¿Cómo diseñar correctamente un helicóptero-avión VTOL/ADAV?

[Remundo]

esta vez para distraerse... unos cuantos medio locos a los que les gusta echar un polvo.

[Remundo]

Redundancia (en aeronáutica)

La palabra redundancia tiene una interpretación literaria, es decir, "repeticiones" o "replanteos" que pueden tener una connotación peyorativa (pesadez del discurso) o por el contrario informativa (insistencia/precisión)

En el campo aeronáutico, la redundancia es un asunto puramente técnico que se puede resumir de la siguiente manera:
multiplicar los sistemas para evitar un fallo global.

Podemos intentar hacer redundantes los sistemas, ya sean informáticos, hidráulicos o mecánicos.

No obstante, en particular para los dispositivos que no son de elevación, es necesario evitar el peso muerto en los dispositivos voladores.

Estoy interesado hoy en la redundancia de propulsores.

para aviones ligeros
* el motor solo n'a pas de redondance : si son unique hélice ne fonctionne plus, il poursuit sa route en planant, le pilote n'a pour seul moyen d'action que de manipuler les gouvernes (de profondeur et de direction) ainsi que les ailerons sur las alas. La aeronave pierde altura de forma irreversible, especialmente si su suavidad es mediocre.
* la bimotor, y con mayor razón los motores múltiples son redundantes: un propulsor puede fallar, pero los otros propulsores mantienen un control suficiente de la aeronave (incluso si es necesario compensar los desequilibrios de empuje y tracción con los dispositivos deflectores en las alas).

para helicópteros
* la rotor único no tiene redundancia, y la falla del rotor de cola con frecuencia conduce a accidentes de guiñada. Sin embargo, un helicóptero de un solo rotor puede aterrizar en un desastre si deja que su rotor "flote" mientras maneja el descenso en altitud (técnica llamada autorrotación).

* el multirotor (a menudo 2) parecen redundantes, pero en realidad, la falla de un rotor conduce a un gran desequilibrio, un priori no indemnizable

Para ADAV/VTOL
* Uno podría imaginar cierta redundancia al cambiar del modo avión al modo helicóptero si uno de los modos falla, pero el otro es sostenible.

Quiero abordar más específicamente en el caso de un ADAV multirotor en modo helicóptero estacionario.

En este caso, las fuerzas aerodinámicas de arrastre y sustentación son casi nulas (aparte de las experimentadas por las palas de la hélice). El equilibrio de la aeronave resulta de las fuerzas F1, F2, F3... de los distintos rotores y del peso mg de la aeronave.

Aquí hay un diagrama que representa la situación con 5 fuerzas.

sustentation_multirotor.png (11.07 KiB) Visto 1258 veces

El dispositivo está suspendido de un "polígono de apoyo" (que no necesariamente es plano), siendo los vértices de este polígono los puntos donde se ejercen los tirones/empujes de las hélices.

El balance de fuerzas da:

eq17.png (5.88 KiB) Visto 1278 veces

esta ecuación garantiza la inmovilidad del centro de gravedad del dispositivo



El balance de los momentos de las fuerzas devueltas en G el centro de gravedad da:

eq18.png (10.21 KiB) Visto 1278 veces

esta ecuación garantiza la no rotación del dispositivo (que podría volcarlo y hacerlo aún más incontrolable)

La solución más pequeña parece ser un rotor doble contrarrotante (para evitar efectos giroscópicos y de torsión inversa) debajo del cual cuelga el centro de gravedad (esto es básicamente lo que hacen los helicópteros de doble rotor).

Un dron de cuatro rotores quien pierde un rotor posiblemente puede ponerse al día con un algoritmo bastante complejo que gestiona las últimas 3 hélices disponibles (3 empujes) que garantiza tanto el equilibrio de fuerzas + el equilibrio de momentos + la compensación del contrapar.

Cuantas más hélices y posibles orientaciones haya, más jugable parece (redundancia) para garantizar el control de la aeronave.

Creo que con 3 hélices, si el centro de gravedad está directamente encima del polígono (digamos que si la vertical que pasa por G atraviesa el polígono), podemos recuperar el dispositivo.

con solo 2 hélices, la aeronave corre el riesgo de volcarse (G querrá alinearse con la línea de sustentación), a menos que G ya esté directamente sobre esta línea por diseño.

Sin embargo, esto se basa en cálculos bastante complejos y, sobre todo, en algoritmos de control muy sensibles y eficientes.

Déjame saber lo que piensas al respecto en algún momento.

[Christophe]

He visto algunos videos de drones averiados…un cuatriciclo que pierde motor se pierde y se estrella, aun así hay tri drones pero la configuración de un cuatriciclo está hecha para 4 ascensores…

No veo cómo un algoritmo tan complejo podría administrar el par y el volante en el eje que falla: la hélice restante tendría que empujar... ¡hacia arriba para compensar el peso del motor HS! Solo es posible con una hélice de paso variable que funcionaría en propulsión retro... y que debería ser súper receptiva... en mi opinión, es imposible de esta manera.

