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Quadcopters de combustibles fósiles

Como saben, el consumo específico de energía de la gasolina y otros tipos de combustibles fósiles es un orden de magnitud mayor que el de las baterías de litio de cualquier tipo. Y los multicopteros, como uno de los sistemas más poco económicos para vuelos, necesitan una alta intensidad energética más que todos los demás aviones. Parecería que reemplazar los motores eléctricos con gasolina y volar usted mismo? Pero, desafortunadamente, el principio básico del vuelo multicopter: la estabilización dinámica constante mediante el ajuste de la velocidad del motor, no puede usarse junto con motores de gasolina debido a su alta inercia y a una precisión mucho peor y rangos de ajuste. Sin embargo, hay varias soluciones alternativas.

Como yo mismo quisiera hacer un helicóptero con un motor de combustión interna (ICE), traté de considerar todos los tipos posibles de tales aviones, con sus desventajas y ventajas.

1. La opción más "obvia" es un generador eléctrico de motor de combustión interna que alimenta un helicóptero ordinario


Parece lo más simple, pero esta simplicidad es engañosa. La eficiencia de la doble conversión del trabajo mecánico en flujos de aire de las hélices no es tan alta, las pérdidas ascenderán al 70%. El diseño tampoco es demasiado simple: necesitamos sistemas de control adicionales para el generador, y el empuje requerido de los motores eléctricos y las hélices es aproximadamente el 200% del peso final del dispositivo. Este peso es bastante grande (solo por la potencia decente de los motores, el peso decente del generador y su unidad de control), así como las dimensiones. Para aquellos que fabrican helicópteros ellos mismos, grandes problemas con la selección de componentes (generadores bastante fáciles y potentes, no tanto, pero son muy caros).

Pros: al instalar una batería pequeña, puede garantizar la posibilidad de vuelo en caso de falla del motor (lo que no ocurre tan raramente).

Contras: baja eficiencia (solo tres veces mejor que los dispositivos puramente eléctricos), complejidad relativa, alto costo de los componentes, gran peso y dimensiones.

Implementaciones conocidas: no encontradas.

2. Hélices con paso variable y accionamiento desde ICE (directo con varios motores, o mediante transmisión desde uno o más motores)


El dinamismo del ajuste de empuje se logra mediante cambios en el paso de los tornillos (similar al helicóptero). Tenemos 4 o más de estos complejos sistemas mecánicos a bordo, el número correspondiente de servos. Además, la falta de fiabilidad del motor de combustión interna afecta la seguridad de los vuelos con dicho helicóptero. Pero la eficiencia está en el nivel de los helicópteros (en presencia de cajas de engranajes y grandes rotores de helicópteros), aunque se obtiene al precio de las dimensiones y la mecánica compleja.

Pros: alta eficiencia energética (puede llevarse a un helicóptero).

Contras: alta complejidad mecánica, alto costo (en vista de esta misma complejidad), la imposibilidad práctica de garantizar el vuelo en caso de falla del motor, si su número es inferior a cuatro (con cuatro se puede estabilizar invirtiendo la dirección del flujo, pero la reserva de potencia del motor debe superar el 200%), Grandes dimensiones.

Implementaciones conocidas: curiosamente, las hay. El proyecto del helicóptero de elevación pesada en Kickstarter (dos motores rotan cuatro tornillos de paso variable a través de transmisiones) También un helicóptero relativamente pequeño

3. Varios tipos de ajuste adicional de la velocidad del motor o su tracción: persianas, generadores de motor adicionales en el eje, motor de frenado / aceleración


De hecho, lo mismo que el párrafo 2, pero "vista lateral". Nuevamente requieren sistemas mecánicos y servos adicionales (o motores eléctricos).

Pros: eficiencia relativamente alta (sin engranajes, solo dos veces menor que un helicóptero); La versión con motor-generador eléctrico que regula la velocidad del motor de combustión interna cambiando la carga, es posible proporcionar un vuelo de emergencia con suficiente potencia del motor y la presencia de una batería adicional.

Contras: también complejidad mecánica, alto costo, peso decente.

Implementaciones conocidas: también disponibles, en forma del proyecto YeAir en Kickstarter.

4. Celdas de combustible alimentadas por gas o combustible líquido


Desafortunadamente, siguen siendo casi fantásticos por ahora, ya que las celdas de combustible suficientemente potentes no están disponibles para la venta.

Pros: simplicidad (incluso puede soñar con un simple reemplazo de baterías con pilas de combustible).

Contras: ciencia ficción hoy.

5. El rotor principal con un motor de combustión interna (tal vez incluso dos, de acuerdo con el esquema coaxial, o ubicado lo suficientemente cerca como para no crear una gran inclinación de la tracción), además de varios motores eléctricos correctivos de pequeña potencia.


Uno o dos rotores crean elevación, y los pequeños motores eléctricos solo estabilizan el helicóptero y compensan el par. El sistema es muy simple, aunque requiere una batería adicional para alimentar los motores de corrección (sin embargo, no es demasiado pesado, ya que los motores de corrección requieren muy poco esfuerzo). Teóricamente, también se puede instalar un pequeño generador de energía para no tomar o reducir esta batería.

Pros: la eficiencia no es peor que la reivindicación 3, simplicidad de diseño y bajo costo de componentes; teóricamente se puede garantizar un vuelo de emergencia (un segundo rotor; motores correctivos suficientemente potentes con una batería que pondría un helicóptero en caso de falla del motor); La capacidad de proporcionar vuelo horizontal en caso de falla de uno de los motores / hélices correctivos (si hay cuatro de ellos, como un quadrocopter): puede cambiar la rotación del tornillo diagonal opuesto al opuesto.

Contras: garantizar un vuelo de emergencia sigue siendo un poco más complicado que el del elemento 1; sensibilidad a la alineación (si el centro de gravedad está demasiado lejos del rotor principal, los motores correctivos no podrán compensar la distorsión, a menos que sus "hombros" se alarguen); peor maniobrabilidad

Implementaciones conocidas: disponibles

Para mi futuro helicóptero, elegí la opción número cinco. Hasta ahora, ha construido solo un prototipo con motores eléctricos (uno potente, para el rotor principal y cuatro correctores de baja potencia), incluso vuela:



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Estaré encantado de enmiendas y sugerencias.

Source: https://habr.com/ru/post/es380737/

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