Quadcopter mit fossilen Brennstoffen
Wie Sie wissen, ist der spezifische Energieverbrauch von Benzin und anderen Arten fossiler Brennstoffe um eine Größenordnung höher als der von Lithiumbatterien jeglicher Art. Und Multikopter als eines der unwirtschaftlichsten Systeme für Flüge benötigen mehr Energie als jedes andere Flugzeug. Es scheint, dass Elektromotoren durch Benzin ersetzen und selbst fliegen? Leider kann das Grundprinzip des Multikopterfluges - konstante dynamische Stabilisierung durch Einstellen der Motordrehzahl - aufgrund ihrer hohen Trägheit und der viel schlechteren Genauigkeit und Einstellbereiche nicht in Verbindung mit Benzinmotoren verwendet werden. Es gibt jedoch mehrere Problemumgehungen.Da ich selbst einen Hubschrauber mit einem Verbrennungsmotor (ICE) bauen möchte, habe ich versucht, alle möglichen Typen solcher Flugzeuge mit ihren Nachteilen und Vorteilen zu berücksichtigen.1. Die „offensichtlichste“ Option ist ein elektrischer Generator eines Verbrennungsmotors, der einen normalen Hubschrauber speist
Es scheint am einfachsten zu sein, aber diese Einfachheit täuscht. Der Wirkungsgrad der doppelten Umwandlung von mechanischer Arbeit in Luftströme von Propellern ist nicht so hoch, die Verluste betragen 70%. Das Design ist auch nicht zu einfach - wir benötigen zusätzliche Steuerungssysteme für den Generator, und der erforderliche Schub von Elektromotoren und Propellern beträgt etwa 200% des Endgewichts des Geräts. Dieses Gewicht ist ziemlich groß (nur wegen der anständigen Leistung der Motoren, des anständigen Gewichts des Generators und seiner Steuereinheit) sowie der Abmessungen. Für diejenigen, die selbst Copter herstellen - große Probleme bei der Auswahl der Komponenten (recht einfache und leistungsstarke Generatoren - nicht so sehr, aber sie sind sehr teuer).Vorteile: Durch die Installation einer kleinen Batterie können Sie die Möglichkeit eines Fluges im Falle eines Triebwerksausfalls sicherstellen (was nicht so selten vorkommt).Nachteile: geringer Wirkungsgrad (nur dreimal besser als rein elektrische Geräte), relative Komplexität, hohe Kosten für Komponenten, großes Gewicht und Abmessungen.Bekannte Implementierungen: nicht gefunden.2. Propeller mit variabler Steigung und Antrieb vom ICE (direkt mit mehreren Motoren oder durch Übertragung von einem oder mehreren Motoren)
Die Dynamik der Schubeinstellung wird durch Änderungen der Steigung der Schrauben (ähnlich wie beim Hubschrauber) erreicht. Wir haben 4 oder mehr dieser komplexen mechanischen Systeme an Bord, die entsprechende Anzahl von Servos. Darüber hinaus beeinträchtigt die Unzuverlässigkeit des Verbrennungsmotors die Sicherheit von Flügen mit einem solchen Hubschrauber. Der Wirkungsgrad liegt jedoch auf dem Niveau von Hubschraubern (bei Vorhandensein von Getrieben und großen Hubschrauberrotoren), obwohl er zum Preis von Abmessungen und komplexer Mechanik erzielt wird.Vorteile: hohe Energieeffizienz (kann zu einem Hubschrauber gebracht werden).Nachteile: hohe mechanische Komplexität, hohe Kosten (angesichts dieser Komplexität), die praktische Unmöglichkeit, den Flug bei einem Triebwerksausfall sicherzustellen, wenn ihre Anzahl weniger als vier beträgt (bei vier kann sie durch Umkehren der Strömungsrichtung stabilisiert werden, die Motorleistungsreserve sollte jedoch 200% überschreiten), große Dimensionen.Bekannte Implementierungen: Seltsamerweise gibt es. Das Heavy-Lift-Copter- Projekt auf Kickstarter (zwei Motoren drehen vier Schrauben mit variabler Steigung durch Getriebe). Auch ein relativ kleiner Hubschrauber3. Verschiedene Arten der zusätzlichen Einstellung der Motordrehzahl oder ihrer Traktion - Jalousien, zusätzliche Motorgeneratoren auf der Welle, Brems- / Beschleunigungsmotor
