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Projekt VTOL 2018

eigenbau modellbau multicopter naza

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49 Antworten in diesem Thema

#31 WiSi-Testpilot

WiSi-Testpilot
  • 1.363 Beiträge
  • Ortwestliches Münsterland
  • Kopter mit N3 & A3,
    Videoübertragung: LB2 mit CrystalSky & Connex.
    Kameras: Gopro H3+, Sony RX0,
    Sony A 6000 (NIR, Vis & UV),
    Flir Vue Pro R 640 (LWIR),
    Connex ProSight (NIR)

Geschrieben 09. November 2018 - 21:13

Da ist sie wieder, die alte Fehlannahme, das ein Copter umso schneller fliegt, je mehr man ihn nur neigt (sprich durch Kippung des Auftriebsvektors). Bei meinen Coptern liegt die maximale Speed bei knapp 20° an, danach wirds erst nicht mehr schneller, später dann (bei 30° ganz sicher) wieder langsamer. Bei 45° gehts nur noch nach unten. Und das Überraschendste: bei einer Strahlgeschwindigkeit der Props von kaum 10 m/s kann man tatsächlich 30 m/s und mehr gegenüber der umgebenden Luft fliegen...

Aufgrund dieses Verhaltens denke ich, dass eine Tragfläche nichts bringt. Denn man hat schon eine, und die ist gar nicht mal so klein - die Rotorkreisflächen. Klar, die Streckung ist bescheiden, aber eine zweite Tragfläche steht garantiert im falschen Winkel und dürfte damit außer in einem ganz schmalen Band überwiegend gegen den sonstigen Auftrieb arbeiten.


Ich habe mich auch schon damit beschäftigt.
Theoretisch fliegt der Kopter umso schneller, je größer der Winkel ist. Nur, je größer der Winkel ist umso weniger Leistung steht für den Erhalt der Höhe zur Verfügung. Außerdem wirkt die Form der meisten Kopter als Abtriebsfläche. Der Flugkontroller ist aber darauf getrimmt, die Höhe zu halten. Daher verringert er dann wieder den Winkel und man erhält je nach Power und Bauform einen maximalen Winkel. Manche Kopter pumpen dabei. Mit Flächen benötigt man weniger Power fürs Höhehalten und kann schneller fliegen. Schneller = weniger Zeit/Strecke = effizienter.
Viele Grüße,
Wilhelm

Bearbeitet von WiSi-Testpilot, 09. November 2018 - 21:15.

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#32 el Kopto

el Kopto
  • 3.462 Beiträge

Geschrieben 09. November 2018 - 21:33

Da ist sie wieder, die alte Fehlannahme, das ein Copter umso schneller fliegt, je mehr man ihn nur neigt (sprich durch Kippung des Auftriebsvektors). Bei meinen Coptern liegt die maximale Speed bei knapp 20° an, danach wirds erst nicht mehr schneller, später dann (bei 30° ganz sicher) wieder langsamer. Bei 45° gehts nur noch nach unten. Und das Überraschendste: bei einer Strahlgeschwindigkeit der Props von kaum 10 m/s kann man tatsächlich 30 m/s und mehr gegenüber der umgebenden Luft fliegen...

 

Ich wüsste nicht, wo ich diese "Fehlannahme" überhaupt getroffen habe.

 

Deine weiteren Ausführungen hängen natürlich stark von der Dimensionierung der Motorisierung, der Props, der Frame-Form und Fläche ab. Dass bei Dir schon bei 20° das Maximum erreicht ist, halte ich allerdings für recht ungewöhnlich. Von was für einem Kopter sprichst Du da?

 

Richtig ist, dass nicht nur die Strahlgeschwindigkeit den Auftrieb bestimmt, sondern auch das Profil der Propeller und der daraus resultierende Sog-Effekt auf der Oberseite.

 

Aufgrund dieses Verhaltens denke ich, dass eine Tragfläche nichts bringt. Denn man hat schon eine, und die ist gar nicht mal so klein - die Rotorkreisflächen. Klar, die Streckung ist bescheiden, aber eine zweite Tragfläche steht garantiert im falschen Winkel und dürfte damit außer in einem ganz schmalen Band überwiegend gegen den sonstigen Auftrieb arbeiten.

 

So pessimisitisch sehe ich das nicht, aber hier Spekulieren wir wohl beide gerader mehr, als dass wir Erfahrungswerte austauschen. Ich stimme Dir insofern zu, dass das von mir beschriebene Prinzip nur in einem sehr schmalen Bereich tatsächlich einen positiven Effekt bringen kann.



#33 hornetwl

hornetwl
  • 171 Beiträge
  • Alles, was länger als eine Stunde fliegt.

