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Quadcopters de combustível fóssil

Como você sabe, o consumo específico de energia da gasolina e outros tipos de combustíveis fósseis é uma ordem de magnitude maior que a das baterias de lítio de qualquer tipo. E os multicopters, como um dos sistemas mais antieconômicos para vôos, precisam de alta intensidade energética mais do que qualquer outra aeronave. Parece que substituir motores elétricos por gasolina e voar sozinho? Infelizmente, porém, o princípio básico do voo multicopter - estabilização dinâmica constante ajustando a velocidade do motor - não pode ser usado em conjunto com motores a gasolina devido à sua alta inércia e faixas de precisão e ajuste muito piores. No entanto, existem várias soluções alternativas.

Como eu mesmo gostaria de fazer um helicóptero com um motor de combustão interna (ICE), tentei considerar todos os tipos possíveis de tais aeronaves, com suas desvantagens e vantagens.

1. A opção mais "óbvia" é um gerador elétrico de motor de combustão interna que alimenta um helicóptero comum


Parece o mais simples, mas essa simplicidade é enganadora. A eficiência da dupla conversão do trabalho mecânico em fluxos de ar das hélices não é tão alta, as perdas chegarão a 70%. O design também não é muito simples - precisamos de sistemas de controle adicionais para o gerador, e o impulso necessário de motores e hélices elétricos é de cerca de 200% do peso final do dispositivo. Esse peso é bastante grande (apenas por causa da potência decente dos motores, do peso decente do gerador e de sua unidade de controle), bem como das dimensões. Para aqueles que fabricam helicópteros - grandes problemas com a seleção de componentes (geradores bastante fáceis e poderosos - nem tanto, mas são muito caros).

Prós: instalando uma bateria pequena, você pode garantir a possibilidade de vôo no caso de uma falha do motor (o que não ocorre tão raramente).

Contras: baixa eficiência (apenas três vezes melhor que dispositivos puramente elétricos), complexidade relativa, alto custo de componentes, grande peso e dimensões.

Implementações conhecidas: não encontradas.

2. Hélices com passo variável e acionamento da ICE (direto com vários motores ou através da transmissão de um ou mais motores)


O dinamismo do ajuste de empuxo é alcançado por mudanças no passo dos parafusos (semelhante ao helicóptero). Temos 4 ou mais desses sistemas mecânicos complexos a bordo, o número correspondente de servos. Além disso, a falta de confiabilidade do motor de combustão interna afeta a segurança dos voos com um helicóptero. Mas a eficiência está no nível dos helicópteros (na presença de caixas de velocidades e grandes rotores de helicópteros), embora seja obtida ao preço de dimensões e mecânica complexa.

Prós: alta eficiência energética (pode ser levada para um helicóptero).

Contras: alta complexidade mecânica, alto custo (devido a essa complexidade), a impossibilidade prática de garantir o vôo em caso de falha do motor, se o número for menor que quatro (com quatro, pode ser estabilizado invertendo a direção do fluxo, mas a reserva de potência do motor deve exceder 200%), grandes dimensões.

Implementações conhecidas: por incrível que pareça, existem. O projeto do helicóptero de elevação pesada no Kickstarter (dois motores giram quatro parafusos de passo variável através de transmissões). Também um helicóptero relativamente pequeno

3. Vários tipos de ajustes adicionais da velocidade do motor ou de sua tração - persianas, geradores de motores adicionais no eixo, motor de frenagem / aceleração


De fato, o mesmo que o parágrafo 2, mas "vista lateral". Mais uma vez, requerem sistemas e servos mecânicos adicionais (ou motores elétricos).

Prós: eficiência relativamente alta (sem engrenagens - apenas duas vezes menor que um helicóptero); a versão com geradores de motores elétricos que regulam a velocidade do motor de combustão interna alterando a carga - é possível fornecer um voo de emergência com potência suficiente do motor e a presença de uma bateria adicional.

Contras: também complexidade mecânica, alto custo, peso decente.

Implementações conhecidas: também disponíveis, na forma do projeto YeAir no Kickstarter.

4. Células a combustível movidas a gás ou combustível líquido


Infelizmente, eles permanecem quase fantásticos por enquanto, uma vez que células de combustível suficientemente poderosas não estão disponíveis para venda.

Prós: simplicidade (você pode até sonhar com uma simples substituição de baterias por células de combustível).

Contras: ficção científica hoje.

5. O rotor principal com um motor de combustão interna (talvez até dois - de acordo com o esquema coaxial, ou localizado próximo o suficiente para não criar uma grande inclinação da tração), além de vários motores elétricos corretivos de pequena potência


Um ou dois rotores criam sustentação e pequenos motores elétricos apenas estabilizam o helicóptero e compensam o torque. O sistema é muito simples, embora exija uma bateria adicional para alimentar os motores de correção (no entanto, não é muito pesado, pois os motores de correção exigem muito pouco esforço). Teoricamente, um pequeno gerador de energia também pode ser instalado para não levar ou reduzir esta bateria.

Prós: eficiência não é pior do que a reivindicação 3, simplicidade de design e baixo custo de componentes; teoricamente, é possível garantir um voo de emergência (um segundo rotor; motores corretivos suficientemente potentes com uma bateria que colocaria um helicóptero em caso de falha do motor); a capacidade de fornecer vôo horizontal em caso de falha de um dos motores / hélices corretivos (se houver quatro deles, como um quadrocóptero) - você pode alterar a rotação do parafuso diagonal oposto para o oposto.

Contras: garantir um voo de emergência ainda é um pouco mais complicado do que no item 1; sensibilidade ao alinhamento (se o centro de gravidade estiver muito longe do rotor principal, os motores corretivos não poderão compensar a distorção, a menos que seus "ombros" sejam mais longos); pior manobrabilidade.

Implementações conhecidas: disponíveis

Para o meu futuro helicóptero, escolhi a opção número cinco. Até agora, ele construiu apenas um protótipo com motores elétricos (um potente, para o rotor principal e quatro corretivos de baixa potência) - até voa:



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Terei o maior prazer em alterações e sugestões.

Source: https://habr.com/ru/post/pt380737/

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