Come progettare correttamente un elicottero VTOL/ADAV?

[Remundo]

questa volta per distrarsi... alcuni mezzi matti a cui piace scopare.

[Remundo]

Ridondanza (in aeronautica)

La parola ridondanza ha un'interpretazione letteraria, intendendo "ripetizioni" o "riaffermazioni" che possono avere una connotazione peggiorativa (pesantezza del discorso) o al contrario informativa (insistenza/precisione)

In campo aeronautico la ridondanza è una questione puramente tecnica che si può così sintetizzare:
moltiplicare i sistemi per evitare un guasto globale.

Possiamo provare a rendere ridondanti i sistemi, siano essi informatici, idraulici o meccanici.

Tuttavia, in particolare per i dispositivi non di sollevamento, è necessario evitare il peso morto nei dispositivi volanti.

Oggi sono interessato alla ridondanza dei propulsori.

Per velivoli leggeri
* il singolo motore non ha ridondanza: se la sua unica elica non funziona più, continua la sua traiettoria in planata, l'unico mezzo di azione del pilota è manipolare le superfici di comando (elevatore e timone) nonché gli alettoni sulle ali. Il velivolo perde irreversibilmente quota, soprattutto se la sua scorrevolezza è mediocre.
* il bimotore;e a fortiori i plurimotori sono ridondanti: un propulsore potrebbe guastarsi, ma gli altri propulsori mantengono un controllo sufficiente del velivolo (anche se è necessario compensare gli squilibri di spinta-trazione con i dispositivi deflettori sulle ali).

Per elicotteri
* il singolo rotore non ha ridondanza e il guasto del rotore di coda porta spesso a incidenti di imbardata. Tuttavia, un elicottero monorotore può atterrare in un disastro lasciando che il suo rotore "liberi" mentre gestisce la discesa in quota (tecnica chiamata autorotazione).

* il multirotore (spesso 2) sembrano ridondanti, ma in realtà il guasto di un rotore porta ad un enorme squilibrio, a priori non risarcibile

Per ADAV/VTOL
* Si potrebbe immaginare una ridondanza passando dalla modalità aereo alla modalità elicottero se una delle modalità fallisce, ma l'altra è sostenibile

Voglio affrontare in modo più specifico il caso di un ADAV multirotore in modalità elicottero in bilico.

In questo caso, la resistenza aerodinamica e le forze di sollevamento sono quasi nulle (a parte quelle subite dalle pale dell'elica). Il bilanciamento del velivolo risulta dalle forze F1, F2, F3... dei vari rotori e dal peso mg del velivolo.

Ecco un diagramma che rappresenta la situazione con 5 forze.

sustentation_multirotor.png (11.07 KiB) Visto 1264 volte

Il dispositivo è sospeso ad un "poligono di sostegno" (che non è necessariamente piano), i vertici di questo poligono sono i punti in cui si esercitano le forze di spinta delle eliche.

L'equilibrio delle forze dà:

eq17.png (5.88 KiB) Visto 1284 volte

questa equazione garantisce l'immobilità del baricentro del dispositivo



Il bilancio dei momenti delle forze riportate in G al baricentro dà:

eq18.png (10.21 KiB) Visto 1284 volte

questa equazione garantisce la non rotazione del dispositivo (che potrebbe capovolgerlo e renderlo ancora più incontrollabile)

La soluzione più piccola sembra essere un doppio rotore controrotante (per evitare effetti di controcoppia e giroscopici) al di sotto del quale pende il baricentro (questo è sostanzialmente ciò che fanno gli elicotteri birotore).

Un drone quadrirotore chi perde un rotore può eventualmente recuperare un algoritmo abbastanza complesso che gestisce le ultime 3 eliche a disposizione (3 spinte) garantendo sia l'equilibrio delle forze + l'equilibrio dei momenti + la compensazione della controcoppia.

Più eliche e possibili orientamenti ci sono, più sembra giocabile (ridondanza) per garantire il controllo del velivolo.

Penso che con 3 eliche, se il baricentro è direttamente sopra il poligono (diciamo che se la verticale che passa per G fora il poligono), possiamo recuperare il dispositivo.

con solo 2 eliche, l'aereo rischia di ribaltarsi (G vorrà allinearsi con la linea di sollevamento), a meno che G non sia già direttamente sopra questa linea per progetto.

Tuttavia, questo si basa su calcoli abbastanza complessi e soprattutto su algoritmi di controllo molto reattivi ed efficienti.

Fammi sapere cosa ne pensi qualche volta.

[Christophe]

Ho visto alcuni video di droni difettosi…un quad che perde un motore si perde e va in crash, eppure ci sono tri droni ma la configurazione di un quad è fatta per 4 sollevamenti…

Non vedo come un algoritmo così complesso possa gestire la coppia e il bilanciere sull'asse in errore: l'elica rimanente dovrebbe spingere... verso l'alto per compensare il peso del motore HS! È possibile solo con un'elica a passo variabile che funzioni in retro propulsione... e che dovrebbe essere super reattiva... secondo me è impossibile in questo modo.