Geschrieben 09. November 2018 - 21:41

Ich habe mich auch schon damit beschäftigt.
Theoretisch fliegt der Kopter umso schneller, je größer der Winkel ist. Nur, je größer der Winkel ist umso weniger Leistung steht für den Erhalt der Höhe zur Verfügung. Außerdem wirkt die Form der meisten Kopter als Abtriebsfläche. Der Flugkontroller ist aber darauf getrimmt, die Höhe zu halten. Daher verringert er dann wieder den Winkel und man erhält je nach Power und Bauform einen maximalen Winkel. Manche Kopter pumpen dabei. Mit Flächen benötigt man weniger Power fürs Höhehalten und kann schneller fliegen. Schneller = weniger Zeit/Strecke = effizienter.
Viele Grüße,
Wilhelm

 

Der Ansatz ist m.E. immer noch zu einfach. Das sieht man, wenn man mal ohne Altitude Hold Leistung gegen Speed plottet und einfach manuell Gas nachschiebt. Trotzdem wird es mit mehr Winkel langsamer. Bei 45° geht es brüllend @ >1kW gegen Boden, währen es bei 17° @ 350W mit Schwung und konstanter Höhe oder gar steigend vorwärts geht. 



#34 Woga65

Woga65
  • 756 Beiträge

Geschrieben 09. November 2018 - 21:47

Damit wäre man für beste Effizienz schätzungsweise beim Tailsitter mit Pitchmechanik...

#35 hornetwl

hornetwl
  • 171 Beiträge
  • Alles, was länger als eine Stunde fliegt.

Geschrieben 09. November 2018 - 21:48

Ich wüsste nicht, wo ich diese "Fehlannahme" überhaupt getroffen habe.

In dem Versuch, den Copter quasi zum (Vortriebs-)Propeller für eine Tragfläche umzufunktionieren. 

 

Meine Zahlen beziehen sich auf einen 17"-Quad mit rund 3,5kg. 


Bearbeitet von hornetwl, 09. November 2018 - 21:49.


#36 el Kopto

el Kopto
  • 3.462 Beiträge

Geschrieben 09. November 2018 - 22:20

In dem Versuch, den Copter quasi zum (Vortriebs-)Propeller für eine Tragfläche umzufunktionieren.

 

Da stellst Du einen Zusammenhang her, der für mich ziemlich konstruiert erscheint und von einem Setup ausgeht, das offenbar nicht genügend auf diesen Fall angepasst ist.

 

Meine Zahlen beziehen sich auf einen 17"-Quad mit rund 3,5kg. 

 

Da fehlt mir noch die Motorisierung.

 

Wenn der Kopter 45° schräg steht, wirkt - zumindest theoretisch - nur noch die Hälfte der Schubs gegen die Schwerkraft. Sofern also der Kopter so schwach motorisiert ist, dass er schon den halben Maximalschub zum Schweben braucht, dann ist er bei 45° in der Tat am Limit und wird - wenn überhaupt - nur noch sehr instabil und dazu extrem ineffizient fliegen. Bei einer Motorisierung, die z.B. noch den 3-fachen Schwebeschub liefern kann, kann sein Geschwindigkeits-Peak sicherlich in dem Bereich liegen, sofern auch genügend andere Parameter für solche Belastungen dimensionert sind (z.B. die Steifheit der Frames).

 

Egal, wo nun der Kopter sein Maximum erreicht, wird man m.E. aber bei ausreichender Motorisierung stets einen Winkel finden können, wo unterstützende Tragflächen einen positiven Effekt liefern könnte. Das werden sicherlich Motorisierungen sein, die bei einem reinem Multirotor eher nicht die maximale Effizienz liefern, in dieser Kombination aber unterm Strich bei einer gewissen "Marschgechwindigkeit" dennoch einen Vorteil bringen.

 

Wir können hier aber noch endlos weiter spekulieren. Letztlich käme es wohl auf entsprechende Versuche an.



#37 WiSi-Testpilot

WiSi-Testpilot
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Geschrieben 09. November 2018 - 23:32

Der Ansatz ist m.E. immer noch zu einfach. Das sieht man, wenn man mal ohne Altitude Hold Leistung gegen Speed plottet und einfach manuell Gas nachschiebt. Trotzdem wird es mit mehr Winkel langsamer. Bei 45° geht es brüllend @ >1kW gegen Boden, währen es bei 17° @ 350W mit Schwung und konstanter Höhe oder gar steigend vorwärts geht.

