Varför har ' t fyrhjulingar inte uppskalats ännu?

Det har gjorts (typ av):

Företaget som gjorde detta arbetar med en mer användbar version.

Det är viktigt att notera att uppskalning är extremt svårt inom flyg. Modellflygplan har prestationsnummer som fullskaliga människor bara kan drömma om.

Kommentarer

• Jag ’ m hoppas att en flygtekniker kan chima in på utmaningarna med att skala upp en modell. Jag tror Reynold ’ s Antal är inblandat, men jag vet inte ’.
• Det ’ är lättare än det. Hissen är proportionell mot arean, massan är proportionell mot volymen. När den skalas upp växer den senare snabbare.
• Volocoptervideo youtube.com / watch? v = RUGfXD0SW5Q
• Är .. det .. en träningsboll?
• @ easymoden00b Ser så ut. Verkar som en bra ” landningsställ ” 🙂

Quadcopters är inte en effektiv design – en stor rotor är mycket effektivare nt än fyra mindre rotorer. Anledningen till att fyrkoptrar blev populära är att de är mekaniskt enklare, säkrare (på grund av de mindre rotorerna) och mycket lättare att kontrollera med programvara.

Med detta sagt har de senaste framstegen inom maskininlärning gjort så att helikoptrar kan styrs av programvara. Jag skulle förvänta mig en återuppkomst i drönare i helikopterstil på grund av detta.

Slutligen är jag inte en flygtekniker men jag misstänker att det finns en stor fördel med att kombinera attribut från en fyrkopter och en helikopter Föreställ dig en stor rotor med fast stigning som drivs av en elmotor. Några små ytterligare elektriska motordrivna rotorer kan ge den nödvändiga kontrollen för stigning, girning och rullning. Elektricitet skulle genereras av en effektiv gasmotor som snurrar med nästan konstant hastighet. Tillräcklig reservkraft till land skulle kunna tillhandahållas av små batterier. Denna design skulle vara extremt tillförlitlig på grund av ökad tillförlitlighet och enkelhet hos motorer och rotorer med fast stigning. av människobärande fordon är så höga.

Kommentarer

• Detta måste betonas. Fyra mindre rotorer som totalt har samma yta är mindre effektiva än större enstaka rotor med samma totala yta.

Advanced Tactics har också gjort något!

A video av den första flygningen av Black Knight Transformer har släppts på Youtube.

Kommentarer

• sheeeshh att sak ’ är ful
• Detta behöver en post här en.wikipedia.org/wiki/Category:Eight -motor_flygplan
• Ah, flygets eleganta, enkla skönhet.

Fyra rotorkopior var faktiskt de första kopiatorerna …

Raúl Pateras Pescara, Buenos Aires, Argentina, 1916

Etienne Oehmichen, Paris, Frankrike, 1921

Kommentarer

• Detta svarar inte ’ inte på frågan.
• Tja, faktiskt det gör det. Inte avsikten antar jag.

Att skala upp quadcopterdesignen skulle göra dem väldigt stora. Att bara ha en (eller till och med två) rotor gör att helikoptern kan vara mindre och till och med fälla upp rotorerna och förbli ganska kompakt. Eftersom helikoptrar per definition ska komma in i svårare landningsområden är det i allmänhet inte önskvärt att öka fotavtrycket.

Kraftsystemet skulle också vara komplicerat. RC quadcopters använder en elmotor på varje rotor för oberoende kontroll. En större version skulle antagligen använda turbiner som de flesta helikoptrar, och de skulle antingen behöva fyra turbiner eller ett sätt att växla färre turbiner till 4 rotorer. Detta lägger bara till komplexiteten i systemet.

Chinook är ett exempel på en helikopter som använder två rotorer, men den extra komplexiteten gör det oönskat om inte den extra lyftkraften behövs.

Kommentarer

• och allt som är tillräckligt stort som behöver lyftas av fyra rotorer skulle också vara tillräckligt stort för att avlyssna tillräckligt med neddrag för att göra varje helikopterlyft svårare
• också chinookens ökade hastighetsförmåga

Det finns tre utmaningar för att skapa en marknadskonkurrenskraftig kvadratkopter i full skala.