Come promemoria: un'elica che si capovolge funziona molto male... cercando di far decollare un aereo in retromarcia... è la stessa cosa

Fermarlo sarebbe comunque la cosa migliore da fare?

Anche se la coppia non è troppo seria, sbadiglierebbe solo... abbastanza per atterrare in sicurezza.

Gli esagoni su 5 motori possono cavarsela...

Fai una ricerca su youtube.

Questo è il motivo per cui i droni umani su una base quad senza un'ala portante... sono intrinsecamente pericolosi... anche con una configurazione 4*2...sebbene aggiunga ulteriore sicurezza...

Presto ci saranno morti e saranno vietati... sì, ci sono piccioni in città! (doppio senso)

[Remundo]

Credo sia un argomento da approfondire...

Se guardiamo un trirotore

sustentation_trirotor.png (8.18 KiB) Visto 1233 volte

Il guasto di un rotore non sembra essere recuperabile. Infatti i 2 rotori rimanenti esercitano un momento di rotazione che fa inclinare il dispositivo.

Ad esempio, se F3=0, G proverà a passare direttamente sopra la linea 1-2

Anche se se immaginiamo rotori basculanti, la situazione non è disperata. Il dispositivo sarà inclinato, ma fermo.

Se guardiamo un quadrotor

sustentation_quadrotor.png (8.41 KiB) Visto 1233 volte

Il guasto di un rotore, se gli altri 3 rimangono alla stessa forza, fa inclinare il dispositivo.

MA c'è una soluzione (almeno matematica), anche assumendo i rotori non basculanti.

È necessario spegnere il rotore diametralmente opposto al rotore difettoso. Il punto G rimane sospeso alla linea di portanza definita dalla diagonale dei 2 rotori ancora in movimento.

Per esempio se F4=0, è necessario ANCHE F2 = 0, e G rimane direttamente sopra la metà della diagonale 1-3.

[Christophe]

Questo è quello che ho appena detto: spegnere è ancora la soluzione migliore...

Solo che nella vita reale lo spegnimento non funzionerà su un quad perché tutto nell'aria è in movimento...e il minimo disturbo farà ribaltare la macchina...come quello delle eliche ferme che non saranno regolate allo stesso modo rispetto alla vento relativo…insomma è morto!

È come tenere qualcosa in equilibrio su un perno perfetto: un respiro e si ribalta... questo è peggio perché il respiro è automatico!

Altrimenti retropropulsione di emergenza...

Con un'ala potente è diverso... i quadricipiti umani sono una schifezza... de... hanno milioni ma è una schifezza

[Remundo]

se metti G sotto i rotori, funziona bene.

È l'elicottero a doppio rotore.

* eliche controrotanti impiantate su diversi assi paralleli (più semplice !)
come il Chinook CH47

Infatti se G è sopra i rotori, cambia. E i rotori capovolti accelereranno il dispositivo verso il basso... oltre al peso.

Volocottero, il taxi multirotore, posiziona G ben al di sotto del poligono di supporto

Se spingiamo il multirotore all'estremo, c'è un progetto di taxicopter con molte eliche, chiamato "VOLOCOPTERE"

e con tutti questi rotori, deve essere in grado di mantenere una stabilità accettabile anche se 1 o 2 si guastano.

[Christophe]

Posiziona 2 sbilanciati 750 kg a 10m dalla cabina e la cui resistenza varia con la velocità... funzionerà molto meno bene! Mettilo in uno, non decollerà mai... o meglio se e girerà direttamente...

Il volocopter è in realtà più sicuro dei quad, ne parlavo qui nel 2016... trasporti-elettrici/l-ehang-184-primo-drone-per-uomo-t14437-10.html

[Remundo]

posizionare lo squilibrio, come dici tu, equivale a spostare violentemente G al di fuori della linea del poligono/portata, destabilizzando così chiaramente l'aereo.

Non fare niente eh

Cerco in questo thread di mettere insieme tutto il materiale giusto per non commettere errori di progettazione.

L'aeronautica non è la mia specialità, ma ho buona volontà e mi prendo cura di me stessa, soprattutto quando trovo buoni medici o documentazione molto istruttiva.

[Macro]

o documentazione molto istruttiva.

Ho intenzione di pasticciare

Ho fatto aerei grazie alla documentazione... Beh, piuttosto alianti... Che hanno attraversato le aule infastidindo i miei insegnanti... Mi ha causato dei problemi... Ma almeno non mi preoccupo. Non sono caduto... .

Ho anche incastrato le mosche sui coriandoli... Vola male e per poco... Una pista da migliorare

[Remundo]

ah e i tuoi voti sono "decollati"? erano stabili?