Como recordatorio: una hélice que gira al revés funciona muy mal... intentar que un avión despegue en reversa... es lo mismo

¿Detenerlo sería lo mejor que podía hacer?

Aunque la pareja no es demasiado seria, solo guiñaría ... lo suficiente como para aterrizar de manera segura.

Los hexágonos en 5 motores pueden pasar...

Haz una búsqueda en youtube.

Es por eso que los drones humanos en una base cuádruple sin un ala transportadora... son intrínsecamente peligrosos... incluso con una configuración 4*2…aunque añade seguridad extra…

Pronto habrá muertes y serán prohibidas… ¡sí, hay palomas en la ciudad! (doble sentido)

[Remundo]

Creo que este es un tema que vale la pena explorar...

Si miramos un trirotor

sustentation_trirotor.png (8.18 KiB) Visto 1227 veces

La falla de un rotor no parece ser recuperable. De hecho, los 2 rotores restantes ejercen un momento de rotación que inclina el dispositivo.

Por ejemplo, si F3=0, G intentará pasar directamente por encima de la línea 1-2

Aunque si nos imaginamos rotores basculantes, la situación no es sin esperanza. El dispositivo estará inclinado, pero estacionario.

Si miramos un quadrotor

sustentation_quadrotor.png (8.41 KiB) Visto 1227 veces

La falla de un rotor, si los otros 3 permanecen con la misma fuerza, inclina el dispositivo.

PERO hay una solución (al menos matemática), incluso asumiendo los rotores no basculantes.

Es necesario apagar el rotor diametralmente opuesto al rotor defectuoso. El punto G queda suspendido en la línea de sustentación definida por la diagonal de los 2 rotores aún en movimiento.

Por ejemplo, si F4=0, TAMBIÉN es necesario que F2 = 0, y G permanezca directamente sobre la mitad de la diagonal 1-3.

[Christophe]

Eso es lo que acabo de decir: apagar sigue siendo la mejor solución...

Excepto que en la vida real apagar no funcionará en un quad porque todo en el aire se está moviendo... y la más mínima perturbación hará que la máquina vuelque... como el de las hélices paradas que no se ajustarán de la misma manera en relación con el viento relativo... en resumen, ¡está muerto!

Es como mantener cualquier cosa en equilibrio sobre un pivote perfecto: una respiración y se cae... ¡esto es peor porque la respiración es automática!

De lo contrario, retro-propulsión de emergencia...

Con un power wing es diferente... los quads humanos son una mierda... de... tienen millones pero es una mierda

[Remundo]

si coloca G debajo de los rotores, funciona bien.

Es el helicóptero de dos rotores.

* hélices contrarrotantes implantadas en diferentes ejes paralelos (más simple !)
como el Chinook CH47

De hecho, si G está por encima de los rotores, cambia. Y los rotores invertidos acelerarán el dispositivo hacia abajo... además del peso.

volocóptero, el taxi multirrotor, coloca a G muy por debajo del polígono de soporte

Si llevamos el multirotor al extremo, existe un proyecto de taxicóptero con muchas hélices, llamado "VOLOCOPTERE"

y con todos estos rotores, debe ser capaz de mantener una estabilidad aceptable incluso si 1 o 2 fallan.

[Christophe]

Coloque 2 desequilibradas de 750 kg a 10 m de la cabina y cuyo arrastre varíe con la velocidad... ¡funcionará mucho menos! Coloque en uno, nunca se despegará… o más bien si y dé la vuelta directamente…

El volocopter es en realidad más seguro que los quads, estaba hablando de eso aquí en 2016… transportes-electricos/l-ehang-184-primer-dron-para-hombre-t14437-10.html

[Remundo]

colocar desequilibrio, como usted dice, equivale a desplazar violentamente a G fuera del polígono / línea de elevación, desestabilizando así claramente la aeronave.

no hagas nada eh

Intento en este hilo reunir todo el material adecuado para no cometer errores de diseño.

La aeronáutica no es mi especialidad, pero tengo buena voluntad, y me cuido, sobre todo cuando encuentro buenos médicos o documentación muy instructiva.

[Macro]

o documentación muy instructiva.

voy a perder el tiempo

Hice aviones gracias a la documentación... Bueno, más bien planeadores... Que cruzaron las aulas molestando a mis profesores... Me metió en un lío... Pero al menos no me preocupo, no me estrellé. ..

También pegué moscas en confeti... Vuela mal y no por mucho tiempo... Una pista para mejorar

[Remundo]

ah y sus notas "despegaron"? ¿Estaban estables?