1) Energieffektivitet
Quadrocoptern är inte en energieffektiv design.Helikoptrar ökar sitt räckvidd genom att använda relativt underdrivna motorer som tar lång tid att spola upp gasen och försöka hålla den vid relativt konstant varvtal medan du ändrar bladens stigning för att kontrollera helikoptern. Även om detta kan användas för att styra tonhöjd och bank, kontrollerar quadrocopter yaw genom att ändra motorns varvtal, vilket jag tror skulle vara svårt och ineffektivt att göra i en helikopter i full skala utan någon form av CVT för att justera varvtalet för knivarna utan att ändra motorns varvtal.

2) Strukturell integritet och vikt
Svansrotorhelikoptrar har i huvudsak en kropp och en svansbom. Svansbommen behöver inte ens vara så nötkött, eftersom belastningen på bommen är ganska liten jämfört med belastningen på huvudrotorn som drar upp på flygkroppens ram. Koaxialhelikoptrar kan förmodligen komma undan med bara ett flygkropp, och ingen svansbom och har förmodligen mindre krafter som verkar på hela strukturen under normala driftsförhållanden än konventionella helikoptrar. Quadrocopters har fyra huvudrotorer. Beviljas att var och en av rotorerna är ungefär 1/4 av kraften hos huvudrotorn hos en konventionell helikopter, men bommarna skulle fortfarande behöva kunna motstå mer än 1/2 av kraften hos en konventionell huvudrotor – tänk på det extrema fallet: du är full yaw – det betyder att två rotorer diagonalt mitt emot varandra är antingen av, eller snurrar i motsatt riktning, vilket skapar antingen lyftförlust eller till och med nedkraft som de andra två rotorerna måste kompensera för genom att producera två gånger dragkraft / lyft. Det är ett ganska vanligt fenomen bland miniatyr-R / C-plan och helikoptrar att vara helt övermäktiga och mycket nötare än deras motsvarigheter i full storlek.

3) Tillverkningskostnader
Det är värt att nämna att en större rotor är enklare och billigare att tillverka än tre ytterligare motorer / motorer. Jag tror (jag kan ha fel) den enda anledningen till att militära helikoptrar har två motorer istället för en stor, är för redundans. Om en blir skjuten har du fortfarande den andra som du kan använda för att halta tillbaka till basen eller en vänlig plats. Så när du tittar på hela fyra överdrivna motorer (se punkt 1) jämfört med 1-2 underdrivna motorer, skulle jag föreställa mig att du skulle titta på något som kostar mer. varför en quadrocopter inte har uppskalats och blivit kommersiellt tillgänglig av en stor tillverkare. Jag är säker på att varje tillverkare försöker bli först på den marknaden, men jag tror inte att QUADROcopters någonsin kommer att bli människopiloterade. Om du pratade om att göra en MULTIcopter (mer än fyra rotorer) men det finns några DIY-prototyper där ute, och jag tror att de har potential.

4) Att ta itu med förslagen för hybridsystem:
Som nu ser ut, kör konventionella helikoptrar 1-2 turbiner för kraft. De snurrar i sina optimala varvtalsområden, och piloten använder kollektivet för att ändra rotorbladens stigning för att kontrollera flygning. Ett hybridsystem är tilltalande för bilar eftersom det låter ICE springa i sitt optimala RPM-intervall snarare än att ständigt ändra RP Fröken. I rotorcraft är detta inte ett problem – eftersom de redan snurrar i optimala varvtalsområden skulle ett hybridsystem introducera en generator och batterier för att generera och lagra kraft för elmotorn att förbruka. Detta skulle öka vikten utan några speciella extra fördelar .

