Quadrirotor

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Elicopterul quadrotor al lui George De Bothezat

Un cuadrotor , [1] numit și elicopter quadrotor , este un avion ridicat și propulsat de patru rotoare . Cele patru rotoare sunt clasificate ca rotorcraft , diferit de avioane prin faptul că ascensorul este dat exclusiv de cele patru rotoare. Ele pot fi clasificate și ca elicoptere , deși spre deosebire de elicopterele tradiționale, quadcopterele au funcția de a folosi lame cu „pas fix”, adică cu atașare rigidă la butuc, al cărui unghi de atac nu variază în timpul rotației. Mișcarea este controlată prin variația vitezei relative a fiecărui rotor, pentru a schimba forța și cuplul produs de fiecare dintre ele. Acest efect poate fi realizat și cu un vehicul cu trei rotori.

Există două generații de modele quadcopter. Prima generație de quadcopter a fost concepută pentru a transporta pasageri. Aceste quadcoptere au fost printre primele avioane mai grele decât aerul și decolarea și aterizarea verticale (VTOL) care au avut succes. [2]

Cu toate acestea, primele prototipuri au arătat performanțe slabe, în timp ce următoarele modele au necesitat o sarcină de lucru excesivă pentru pilot, din cauza lipsei de stabilitate. [3]

Cea mai recentă generație de quadcopter este proiectată să zboare fără pilot la bord ( aeronave pilotate de la distanță - APR). Aceste aeronave utilizează un sistem de control și senzori electronici pentru stabilizare. Datorită dimensiunilor mici și agilității de manevră, aceste quadcoptere pot fi zburate atât în ​​interior, cât și în aer liber. [4]

Avantajele generației actuale de quadcoptere față de elicopterele convenționale de o scară comparabilă sunt următoarele. În primul rând, cvadrotorii nu au nevoie de conexiuni mecanice pentru a varia unghiul de atac al rotorului atunci când se rotesc; acest lucru simplifică conformarea aeronavei și reduce timpii și costurile de întreținere. [5]

În al doilea rând, utilizarea a patru rotoare determină ca diametrul rotoarelor individuale să fie mai mic decât cel necesar unui elicopter convențional echivalent, permițându-le să stocheze mai puțină energie cinetică. Acest lucru reduce daunele care s-ar face atunci când rotoarele lovesc un obiect. În ceea ce privește APR-urile cu scări mai mici, acumularea mai mică de energie cinetică în rotoare le face mai sigure pentru interacțiunile la distanță mică. În cele din urmă, rotoarele pot fi închise într-o structură care permite protecția în cazul unei coliziuni, permițând zboruri interioare și în medii pline de obstacole cu un nivel scăzut de risc de deteriorare a aeronavei, a operatorilor și a ceea ce este.

Controlul zborului

Schema cuplurilor de reacție pe fiecare motor al unui elicopter cvadrotor, datorită rotației elicelor. Rotoarele 1 și 3 se rotesc în sensul acelor de ceasornic, în timp ce rotoarele 2 și 4 în direcția opusă, provocând perechi cu direcții opuse pentru control.

Fiecare rotor produce o forță și un cuplu de antrenare în centrul său de rotație, precum și o anumită rezistență dinamică a fluidului opusă direcției de zbor a aeronavei. Când toți rotoarele se rotesc cu aceeași viteză unghiulară , cu rotoarele „unu” și „trei” rotind în sensul acelor de ceasornic și cu rotoarele „două” și „patru” în sens invers acelor de ceasornic, cuplul aerodinamic net și, în consecință, accelerația unghiulară în jurul axei ghemului este zero, ceea ce implică faptul că rotorul de stabilizare a ghemului elicopterelor convenționale nu este necesar. Yaw-ul este cauzat de o discrepanță în echilibrul cuplului aerodinamic (adică prin contrabalansarea comenzilor de împingere cumulativă între perechile de elice care se rotesc într-un mod opus).

Accelerațiile unghiulare în jurul axelor de pas și de rulare pot fi efectuate separat, fără a afecta axa falcii. Fiecare pereche de elice care se rotește în aceeași direcție controlează o axă, fie în rola, fie în pas. Creșterea tracțiunii unui motor, reducând în același timp cel al celuilalt, menține echilibrul de cuplu necesar pentru stabilitatea ghemului și produce un cuplu net în jurul axei de rulare sau pas. În acest fel, un rotor cu pale fixe poate fi folosit pentru a manevra aeronava în toate direcțiile. O accelerare a translației poate fi realizată prin menținerea unui unghi de înălțime sau de rulare, altul decât zero.

