¿Por qué los aviones grandes no están hechos con cuatro motores y rotores independientes similares a los drones a pequeña escala? Los drones de múltiples rotores parecen ser mucho más estables y ágiles, ¿este tipo de avión es eficientemente replicable a mayor escala?

Answer 1

Un dron tradicional no es mucho más maniobrable que algo como un helicóptero, pero el helicóptero es mucho más difícil de controlar. Entonces, ¿por qué hacemos que los pilotos profesionales vuelen máquinas tan complicadas y difíciles?

Bueno, ¿cuál es el alcance de tus drones? ¿Hasta dónde puedes llegar cargando un montón de cosas? ¿Qué tan rápido puedes ir ? Probablemente no muy lejos o muy rápido …

Si bien es relativamente fácil de usar, el problema con el diseño tradicional de un pequeño dron es que realmente no es muy eficiente para moverse; especialmente mientras cargaba cosas. Para empeorar las cosas, la configuración típica de drones pequeños no podrá viajar muy lejos o rápido, sin importar cuán grande sea. El concepto simplemente no escala más allá de cierto punto.

Vea con un dron de 6 motores a medida que los motores se hacen más grandes, tiene que hacer que los 6 brazos estructurales sean más grandes, más fuertes y más pesados. Con un avión a reacción, solo 2 partes (las alas) tienen que ser más grandes, más fuertes y más pesadas. Con un helicóptero no tiene ese problema en absoluto (excepto tal vez el 1 brazo de cola, pero eso no es compatible directamente con el “rotor de propulsión” principal).

Probablemente también hayas notado que tu dron se inclina hacia la dirección en la que viaja (como un helicóptero), y cuanto más rápido va, más se inclina agresivamente. Me gusta esto:

Bueno, esto hace que esos 6 brazos estructurales grandes y pesados ​​sean aún más costosos. Porque los 6 se convierten en parte del perfil frontal del dron. Eso significa que cada brazo está creando mucha resistencia. Para empeorar las cosas, cuanto más rápido intente ir, más se inclina el dron y cuanto más se inclina, más arrastre crean los brazos de soporte.

Por el contrario, un helicóptero solo tiene un brazo de cola que se eleva a la corriente de aire. Por lo tanto, solo tiene 1 brazo creando resistencia, y ese brazo puede ser mucho más pequeño ya que no está sosteniendo el rotor de propulsión principal.

Los aviones no enfrentan este problema de velocidad de inclinación en absoluto; Por eso pueden viajar aún más lejos, incluso más rápido.

Si quieres mantener algo firme y no moverlo mucho, un dron estaría bien, pero tan pronto como quieras comenzar a mover cualquier distancia o velocidad significativa necesitarás un helicóptero o un avión, y como vas a tener helicópteros de todos modos , realmente no vale la pena tener drones gigantes para levantar cosas y mantenerlas en el aire porque los helicópteros también pueden hacer eso …

Ahora, si realmente quisieras gastar una fortuna (y ver tristemente a mucha gente morir aprendiendo a volar / controlarlo), podrías hacer un híbrido como lo hicieron los militares estadounidenses; El V-22 Osprey.

Los rotores gigantes impulsados ​​por turbina miran hacia arriba durante el despegue y el aterrizaje:

Y luego inclinarse hacia adelante a medida que el avión acelera:

Es por eso que generalmente se conoce como un avión de “rotor de inclinación”.

Answer 2

Los cuadricópteros (QC) y los helicópteros vuelan sobre principios aerodinámicos algo diferentes.

El control de calidad depende de múltiples hélices de velocidad variable de paso fijo para el control de la elevación y la estabilidad. Toda esa estabilidad proviene de un microcontrolador y motores eléctricos de reacción instantánea. Necesita más elevación, solo agregue más potencia / rpm a uno o todos los accesorios. Necesita volar hacia adelante más rápido, luego agregue potencia a los puntales traseros para inclinar el control de calidad hacia adelante, además de un poco menos de potencia a los puntales delanteros para mantenerlo en el aire. La estabilidad (y las acrobacias) se basan en el hecho de que los pequeños motores eléctricos que accionan pequeños accesorios pueden cambiar las rpm con bastante rapidez, en fracciones de segundo.

Un control de calidad no se escala muy bien, voy a llegar a eso más abajo.

Un helicóptero es grande y pesado en comparación incluso con el control de calidad más grande. Su elevación y estabilidad dependen de 1 o 2 alas giratorias grandes (las palas del rotor) que están muy sujetas a un rpm específico y el hecho de que cada pala puede variar su inclinación durante la rotación. Necesita más elevación, solo agregue más inclinación y la potencia correspondiente para mantener las rpm. Necesita volar hacia adelante, luego aumente la inclinación de las palas del rotor cuando estén en la parte posterior y disminuya la inclinación cuando estén al frente, lo que inclina el helicóptero hacia adelante. Necesito agregar más potencia también.