Den stora frågan är – varför bry sig? Vad gör quadrocopters bättre än konventionella helikoptrar? För drönare är den största fördelen med quadrocopters deras lätthet och produktionskostnad. Det är billigare att producera fyra små elektriska motorer än alla mekanismer för ett kollektiv. Det är också mer robust och lättare att betjäna. Vi pratar dock om olika skalor och uppdrag. Rotorcraft är redan i sig ineffektiva. Deras nisch – nära flygstöd och transport till platser där det är svårt att landa ett flygplan. Tendensen är att skapa en hybrid, eller skapa ett plan med VTOL-funktioner. (Osprey, Yak-141, Harrier, F-35 aka US Yak-141). Quadrocopters kan hitta sin nisch som billiga drönare eller övervakningsdronor, men jag tror att en mycket mer sannolik design är den som visas i Avatar – två motroterande inhöljda rotorer på vardera sidan om flygkroppen, som kan vektoriseras för att kontrollera flygningen.

Teknik förändras ständigt. Forskare i Ryssland har miniatyriserade kärnreaktorer och monterar dem i missiler. Detta förnekar behovet av batterier och hybridsystem. Om något, detta är det kraftverk som valts för stora quadrocoptersystem, men bara tiden kan visa hur tekniken kommer att utvecklas. Just nu ser jag inte fördelen med quadrocopter-konfigurationer för stora rotorfartyg.

Ändringsförslag, baserat om ny teknik på marknaden (23.03.2018):
Ett kinesiskt företag är aktivt y marknadsför deras EHang 184 autopilot drone air taxi, som använder quadrocopter design.Specifikationer:

• 100 kg nyttolast
• 25 minuters marschtid
• 1 timmars laddningstid
• 500 km / h marschfart (väldigt nyfiken på se detta)
• 500m kryssningshöjd

I grund och botten kan man jämföra det med konventionellt utformad Mygga helikoptrar. De flyger långsammare, men flygtiden, räckvidden och användbar belastning är betydligt högre. Observera också att medan tankning av en helikopter tar dessa storlekar fem minuter kommer lufttaxin att spendera 2 gånger längre laddning än den kommer att flyga. Men det här är mer ett EM vs IC-typproblem. Tiden kommer att visa om fyrkoptrar kan bevisa att de är värda att uppskalas.

Tillägg från den senaste yrkeserfarenheten (2018-09-19) Jag blev nyligen ombedd att utveckla ett quadrocopter-koncept. När jag försökte använda elkraft fann jag att nyttolastvikt och uppdragets flygtid drastiskt ökade vikten på de batterier som krävs för att uppfylla uppdragsparametrar, och du slutade med en fyra ton fyrsits fyrhjuling (yikes!). Omvandling till turboprop löste viktproblemet, men ökade dramatiskt kostnaden och komplexiteten. Som ett resultat fattades beslutet att drastiskt minska uppdragsparametrarna, vilket gav en mycket kortdistansfordon, som under normala omständigheter skulle vara ganska värdelösa. Du måste ladda batterierna i flera timmar för att få 15-30 minuters flygtid. Antingen skulle din quadrocopter sitta på asfalten och ladda, eller så skulle du behöva byta batterier efter varje humle, som kräver dyr infrastruktur a t varje landningsplats. I slutändan föreslogs idén med infrastruktur och batteribyte och väntar på sitt öde från översta ledningens sida, men alla i vårt team har redan skrotat projektet som omöjligt.

Det finns ett antal kommande batterier tekniker som drastiskt skulle förändra potentialen för sådana produkter, men de är ännu inte marknadsförberedda, mestadels i teoretiska, konceptuella och testfaser just nu. Kan inte säga mycket mer om ämnet utan NDA, förlåt.