Istorie

Oehmichen nr. 2, 1920
Etienne Oehmichen a experimentat cu modele de rotorcraft în anii 1920. Dintre cele șase proiecte pe care le-a făcut, elicopterul său nr.2 a inclus patru rotoare și opt elice, toate acționate de un singur motor. Oehmichen nr. 2 a folosit un cadru din tub de oțel, cu două rotoare cu elice la capetele celor patru brațe. Unghiul acestor spirale ar fi putut fi modificat prin deformare. Cinci elice, care se roteau în plan orizontal, stabilizau mașina lateral. O altă elice a fost plasată pe arc pentru a da direcția. Perechea rămasă de elice a fost utilizată pentru propulsia înainte. Avionul a prezentat un nivel apreciabil de stabilitate și control, având în vedere timpurile în care a fost proiectat, și a fost supus mii de teste de zbor la mijlocul anilor 1920. Din 1923 a reușit să rămână în zbor câteva minute și la 14 aprilie 1924 a stabilit primul record FAI la distanță pentru elicoptere, de 360 ​​de metri. Mai târziu, a fost prima rotație care a finalizat un circuit închis de zbor de 1 km. [6]
De Bothezat, 1922
Dr. George de Bothezat și Ivan Jerome au dezvoltat o aeronavă cu rotoare cu șase palete la capătul unui cadru X. Două elice mici cu pas variabil au fost utilizate pentru controlul împingerii și a girației. Aeronava a folosit controlul colectiv al pasului. A zburat pentru prima dată în octombrie 1922. Până la sfârșitul anului 1923 a efectuat aproximativ o sută de zboruri. Înălțimea maximă atinsă a fost de 5 metri. Deși s-a dovedit practic, era totuși insuficient, fără răspuns, complex mecanic și supus unor probleme de fiabilitate. Volumul de lucru al pilotului în timpul zborului a fost prea mare pentru a putea încerca manevre laterale. [7]
Convertawings Model "A" 'Quadrotor, 1956
Acest model unic de elicopter sa născut ca prototip pentru o linie de elicoptere civile și militare mai mari. Proiectarea a implicat două motoare care au propulsat patru rotoare cu aripi adăugate pentru a crește ridicarea în zborul înainte. Nu a fost nevoie de niciun rotor de coadă și a fost controlat de variația de tracțiune dintre rotori. A zburat cu succes de multe ori la mijlocul anilor 1950, a confirmat designul quadcopterului și a fost primul elicopter quadcopter care a zburat înainte. Cu toate acestea, din cauza lipsei comenzilor atât pentru versiunile comerciale, cât și pentru cele militare, proiectul a fost abandonat.

Principalele avantaje

Platforma quadcopter reprezintă un interes relativ nou în zona de control. Este un sistem subimplementat, deoarece are șase grade de libertate: pitch, yaw, roll, x (mișcare în direcția înainte a vehiculului), y (mișcare spre partea stângă a vehiculului) și z (altitudine), dar este controlat folosind doar patru servomotoare . Avantajul arhitecturii unui quadrotor este, prin urmare, că nu necesită prezența eleronelor, clapelor și cricurilor. Platformele quadcopter oferă, de asemenea, o perspectivă de design interesantă. Cu puține utilizări istorice pentru a direcționa aplicații viitoare, designul quadcopterului este o zonă prost explorată. Cu toate acestea, simetria proiectului permite centralizarea sistemelor de control și a sarcinii utile . Această caracteristică facilitează, de asemenea, sistemul de control, deoarece, chiar și cu sarcini diferite, este destul de ușor să mențineți centrul de greutate în aceeași poziție, pe axa verticală.

Un alt avantaj al arhitecturii cvadrotorului este că fiecare rotor contribuie la realizarea ridicării necesare; prin urmare, oferă o cantitate mai mare de forță decât un elicopter convențional, permițându-vă să transportați sarcini utile mai mari și platforme de calcul. Spre deosebire de arhitectura tradițională, quadcopterul nu are nevoie de un rotor de coadă care să absoarbă puterea, dar nu contribuie la ridicare (servește doar la echilibrarea cuplului generat de rotorul principal).

Rotoarele quadrirotori pot fi ușor acoperite cu o folie de protecție ( învelitoare ); în acest fel permit o protecție mai bună decât rotoarele unui elicopter standard cu pale descoperite. Posibilitatea de a împiedica contactul lamelor cu obstacolele în cazul unui impact violent, combinat cu cele mai simple legi de control, permite quadcopterului să zboare chiar și în încăperi închise. Atitudinea față de zborul în interior generează o nouă gamă largă de utilizări și oportunitatea de a crea noi piețe, datorită noilor profiluri de misiune care le completează pe cele deja efectuate de elicoptere cu pilotul la bord.

În spatele tuturor acestor avantaje se află un dezavantaj al vitezei de croazieră reduse. Cu toate acestea, aptitudinea sa specială pentru planare, stabilitatea, legile de control și toate avantajele menționate mai sus fac ca quadcopterul să fie cea mai versatilă și mai promițătoare platformă.

Avioane dezvoltate în Italia

Proiecte industriale

Notă

  1. ^ quadrirotore , on Vocabulary , treccani.it , Treccani.
  2. ^ (EN) JG Leishman, Principiile aerodinamicii elicopterelor, New York, Cambridge University Press, 2000.
  3. ^ (RO) SB Anderson, Prezentare istorică a tehnologiei aeronavei V / STOL (PDF) Memorandumul tehnic NASA 81280, martie.
  4. ^ (EN) GM Hoffmann, DG Rajnarayan, SL Waslander, D. Dostal și Jang JS, Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi Agent Control (STARMAC) (PDF), în În lucrările celei de-a 23-a Conferințe de sisteme de avionică digitală, Salt Lake City, noiembrie 2004, pp. 12.E.4 / 1-10 (arhivat din original la 26 iunie 2007) .
  5. ^ (EN) Pounds P. and R. Mahony, Modeling and Control of a Quad-Rotor Robot (PDF), în In Proceedings of the Australasian Conference on Robotics and Automation, Auckland, în decembrie 2006.
  6. ^ Elicopter Oemichen - istoricul dezvoltării, fotografii, date tehnice , pe avia.russian.ee (arhivat din original la 2 februarie 2007) .
  7. ^ De Bothezat - istoria dezvoltării, fotografii, date tehnice , pe avia.russian.ee (arhivat din original la 2 februarie 2007) .
  8. ^ Avioane pilotate de la distanță, o nouă dimensiune se deschide pentru aviație. Ce probleme, ce aplicații și perspective? , pe enac.gov.it , ENAC.

Alte proiecte

Controlul autorității GND ( DE ) 1051121949
Aviaţie Portalul aviației : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu aviația
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Quadrirotore&oldid=113098255 ”