Sin embargo, los cambios muy rápidos en el tono y la potencia pueden desestabilizar un rotor, por lo que los cambios en el tono (más allá de los cambios normales del tono de rotación) deben aplicarse relativamente más lentamente, en 1 o 2 segundos o más. La mayoría de los motores de turbina necesitan varios segundos para aumentar o disminuir la potencia. Cambie el tono demasiado rápido y el motor puede retrasarse o sobrecargarse. No querrás ponerte detrás de la curva de potencia, porque es difícil jugar a ponerse al día.

Entonces, ¿por qué no ampliar un control de calidad? A medida que crece, su peso aumenta y su inercia aumenta también. Los motores deben estar dimensionados para controlar esa inercia, y en un punto, los motores eléctricos, junto con las baterías grandes, que hacen girar hélices más grandes y pesadas, no pueden mantener la estabilidad. Para evitarlo, necesita accesorios de inclinación ajustable, y termina con un helicóptero multirrotor. Al ser eléctricos, serán demasiado pesados ​​para volar, por eso no se ven helicópteros eléctricos lo suficientemente grandes como para levantar a 1 persona (¡todavía!). Incluso los helicópteros modelo más grandes usan motores a gas.

Finalmente, grande o pequeño, control de calidad o helicóptero, el controlador, AKA Autopilot, es prácticamente el mismo dispositivo, pero con una programación única de tipo y tamaño.

Answer 3

De hecho, estamos comenzando a ver un rotor cuádruple más grande (y un mayor número de rotores) en aviones lo suficientemente grandes como para transportar una o más personas. Todavía no están realmente disponibles en grandes cantidades, pero espero que comiencen con una considerable popularidad en la categoría de aviones experimentales y eventualmente lleguen a la categoría de aviones certificados.

Esta es una arquitectura de aeronave relativamente nueva que solo funciona realmente bien con motores eléctricos que solo pueden ser alimentados por baterías hoy en día. La parte del motor eléctrico es una tecnología fácilmente disponible y de muy bajo costo en comparación con cualquier motor de combustión de combustible, pero la tecnología de la batería aún no es lo suficientemente buena para cualquier tipo de avión con motor eléctrico. De hecho, hay algunos aviones con motor eléctrico que aparecen en el mercado y, dado un poco más de tiempo, espero que esta tendencia también llegue a los diseños de cuatro motores. Desde mi punto de vista, la novedad de esta tecnología en el modelo de avión y en el campo de los UAV todavía no ha llevado a una confianza suficiente en los modos de falla para permitir a las personas sensatas volar en estas cosas. También tienen que lidiar con los límites actuales de la tecnología de batería.

Quizás a medida que las baterías mejoran (considere lo que Tesla está haciendo en el área de tecnología de baterías) comenzaremos a ver más y más de estos diseños muy efectivos y de costo relativamente bajo. Nunca serán prácticos para viajes de larga distancia en comparación con los aviones que son mucho más eficientes, pero el despegue y aterrizaje vertical ofrece cualidades muy atractivas para vuelos de corta distancia que puede encontrar en viajes diarios y otros viajes locales de rutina. Incluso en una producción de volumen relativamente bajo, puedo imaginar que este tipo de avión estará disponible por el mismo precio que un automóvil una vez que se resuelva el problema de la batería. Me doy cuenta de que eso fue prometido para los aviones deportivos ligeros, pero la realidad pone esos aviones pequeños de costo relativamente bajo e increíblemente eficientes en más de $ 100,000 cada uno.

Answer 4

Parte del problema es que a medida que el rotor se hace más pequeño, se vuelve menos eficiente. La misma cantidad de potencia produce menos empuje y más resistencia cuando se divide en cuatro rotores más pequeños en lugar de un rotor grande. Eso significa capacidad de carga útil reducida y / o tiempos de vuelo reducidos y / o alcance reducido.

Dicho esto, la simplicidad del diseño eléctrico de cuatro rotores es difícil de superar. Básicamente solo hay cuatro partes móviles. Agregue dos o cuatro más por redundancia y obtendrá una receta para un avión con un costo inicial muy bajo y costos de mantenimiento muy bajos. Por lo tanto, creo que es inevitable que veamos que estos estarán disponibles comercialmente pronto, y progresivamente más populares a medida que las mejoras en baterías y motores permitan tiempos de vuelo progresivamente más largos. Pero los tiempos de vuelo probablemente estarán en el rango de 10 a 20 minutos al principio, con vuelos de una hora posiblemente a años de distancia. Los primeros usuarios serán aficionados, como los aviones ultraligeros de ala fija de hoy.