Kommentarer

• Kostnaden är vad jag ’ tänker. Certifierade kolvhelikoptermotorer kan kosta $ 50.000. Även de minsta är i området $ 25 000. Multiplicera det nu med fyra: Du ’ har fyrdubblat kostnaden för en av de dyraste komponenterna utan vinst.
• Elmotorer är bland de mest effektiva i att byta energi till mekanisk kraft är den också lätt; naturligtvis kan du ha en ICE, t.ex. en Wankel RCE, som driver en generator till ett litet nöd- och reservbatteri. Denna förbränningsmotor kan alltid fungera i sitt bästa SFC-varvtal. Det finns många enkla sätt att styra varvtal för en elmotor. Att konceptet visat sig vara praktiskt har bevis för de många människor som bär fyrkopterprototyper som finns i dag, se bara på YouTube.
• @Urquiola Alla flygplanens fiende är vikt. Du säger Wankel – jag säger att turbiner har bättre förhållanden mellan vikt och vikt. Du säger hybridsystem? ut Det betyder att du måste ha en 1) ICE som förbrukar 2) bränsle, för att mata en 3) generator, som lagrar energi i 4) batterier, så att fyra elmotorer kan vrida rotorer. Varför alla extra delar och komponenter? Teknikförändringar, kanske en dag kommer vi ’ till den punkt där tekniken gör quadrocopters rimliga för produktion, ut vi ’ är inte där ännu.
• Jag undrade om ditt uttalande att det är nödvändigt att ändra varvtalet på knivarna för att kasta, ge, rulla etc men på samma sätt som ett plan skulle inte ’ t byta blad ’ tonhöjd som gjort i en fast vinge prop ger en mer effektiv och enkel fix?
• Inte för yaw, för att du skulle behöva cykliskt. Medan rekvisita med variabel stigning skulle lösa tonhöjd, rulla och lyfta, lägger det också till komplexitet för alla fyra propellrarna, och propellrar med variabel stigning är dyrare. Allt kommer ner till vad som är billigare.

Nedan är informationen om en av de tidiga prototyperna av Paul Moller, författare till ”Volantor”, nu chef för Freedom-Motors, ett företag som fokuserar på Wankel Rotary Combustion Engines. Moller byggde sina flygmaskiner med fläktar som drivs av Wankels roterande motorer, men det låter bättre att ha elektriska motorer för lyft- och framdrivningsfläktar, och någon form av hybridsystem för att generera kraft, Wankels är mycket bra i förhållande mellan vikt och effekt och säkerhet. Jag skulle säga att Moller och Helikar är exakt en Quadcopter, och eftersom den här maskinen och Utility-modellen / patenteringen är från tidigare tider som de leksaker vi alla känner till, förmodligen var det kycklingen hos samtida leksak Quadcopters, dagens leksaker är äggen.

Repet och kranen bakom Moller: ”flygande tefat”, Avro Canada misslyckades med att ha ett luftburet, är inte för att hålla maskinen i luften, utan en säkerhetsåtgärd, om du tittar, du ” Jag kommer att märka att repet inte är under spänning medan maskinen är i luften, vilket innebär att maskinen flyger av sig själv och inte hängs på kranen.

Prototyperna Bell Textron / X-22 och Curtiss- Wright X-19 kan också betraktas som mycket nära en quadcopter.

Ett spanskt team: FuVex, designade en prototyp med namnet: ”HeliKar”, också nära en storstor Quadcopter. YouTube innehåller en video om en Tysk uppfinning som heter: ”Volocopter VC200”, Terrafugia föreslog en annan ”Flying Car”, liksom Zee. Aero gjorde, de ritade ett koncept VTOL-flygbil som kunde parkeras mellan två vanliga bilar på en mart-parkeringsplats (se: ”SlashGear ”). Aero-X av Aerofex är en annan. Fipsi är inblandad i att utveckla en fyrfläktflygbil, som citeras i” Advanced System Engineering ”, SUSB Expo 2014.

” Framtida trans portation ”citerar vad de anser:” De 10 bästa flygbilarna ”. Krossblade föreslog SkyProwler och SkyCruiser, det stora problemet i en flygande bil verkar uppfylla i samma design vikten och säkerhetskraven för både en bil och ett flygplan. Ford släppte ritningar för en: ”Aero-car”. CNN rapporterar om Fly Citycopter, av E Galvani.