Das kann so nicht stimmen. Du hast ja bei 45° noch ½ kW für den Auftrieb. Also wird der Frame massiv Abtrieb erzeugen. Kannst du mal ein Bild zeigen?
Qadmovr fliegt wahrscheinlich irgendwo bei 90°(wenn er denn horizontal fliegt).
Viele Grüße,
Wilhelm

Bearbeitet von WiSi-Testpilot, 09. November 2018 - 23:34.


#38 HPAE

HPAE
  • 720 Beiträge
  • 3DR Y6B Pixhawk lite
    Parrot Sequoia

Geschrieben 09. November 2018 - 23:47

Aber Spaß beiseite: mit welcher Optik fotografierst Du bei der "affenartigen" Geschwindigkeit? Die Sony Nex ist bei der Hälfte und 1/300s Belichtungszeit schon an der Grenze, wo 1 Pixel Bewegungsunschärfe zu akzeptieren ist (@95m und mit 20mm-Objektiv). Oder ist die Auflösung derart nachrangig, dass 10cm große Pixel unterm Strich kein Problem sind?


Genau so ist es. Es geht dabei nicht um Bilder, die nachher gerahmt an der Wand hängen, sondern um die Datengrundlage für Maßnahmen im Ackerbau. Da ist dann die kleinste regelbare Einheit schon 6m breit. Ist halt langweiliger Profikram.
 

Ich flieg recht oft über Wald...


Ich nicht - wozu auch, da streue ich ja auch keinen Dünger.

Aber im Ernst - es kommt wie immer auf den Einsatzzweck an und bei der Anwendung in der Landwirtschaft ist das VTOL-Konzept eben sehr interessant. Für Fotoanwendungen wohl eher weniger.

BG
Hubertus

Bearbeitet von HPAE, 09. November 2018 - 23:47.


#39 hornetwl

hornetwl
  • 171 Beiträge
  • Alles, was länger als eine Stunde fliegt.

Geschrieben 10. November 2018 - 10:50

Da fehlt mir noch die Motorisierung.

 

 

Die ist im Rahmen der Messungenauigkeit egal. Die erreichbare Fluggeschwindigkeit hängt an der erreichbaren Strahl- bzw. Umfangsgeschwindigkeit des Props. Und die nimmt nur mit der dritten Wurzel der reingesteckten Leistung zu. Sprich, doppelte Leistung -> gerade mal 25% mehr RPM und 25% mehr Strahlgeschwindigkeit. Dazu kommt, dass bei bester Geschwindigkeit selbst bei meinem vergleichsweise milden Setup nur 50% Gas anliegen (um die 500-600W von 1200W max.).


Das kann so nicht stimmen. Du hast ja bei 45° noch ½ kW für den Auftrieb. Also wird der Frame massiv Abtrieb erzeugen.

Genau diese Überlegung stimmt so nicht. Dazu müsste ein Prop unabhängig von der Anströmgeschwindigkeit 100% der reingesteckten Energie in Vortrieb umsetzen.

 

Das Gegenteil ist aber der Fall: ein mit Strahlgeschwindigkeit in Schubrichtung bewegter Prop hat einen Schub von genau 0, somit werden 100% des Inputs in Wirbel und Profilreibung umgesetzt. Der beschriebene 45°-Sturzflug ist offenbar nah dran an diesem Zustand, anderenfalls müsste der Copter bei >300% der Schwebeleistung zumindest die Höhe halten.

 

Den Anströmwiderstand des Copters würde ich bei solchen  Überlegungen vernachlässigen, denn offenbar ist er bei 30m/s und weniger als 200% Schwebeleistung nicht größer als 100% der Schebeleistung.

 

Das verlinkte Video beschreibt einen völlig anderen Arbeitspunkt: Propfläche zu Strahlgeschwindgkeit sind hier in einem völlig anderen Bereich, als wir uns hier im Dauerflugbereich bewegen. Da ist der Vorwärtsflug in der Tat ein Spezialfall des senkrechten Aufstiegs, nur mit gekipptem Auftriebsvektor.

 

Zum Vergleich: ein 1760-Prop ereicht bei Dauerflugauslegung und mit mittlerer Nutzlast um die 3000 (Schweben) bis 4000 RPM (flotter Marschflug). Damit ist die Strahlgeschwindigkeit bei 7,5-10 m/s. Dabei läuft die Blattspitze mit 70-90 m/s! Der Racer dürfte so um die 27000 RPM drehen, bei 50 m/s Strahl und 60 m/s Blattspitzengeschwindigkeit. Sprich: das ist ein komplett anderes Fluggerät mit komplett anderer Aerodynamik.


Bearbeitet von hornetwl, 10. November 2018 - 11:00.