También tenga en cuenta que la mayor estabilidad que experimenta con los quadrotors hobby proviene de la electrónica. Es posible conectar la misma electrónica a los helicópteros de un solo rotor, para lograr una estabilidad idéntica. Cuando volé en helicópteros RC en la década de 1990 y principios de 2000, todos usamos cabezales de rotor complejos con estabilización mecánica provista por un flybar (también conocido como el sistema Bell-Hiller). El pasatiempo ha sido cambiar a cabezales de rotor sin barra estabilizadora y estabilización electrónica, y con una buena razón: menos piezas móviles, más confiabilidad y estabilidad fácilmente configurable. Además, mi primer quadrotor usó una estabilización electrónica relativamente primitiva, y fue un puñado real en comparación con lo que todos están usando ahora. La estabilidad en la que está pensando proviene de la electrónica, no del diseño mecánico.

Answer 5

El multirrotor es mucho menos estable que un helicóptero. Sin el controlador de vuelo haciendo ajustes minuciosos 100 veces por segundo, su multirrotor no puede volar. Un helicóptero puede volar sin estabilización electrónica.

El rotor múltiple (puntales de paso fijo estándar) es mucho menos ágil que un helicóptero. La única forma en que puede alterar el vuelo es ajustando la velocidad de rotación del puntal. Esto es relativamente más lento de hacer, debido a una mayor masa rotacional, que cambiar dinámicamente el paso de apoyo individual en el helo.

El multirrotor también es menos eficiente que un helicóptero. Con una potencia de entrada equivalente, varios accesorios más pequeños mueven menos aire que otros menos grandes.

Realmente, la única razón por la que existen rotores múltiples es porque es mecánicamente más simple. Incluso entonces, se necesitó una gran comercialización de dispositivos MEMS para reducir los precios de los giroscopios y acelerómetros lo suficiente como para permitir el acceso de los aficionados.

Answer 6

Las otras respuestas explican bien los diferentes escenarios entre un pequeño dron prescindible con motores eléctricos y un práctico helicóptero que transporta personas y que tiene que usar motores de combustión interna. Debe destacarse otro factor: si coloca 2 o más rotores en los brazos para levantar la embarcación, tiene que estar CIERTO (al menos en embarcaciones no fungibles que transporten personas) de que ambos rotores continuarán girando al mismo tiempo velocidad todo el tiempo, incluso si falla un motor. Por lo tanto, un sistema de biela pesado y complicado es esencial en el V-22 Osprey y aplicaciones similares.

Answer 7

bueno, han usado 4 o más motores y rotores independientes, más o menos. y similar a los pequeños drones, más o menos. como estos:

algunos tipos verticales:

el infame “mono engrasado” de la nasa

la marina amaba el XFV-1

solo un motor pero útil para cazar patos.

o tipo horizontal

motores eléctricos, como los quadcopters.j

¡El B36 también tenía muchos motores!

un viejo barco volador

el abeto ganso

un carguero ruso

el ventilador muy canalizado

y el platillo volante experimental conjunto Canadá / Estados Unidos.

Answer 8

El estilo de los drones con cuatro a 8 ventiladores orientados verticalmente es ágil y flota bien.

Pero para los aviones grandes, se pregunta por qué no están hechos como esos drones.

Porque los aviones grandes son para transportar grandes cargas largas distancias a alta velocidad. Los diseños de aviones convencionales pueden ser menos ágiles, pero van mucho más rápido y pueden soportar enormes cargas utilizando su velocidad de avance y sus alas. A diferencia de los drones aerodeslizadores.

Answer 9

En primer lugar, los helicópteros multirrotor consumen mucha energía, aunque tienen buena estabilidad y maniobrabilidad. Son adecuados solo para distancias cortas y maniobras de alta precisión.

En segundo lugar, debido a problemas operativos (fuente de energía, potencia del motor …), los aviones grandes necesitan usar motores de combustible, no motores eléctricos, pero los motores de combustible no son máquinas de respuesta rápida como los motores eléctricos. Entonces, si haces un gran avión de múltiples rotores, puede que no sea tan estable como puedes ver en los drones de juguete.

Answer 10

Si alguna vez has visto helicópteros de gas haciendo acrobacias volando como el video a continuación; pueden hacerlo debido a la relación desproporcionada de potencia a peso y la resistencia del material que no se puede escalar.

Lo mismo se aplica a las embarcaciones de múltiples rotores.

Se han realizado algunas investigaciones sobre un rotor múltiple a gran escala e incluso se produjo un prototipo (vea el video a continuación), pero me parece que es poco probable que se convierta en una máquina voladora viable por muchas razones.

Answer 11

Simplemente no hay suficiente velocidad, elevación o alcance disponible desde esa configuración para que sea práctico para viajar a distancia. Tal diseño es posiblemente una solución aceptable del levantamiento local de objetos pesados. Se utilizan helicópteros pesados ​​en la construcción y también se proponen dirigibles para dicho trabajo. Un quad-helicóptero puede muy bien encontrar un hogar en ese campo.

Answer 12

Costaría demasiado, el mantenimiento sería difícil, sería peligroso y demasiado grande. Hay diseños más baratos y eficientes disponibles, que es lo que los helicópteros modernos usan ahora.

Answer 13

Son, incluso mucho tiempo antes que los drones, Curtiss-Wright X-19 de la década de 1960