Mechanix Illustrated, mars 1957 innehåller en: ”Flying saucer”, design av Peter Nofi, kraften kommer från en platt-sex fram- och återgående motor, och Popular Mechanix, franska editon, Sept 1961, en liknande design: ”Rotavion”, av Ben Kaufman. Mechanix Illustrated, jan 1962, s. 70-73, handlar om en VTOL-enhet som har 3 höljda fläktar rörda av en turbin.

När det gäller historiska föregångare, maskinen i filmen från 1961 av William Witney: ”Master of the World ”, baserad på två romaner av Jules Verne:” Master of the World ”och:” Robur the Conqueror ”, kan lätt betraktas som en multipropeller:” Quadcopter ”. Om: ”Fly by wire” lyckades hålla luftburna inneboende instabila och ostyrbara mönster, kan det inte finnas några gränser för vad som kan åstadkommas med en digital styrteknik som för närvarande säljs i leksaker som börjar på cirka $ 20.

Ett Ungernsbaserat företag: ”Flike” och Ungerns namn kommer inte från ”Hunger”, men från: ”Huns”, presenterade just en ”pilot” trepropeller, video är signerad av Bay Zoltan.

Tillhör flygplattformarna, enheter för en person, kanaliserad fläkt nedan, testad av den amerikanska armén, i klassen ”Quadcopter” ?. Flera ”lutande vingar” och ringformade vingflygmaskinsarrangemang testades också, listan över ”Concept” och ”Okonventionella” flygplan banar väg för många böcker, men webben dödar denna typ av papperspublikationer.

”SkyProwler”, är ett annat tillvägagångssätt, en blandad Quadcopter och fast vingdesign. Bensen B-12 (se ”Aerofiles”) är ett 1961-exempel på Multi-Rotor (snarare multipropeller) Quadcopter-stilmaskin, patent US49820151 handlar om multi-fläkten P. Moller design, och patent CA1264714 handlar om en: ” Robot eller fjärrstyrd flygplattform ”, även av P. Moller. Alla patent har fri och fri tillgång och nedladdning i:” Espacenet ”

Finns det en anledning till att Quadcopter-leksaker inte kunde öka i storlek , även använda samma programvara för att styra motorer och stabilitet?

Tack. + salut

Moller M200 testflyg
Helikar
P2 Hoverbike från Malloy Aeronautics

Kommentarer

• vad ’ är användbarheten / betydelsen av de bilder du just lagt till?
• CGC Campbell angav nedan att slutna fläktar skulle fungera. Detta för att påpeka att hans påstående inte är helt korrekt. Wing begravde jetmotorer i Northrop Flying Wing, också i De Havilland Comet, uppfyllde också sin uppgift. Federyco: ¿ Fondo Europeo de Desarrollo Regional y Comunitario? Gesund +
• Om dessa skulle vara ett svar på en kommentar, bör de gå in i kommentarerna. Om de är en del av svaret, vänligen lägg till en förklaring till svaret runt bilderna. Just nu är det bara buller.

Anledningen till att fyrkoptrar väljs som plattformar för små datorstyrda flygmaskiner beror på att de är designade smidigare och enklare att flytta i och runt alla tre axlarna. Detta beror på att de enligt design är väldigt mycket instabila .

Det är faktiskt omöjligt för en människa för att styra en fyrkopter (som kan röra sig i och runt alla tre axlarna) utan hjälp av en dator eller någon annan typ av konstgjord stabilisator.Anledningen till att datorer kan styra fyrhjulingar är att de är tillräckligt snabba för att producera kontrollingångar som motverkar alla små destabiliserande krafter som verkar på ramen.

Ett sätt att föreställa sig den inneboende stabiliteten hos en flygande plattform är att överväga vad skulle hända om du skulle släppa kontrollerna. Normala flygplan och helikoptrar tenderar att bara fortsätta flyga åt samma håll. Om du släpper kontrollerna av en fyrkopter (och inte har någon stabiliseringsmekanism installerad) kommer fyrhjulingen mycket snabbt bara kaotiskt att tumla mot marken. Detta innebär att designen i en helikopter eller ett flygplan ”hjälper” dig och tvingar ramen att flyga på ett stabilt sätt (framåt.) I en fyrkopter finns det ingen sådan hjälp men det finns inte heller några krafter som hindrar dig från att röra dig mot någon riktning du vill ha.

