Quadricoptères à combustibles fossiles
Comme vous le savez, la consommation d'énergie spécifique de l'essence et d'autres types de combustibles fossiles est d'un ordre de grandeur supérieur à celle des batteries au lithium de toute nature. Et les multicoptères, en tant que l'un des systèmes les plus économiques pour les vols, ont besoin d'une intensité énergétique plus élevée que tous les autres avions. Il semblerait que remplacer les moteurs électriques par de l'essence et voler vous-même? Mais, malheureusement, le principe de base du vol multicoptère - stabilisation dynamique constante en ajustant la vitesse du moteur - ne peut pas être utilisé en conjonction avec des moteurs à essence en raison de leur grande inertie et d'une bien pire précision et plages de réglage. Cependant, il existe plusieurs solutions de contournement.Étant donné que je souhaite moi-même fabriquer un hélicoptère avec un moteur à combustion interne (ICE), j'ai essayé d'envisager tous les types d'aéronefs possibles, avec leurs inconvénients et leurs avantages.1. L'option la plus «évidente» est un générateur électrique à moteur à combustion interne qui alimente un hélicoptère ordinaire
Cela semblerait le plus simple, mais cette simplicité est trompeuse. L'efficacité de la double conversion du travail mécanique en flux d'air des hélices n'est pas si élevée que les pertes s'élèveront à 70%. La conception n'est pas non plus trop simple - nous avons besoin de systèmes de commande supplémentaires pour le générateur, et la poussée requise des moteurs électriques et des hélices est d'environ 200% du poids final de l'appareil. Ce poids est assez important (juste à cause de la puissance décente des moteurs, du poids décent du générateur et de son unité de contrôle), ainsi que des dimensions. Pour ceux qui fabriquent eux-mêmes des hélicoptères - gros problèmes avec la sélection des composants (générateurs assez faciles et puissants - pas tellement, mais ils coûtent cher).Avantages: en installant une petite batterie, vous pouvez assurer la possibilité de vol en cas de panne moteur (ce qui n'arrive pas si rarement).Inconvénients: faible efficacité (seulement trois fois mieux que les appareils purement électriques), complexité relative, coût élevé des composants, poids et dimensions importants.Implémentations connues: introuvable.2. Hélices à pas variable et entraînement par ICE (directe avec plusieurs moteurs, ou par transmission à partir d'un ou plusieurs moteurs)
Le dynamisme du réglage de la poussée est obtenu par des changements de pas des vis (similaire à l'hélicoptère). Nous embarquons 4 ou plus de ces systèmes mécaniques complexes à bord, le nombre correspondant de servos. De plus, le manque de fiabilité du moteur à combustion interne affecte la sécurité des vols avec un tel hélicoptère. Mais l'efficacité est au niveau des hélicoptères (en présence de boîtes de vitesses et de gros rotors d'hélicoptère), bien qu'elle soit obtenue au prix de dimensions et de mécaniques complexes.Avantages: haute efficacité énergétique (peut être amené à un hélicoptère).Inconvénients: complexité mécanique élevée, coût élevé (compte tenu de cette complexité même), impossibilité pratique d'assurer le vol en cas de panne moteur, si leur nombre est inférieur à quatre (avec quatre il peut être stabilisé en inversant le sens d'écoulement, mais la réserve de marche du moteur doit dépasser 200%), grandes dimensions.Implémentations connues: curieusement, il y en a. Le projet d' hélicoptère de transport lourd sur Kickstarter (deux moteurs font tourner quatre vis à pas variable dans les transmissions). Aussi un hélicoptère relativement petit3. Différents types de réglage supplémentaire du régime moteur ou de leur traction - stores, moteurs-générateurs supplémentaires sur l'arbre, moteur de freinage / accélération
En fait, la même chose que le paragraphe 2, mais "vue latérale". Encore une fois, il faut des systèmes mécaniques et des servos supplémentaires (ou des moteurs électriques).Avantages: efficacité relativement élevée (sans engrenages - seulement deux fois plus faible qu'un hélicoptère); la version avec des générateurs électriques qui régulent la vitesse du moteur à combustion interne en changeant la charge - il est possible de fournir un vol d'urgence avec une puissance moteur suffisante et la présence d'une batterie supplémentaire.Inconvénients: également complexité mécanique, coût élevé, poids décent.Implémentations connues: également disponibles, sous la forme du projet YeAir sur Kickstarter.4. Piles à combustible alimentées au gaz ou au combustible liquide
Malheureusement, ils restent presque fantastiques pour l'instant, car des piles à combustible suffisamment puissantes ne sont pas disponibles à la vente.Avantages: simplicité (vous pouvez même rêver d'un simple remplacement des piles par des piles à combustible).Inconvénients: la science-fiction aujourd'hui.5. Le rotor principal avec un moteur à combustion interne (peut-être même deux - selon le schéma coaxial, ou situé assez près pour ne pas créer une grande asymétrie de la traction), plus plusieurs moteurs électriques correcteurs de petite puissance
Un ou deux rotors créent une portance, et les petits moteurs électriques ne font que stabiliser l'hélicoptère et compenser le couple. Le système est très simple, bien qu'il nécessite une batterie supplémentaire pour alimenter les moteurs de correction (pas trop lourd cependant, car les moteurs de correction nécessitent très peu d'efforts). Théoriquement, un petit groupe électrogène peut également être installé afin de ne pas prendre ou réduire cette batterie.Avantages: l'efficacité n'est pas pire que la revendication 3, la simplicité de conception et le faible coût des composants; un vol d'urgence peut théoriquement être assuré (un deuxième rotor; des moteurs correcteurs suffisamment puissants avec une batterie qui ferait atterrir un hélicoptère en cas de panne moteur); la possibilité de fournir un vol horizontal en cas de défaillance de l'un des moteurs / hélices correcteurs (s'il y en a quatre, comme un quadricoptère) - vous pouvez changer la rotation de la vis diagonale opposée à l'opposé.Inconvénients: assurer un vol d'urgence est encore un peu plus compliqué que celui du point 1; sensibilité à l'alignement (si le centre de gravité est trop éloigné du rotor principal, les moteurs correcteurs ne pourront pas compenser la distorsion, à moins que leurs «épaules» ne soient allongées); pire maniabilité.Implémentations connues: disponiblesPour mon futur hélicoptère, j'ai choisi l'option numéro cinq. Jusqu'à présent, il n'a construit qu'un prototype avec des moteurs électriques (un puissant, pour le rotor principal et quatre correcteurs de faible puissance) - vole même:
Je serai ravi des amendements et suggestions. Source: https://habr.com/ru/post/fr380737/
All Articles