massa van het zwaartepunt dichter bij het vlak te brengen, wordt de traagheid van de motoren - enkele van de zwaarste delen van het voertuig - kubisch verminderd.
@KennSebesta Kijkend naar de lijsten met veelvoorkomende traagheidsmomenten op Wikipedia, gaat het omhoog met het vierkant, niet met de kubus denk ik: https: //en.wikipedia.org/wiki/List_of_moments_of_inertia Door alle massa dichter bij elkaar te brengen, zou het moment van traagheid, maar er is niets dat zegt dat het massamiddelpunt of het traagheidsmoment op één lijn ligt met het steunvlak. Ik ben het ermee eens dat de motoren zwaar zijn en een groot deel uitmaken van het traagheidsmoment van de helikopter, maar dat betekent niet dat met een bepaalde set componenten het laagste traagheidsmoment wordt bereikt door het zwaartepunt in het propvlak te plaatsen.
Ja je hebt gelijk! Ik dacht aan een traagheidsmoment van het gebied, niet aan een massatraagheidsmoment. Je hebt ook gelijk dat het brengen van de CG naar het propellervliegtuig niet * de facto * het laagste traagheidsmoment is. Maar het is behoorlijk verdomd dichtbij, en als je een lage zwaartepunt wilt hebben en het lager wilt verplaatsen, dan krijg je met dollars aan donuts dat je het (massa) traagheidsmoment vergroot.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 4.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...