Denna princip är också medvetet på ramar som F-117. F-117 är omöjlig att flyga utan hjälp av datorer (den var utformad för att vara instabil), men detta har gjort det till ett mycket smidigare flygplan än vad ramens ram normalt skulle ha tillåtit.

Den andra ( större) anledningen till att fyrhjulingar inte har uppskalats beror på att de förbrukar (mycket) mer bränsle än andra flygplanstyper. Varför skulle någon bygga en fyrkopter när en helikopter eller ett flygplan gör jobbet med mindre bränsle. De är också långsamma och bullriga.

Tänk på att ”jobbet” för uppskalade flygplan är vanligtvis att flytta saker från punkt A till punkt B medan ”jobbet” för små datorstyrda fyrhjulingar är att vara smidig.

Kommentarer

• Quadcopters kan vara stabila, neutralt stabila eller instabila. Det beror på om de har tyngdpunkten nedan, sammanfaller eller ovanför lyftens centrum. De flesta är byggda med neutral stabilitet.
• Jag skulle inte vilja ’ inte vara så optimistisk för helikopternas naturliga stabilitet. Om det inte är en Kamov med två koaxialrotorer är helikoptrar instabila. Det är dock lättare att styra två rotorer än fyra.

För att klargöra några av svaren , teknik inom distribuerad framdrivning rör sig mot system som gör det möjligt att bygga hybrid fyrhjulingar som eliminerar problemen med en gas fyrhjuling och tar bort energitäthetsbegränsningarna för elektriska system. Jag misstänker att vi kommer att se fyrkoptrar i mänsklig skala de närmaste 20-30 åren.

e-Volo hävdar att det kommer att använd räckviddsförlängare i VC200: http://www.e-volo.com/information/how-long-can-you-fly

Jag var väldigt nyfiken på den tekniken och gjorde liten forskning. Min slutsats är att om de överväger att använda Bladon Jets mikroturbin för att generera elektricitet kan det vara en total vinst!

Så det verkar som att den mest avancerade turbinen de har nu är 50 kW, 40 kg jet turbin för konceptbil: http://www.bladonjets.com/news/bladon-jets-at-the-geneva-motor-show/

Enligt wikipedia förbrukar Volocopter-motorer ~ 36 kW ( 18×2 Kw, se E-volo_VC2) vilket innebär att de kan drivas direkt av el producerad av turbin utan att behöva batterier! Naturligtvis måste det finnas ett litet batteripaket som ger energibuffert för säker drift.

Det finns också ett datablad på bladonjets webbplats om bränsleförbrukningen av stationär 12 kW-turbin, den är 5 liter / timme. Låt oss säga att deras 50 kW-turbin kommer att förbruka fem gånger mer. Vilket innebär att 50 kg bränsle räcker för att flyga vc200 i minst 2 timmar (inte 20 minuter, som de säger för ren elektrisk e-Volo).

Systemets totala vikt är inte heller det mycket överskrids av turbinen: 40 kg turbin + 50 kg bränsle + 50 kg chassy. Tja, e-volo kan alredy bära 2 personer = 150 kg, eller hur? Så befintlig prototyp kan lyfta generatorn som den är. 50% starkare motorer (18 * 3 kW = 54 kW) är inte ett problem att lyfta ytterligare 150 kg. Även om den totala vikten kan överstiga 450 kg – kategori ultralätta rotorflygplan, men vem säger att specialdesignad turbin inte kan integreras i e-volostruktur?

Min poäng är att tekniken finns. Tillämpa den allt, och det kommer att göra en revolution.

De har skalats upp – kanske inte i rotorstorlek men i antal Om detta kan göras kan jag inte se någon praktisk gräns för att producera en bemannad plattform med fyra rotorer.

Kontrollerbarhet verkar vara lite av ett problem, men kanske beror det på att piloten har monterat en mjölkaktig kupol runt huvudet.