Bene
Sportflieger
Multikopter sind ja bekannt als Spielzeug oder Modelldrohnen, haben einen elektrischen Antrieb und eine elektronische Lagestabilisierung. Helikopter gibt es in groß oder als Modell. Für Modellpiloten-Anfänger gibt es auch Steuerungssysteme mit Stabilisierung (elektronische Kreisel), ist dort aber weniger verbreitet und bei den großen Helikoptern m.W. völlig unüblich. Meine Frage nun: Warum eigentlich? Verhält sich eine Steuerung mit mehreren starren Rotoren grundsätzlich anders als bei einem beweglichen Rotor (Schlaggelenke/Taumelscheibe), und ist bei Multikoptern zwingend eine elektronische Stabilisierung erforderlich?
Meine erste Vermutung ist: Es liegt hauptsächlich an dem Verhältnis Ansprechzeit der Steuerung zu Reaktionszeit des Piloten. Der Schwebeflug ist tendenziell instabil und kann mit dem Balancieren eines Besens auf der Handfläche verglichen werden. Das ist mit etwas Übung kein Problem, solange man die Hand schneller bewegen kann, als der Besen umkippt. Ein Streichholz auf der Fingerspitze zu balancieren wäre dagegen praktisch unmöglich, weil es schneller umkippt als man kucken kann. Genauso müsste es sich bei großen und kleinen Flugkörpern verhalten. Letztere erfordern wegen der kleineren Trägheit, größeren Windempfindlichkeit usw. eine kürzere Reaktionszeit.
Erschwerend kommt dazu, dass bei Drohnen mit elektrischem Antrieb die Schubregelung über die Drehzahl erfolgt. Zum Ändern des Schubs müssen erstmal die Massenträgheiten des Motors und Rotors beschleunigt werden. Den Unterschied kennt jeder, der schonmal mit einem Passagierflugzeug mit Turboprop-Antrieb geflogen ist. Beim Start ist der Schub praktisch augenblicklich da, weil die Propeller schon auf Drehzahl sind und nur noch der Pitch verändert werden muss. Ein Jet braucht dagegen >10s bis die Turbinen von Leerlauf auf Startschub hochgedreht sind.
Was wäre jetzt aber, wenn man einen großen Multikopter bauen würde, sagen wir mal mit mindestens einem Meter Rotordurchmesser und -abstand, und diesen mit (Collective) Pitch steuern würde? Wäre dieser ohne elektronische Lageregelung beherrschbar? Mir fällt zumindest im Moment keine physikalische Gesetzmäßigkeit ein, die dem grundlegend widersprechen würde. Es gibt ja auch Tandem-Helikopter wie der Boing CH47 "Chinook". Bei diesem wird die Nick-Bewegung durch gegenläufige Ansteuerung des Collective-Pitch vorne und hinten kontrolliert. Das funktioniert nachweislich, und ich glaube nicht, dass es 1962 schon elektronische Lagestabilisierung gab. Und was in einer Achse funktioniert, muss auch in zweien gehen.
Wurde das schonmal probiert, einen Multikopter mit Pitch-Steuerung anstatt Drehzahlregelung zu bauen? Ich glaube, ich hab mal irgendwo ein Bild von einem bemannten "Quadrokopter"-Prototypen aus den 60er-Jahren gesehen, der mit einem zentralen Käfermotor und Keilriemenantrieb zu den 4 Rotoren ausgerüstet war. Ich weiss aber nicht, ob der jemals geflogen ist.
Meine erste Vermutung ist: Es liegt hauptsächlich an dem Verhältnis Ansprechzeit der Steuerung zu Reaktionszeit des Piloten. Der Schwebeflug ist tendenziell instabil und kann mit dem Balancieren eines Besens auf der Handfläche verglichen werden. Das ist mit etwas Übung kein Problem, solange man die Hand schneller bewegen kann, als der Besen umkippt. Ein Streichholz auf der Fingerspitze zu balancieren wäre dagegen praktisch unmöglich, weil es schneller umkippt als man kucken kann. Genauso müsste es sich bei großen und kleinen Flugkörpern verhalten. Letztere erfordern wegen der kleineren Trägheit, größeren Windempfindlichkeit usw. eine kürzere Reaktionszeit.
Erschwerend kommt dazu, dass bei Drohnen mit elektrischem Antrieb die Schubregelung über die Drehzahl erfolgt. Zum Ändern des Schubs müssen erstmal die Massenträgheiten des Motors und Rotors beschleunigt werden. Den Unterschied kennt jeder, der schonmal mit einem Passagierflugzeug mit Turboprop-Antrieb geflogen ist. Beim Start ist der Schub praktisch augenblicklich da, weil die Propeller schon auf Drehzahl sind und nur noch der Pitch verändert werden muss. Ein Jet braucht dagegen >10s bis die Turbinen von Leerlauf auf Startschub hochgedreht sind.
Was wäre jetzt aber, wenn man einen großen Multikopter bauen würde, sagen wir mal mit mindestens einem Meter Rotordurchmesser und -abstand, und diesen mit (Collective) Pitch steuern würde? Wäre dieser ohne elektronische Lageregelung beherrschbar? Mir fällt zumindest im Moment keine physikalische Gesetzmäßigkeit ein, die dem grundlegend widersprechen würde. Es gibt ja auch Tandem-Helikopter wie der Boing CH47 "Chinook". Bei diesem wird die Nick-Bewegung durch gegenläufige Ansteuerung des Collective-Pitch vorne und hinten kontrolliert. Das funktioniert nachweislich, und ich glaube nicht, dass es 1962 schon elektronische Lagestabilisierung gab. Und was in einer Achse funktioniert, muss auch in zweien gehen.
Wurde das schonmal probiert, einen Multikopter mit Pitch-Steuerung anstatt Drehzahlregelung zu bauen? Ich glaube, ich hab mal irgendwo ein Bild von einem bemannten "Quadrokopter"-Prototypen aus den 60er-Jahren gesehen, der mit einem zentralen Käfermotor und Keilriemenantrieb zu den 4 Rotoren ausgerüstet war. Ich weiss aber nicht, ob der jemals geflogen ist.
) Hab mich geirrt, war kein Käfermotor sondern ein BMW Boxermotor. Läuft aber fast auf's gleiche hinaus. Als angebliche Vorteile werden u.a. genannt: "Sofortige Steuerreaktion und hohe Steuerstabilität, Wegfall der sonst zur Steuerung erforderlichen zyklischen Rotorblattverstellung, Wegfall der komplizierten Steuerkinematik". Die Steuerung scheint also zumindest nicht das Problem gewesen zu sein.