In der Tat das gleiche wie Absatz 2, aber "Seitenansicht". Auch hier sind zusätzliche mechanische Systeme und Servos (oder Elektromotoren) erforderlich.Vorteile: relativ hoher Wirkungsgrad (ohne Getriebe - nur zweimal niedriger als ein Hubschrauber); Die Version mit Elektromotorgeneratoren, die die Drehzahl des Verbrennungsmotors durch Lastwechsel regeln - es ist möglich, einen Notflug mit ausreichender Motorleistung und dem Vorhandensein einer zusätzlichen Batterie bereitzustellen.Nachteile: auch mechanische Komplexität, hohe Kosten, anständiges Gewicht.Bekannte Implementierungen: auch verfügbar in Form des YeAir-Projekts auf Kickstarter.4. Brennstoffzellen, die mit Gas oder flüssigem Brennstoff betrieben werden
Leider bleiben sie vorerst fast fantastisch, da nicht ausreichend leistungsstarke Brennstoffzellen zum Verkauf angeboten werden.Vorteile: Einfachheit (Sie können sogar von einem einfachen Austausch von Batterien durch Brennstoffzellen träumen).Nachteile: Science Fiction heute.5. Hauptrotor mit einem Verbrennungsmotor (möglicherweise sogar zwei - gemäß dem Koaxialschema oder nahe genug, um keine große Schräglage der Traktion zu erzeugen) sowie mehrere korrigierende Elektromotoren mit geringer Leistung
Ein oder zwei Rotoren erzeugen Auftrieb, und kleine Elektromotoren stabilisieren nur den Copter und kompensieren das Drehmoment. Das System ist sehr einfach, obwohl es eine zusätzliche Batterie benötigt, um die Korrekturmotoren anzutreiben (jedoch nicht zu schwer, da die Korrekturmotoren nur sehr wenig Aufwand erfordern). Theoretisch kann auch ein kleiner Stromgenerator installiert werden, um diese Batterie nicht aufzunehmen oder zu reduzieren.Vorteile: Effizienz ist nicht schlechter als Anspruch 3, Einfachheit des Designs und niedrige Kosten der Komponenten; Ein Notflug kann theoretisch sichergestellt werden (ein zweiter Rotor; ausreichend leistungsstarke Korrekturmotoren mit einer Batterie, die im Falle eines Triebwerksausfalls einen Hubschrauber einsetzen würde); die Fähigkeit, bei Ausfall eines der Korrekturmotoren / Propeller (wenn es vier davon gibt, wie bei einem Quadrocopter) einen Horizontalflug zu ermöglichen - Sie können die Drehung der gegenüberliegenden Diagonalschraube in die entgegengesetzte Richtung ändern.Nachteile: Die Sicherstellung eines Notfluges ist immer noch etwas komplizierter als in Punkt 1; Empfindlichkeit gegenüber Ausrichtung (wenn der Schwerpunkt zu weit vom Hauptrotor entfernt ist, können Korrekturmotoren die Verzerrung nur kompensieren, wenn ihre „Schultern“ länger sind); schlechteste Manövrierfähigkeit.Bekannte Implementierungen: verfügbarFür meinen zukünftigen Hubschrauber habe ich Option Nummer fünf gewählt. Bisher hat er nur einen Prototyp mit Elektromotoren gebaut (einen leistungsstarken für den Hauptrotor und vier Korrekturmotoren mit geringem Stromverbrauch) - sogar Fliegen:
Ich freue mich über Änderungsanträge und Vorschläge. Source: https://habr.com/ru/post/de380737/
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