#40 TobiasL

TobiasL
  • 21 Beiträge

Geschrieben 10. November 2018 - 11:18

Sind wir da nicht einfach wieder an dem Punkt das es halt keinen Sinn macht einen endurance copter mit einem fixed wing zu verbinden? Für solch eine Anwendung wird einfach eine höhere Strahlgeschwindichkeit benötigt, idr durch höheren prop pitch nicht umsonst haben auf endurance getrimmte fixed wings Steigungen im Bereich 12x12.

Bearbeitet von TobiasL, 10. November 2018 - 13:11.


#41 WiSi-Testpilot

WiSi-Testpilot
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Geschrieben 10. November 2018 - 12:14

High Speed ohne Absacken mit einem normalen Kopter geht schon, wenn der Rumpf entsprechend gebaut ist und genug Power vorhanden ist, siehe Video vom Inspire 2.


Bearbeitet von WiSi-Testpilot, 10. November 2018 - 12:16.


#42 el Kopto

el Kopto
  • 3.462 Beiträge

Geschrieben 10. November 2018 - 14:33

@hornetwl: Du übertragst Deine Annahmen und Beispiele 1:1 auf den von mir vorgeschlagenen Ansatz und das führt zu - aus Deiner Sicht - vermeintlichen "Fehlannahmen". Diese Form der Interpretation ist jedoch eine "Fehlannahme" Deinerseits, da ich es so nie formuliert habe. Fakt ist, dass bei entsprechender Auslegung der Antriebssystems ein Kopter so gebaut werden kann, dass er bei 30° oder auch 45° sein Speed-Maximum erreichen kann. Bei Racern ist es noch extremer. Der von WiSi erwähnte Inspire 2 ist ein Beispiel für einen Kopter, der bei rund 45° seinen maximalen Speed (>100 km/h) erreicht. Ebenso sollte es dann auch machbar sein, einen Kopter mit einer festen Tragfläche und fest verbauten Motoren so zu designen, dass er z.B. bei 30° in einem optimalen Bereich fliegt.



#43 hornetwl

hornetwl
  • 171 Beiträge
  • Alles, was länger als eine Stunde fliegt.

Geschrieben 10. November 2018 - 18:44

Ebenso sollte es dann auch machbar sein, einen Kopter mit einer festen Tragfläche und fest verbauten Motoren so zu designen, dass er z.B. bei 30° in einem optimalen Bereich fliegt.

Zweifelsohne, aber ich dachte wir reden hier über Ideen, länger zu fliegen. Idealerweise sogar länger, als das was wir heute schon können. Sprich deutlich mehr als eine Stunde mit nem Kilo an Nutzlast. Da scheint mir ein Antriebskonzept, was für wenige Minuten Strom hat, doch recht weit hergeholt. Egal ob mit oder ohne Fläche, denn die drei Minuten segeln nach Brennschluss machen den Kohl auch nicht fett :)

 

Zu dem Inspire-Video: den einzigen schnellen Überflung in stabiler Fluglage, den ich beim schnellen durchklicken gefunden habe, sieht doch verdächtig flach aus (bei 8:19). Ich würde mal um die 20° schätzen.


Bearbeitet von hornetwl, 10. November 2018 - 18:45.


#44 el Kopto

el Kopto
  • 3.462 Beiträge

Geschrieben 10. November 2018 - 19:13

Ich glaube, Du willst mich nicht verstehen...

 

Bei den VTOL geht es nicht unbedingt um längere Flugzeiten, sondern vor allem um längere Strecken. Es geht also um die Frage, ob das von mir dargestellte Hybrid-Konzept gegenüber einem reinen Multirotor in Richtung längerer Strecken optimierbar ist, ohne den ganzen Zusatz-Aufwand eines VTOL. Wir reden hier definitiv nicht nur von Racern, die mit mehr als 20° Neigung schnell und immer noch recht effizient fliegen können.

 

Vom Inspire 1 (bzw. in meinem Falle dem sehr ähnlichen Matrice 100) weiß ich, dass er den maximalen Speed von ca. 19 m/s bei 35° Neigungswinkel erreicht. Für den Inspire 2 gibt DJI für den Sportmodus, in dem der max. Speed erreicht wird, mit 40° an.



#45 Woga65

Woga65
  • 756 Beiträge

Geschrieben 11. November 2018 - 03:17

Ich könnte mir vorstellen, dass das hier für ein VTOL oder einen Kopter, der flott große Flächen abfliegen soll nutzbar ist.




Einsatz im Flächenflieger:
https://youtu.be/C0ISiZjFpDs

Hier ist der Aufbau noch etwas besser zu sehen:
https://youtu.be/kmxpGFzMaKY

Bearbeitet von Woga65, 11. November 2018 - 03:19.






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