Как увеличить подъемную силу дрона?

Question

[Klaxons]

По чертежам crazepony mini собрал свой дрон, переписал прошивку, но в итоге моя сборка получилась общим весом 81г, тогда как китайский 46г. Поставил бесколлекторные движки 55000 оборотов каждый при напряжении 3.7V и пропеллеры 75мм. При попытке взлета не хватает тяги, замерил на кухонным весах, примерно вес падает до половины.

Не силен в аэродинамике, прочитал, что больший rpm дает большую скорость и меньшую грузоподъемность, и наоборот. Но это касается полноценных дронов, как быть с мини? не уверен, что условные 40000 или 35000 kv смогут улучшить ситуацию. При этом казалось, что большее количество оборотов поможет поднять дрон?

Подкиньте мыслей, как быть?

Comments

[deepblack]

условные 40000 или 35000 kv

Что такое kv ?

[Klaxons]

Andrew, сколько оборотов будет совершать двигатель за одну минуту при определенном напряжении. Формула вот такая: RPM=Kv*U, в моем случае при 3.7В

[Dmtm]

поможет скорее увеличение пропеллеров, при каком-то пределе оборотов тяга наоборот начинает падать, завихрения тормозят

[Klaxons]

Dmtm, Спасибо за ответ, но, как показывает гугл, 75 мм это предел для мини дронов

[vzyalgvozd]

в итоге моя сборка получилась общим весом 81г, тогда как китайский 46г

Подкиньте мыслей, как быть?

Может соблюсти проект в точности?

Так-то и в аккуме может быть дело, например...

[ⓒⓢⓢ]

ещё я добавил бы - чем больше оборотов у двигателя - тем, вероятно мощнее двигатель и его вес ... ,
брать более мощный двигатель, чтобы поднять только свой же вес - не очень хорошая затея

Answer 1

[svoleg]

Как увеличить подъемную силу дрона?

Мои ответ будет касаться беспилотных, летательных, роторных дронов, а также коптеров с произвольным количеством винтов (мультикоптер), далее - коптер.

Подъёмную силу коптера можно увеличить на 10% (цифра получена экспериментально) за счёт установки на коптере плоского аэродинамического экрана. Причём, увеличение подъёмной силы будет проявляться, как при движении коптера, так и при зависании коптера на одном месте.
Привожу рисунок размещения плоского аэродинамического экрана на коптере.

Привожу рисунок воздушных потоков вокруг плоского аэродинамического экрана.

Суммарная площадь отверстий в аэродинамическом экране должна быть близка к площади поверхности аэродинамического экрана, не занятого отверстиями (зависимость получена экспериментально).

Больший эффект увеличения подъёмной силы (на 12%, цифра получена экспериментально) достигается при использовании изогнутого экрана. Привожу рисунок изогнуто аэродинамического экрана.

Объясняется данное явление законом Бернулли, в соответствии с которым происходит понижение давление в газовом потоке при увеличении скорости данного газового потока (показано на рисунке).

Т.е. над аэродинамическим экраном устанавливается постоянное пониженное давление за счёт постоянного оттока воздуха с поверхности аэродинамического экрана в отверстия, в которых вращаются винты. Таким образом, дополнительная подъёмная сила (плюс 10…12%) появляется за счёт пониженного воздушного давления над поверхностью аэродинамического экрана.

Comments

[Klaxons]

Спасибо большое за исчерпывающий ответ, пока удалось увеличить подъемную силу за счёт шестеренок, на которые насажае винт большего размера и площади, но не хватает буквально 20 грамм для равеовесия и, хотя бы, 10 грамм, чтобы оторваться от земли. Про экран интересно, стоит попробовать

[MIke_Nomatter]

Klaxons, вы этим экраном на таком коптере больше добавите веса, чем выиграете по тяге

[rPman]

Можно попробовать сделать экран из тонкой пластиковой пластины/пленки petg с помощью вакуумной формовки, распечатав форму на принтере и с помощью обычного пылесоса. Ребра жесткости наклеить, так же их рапечатав.

svoleg, вопрос, где взять готовую модель такого экрана в идеале в виде параметризованную от размеров и конфигурации вентиляторов?

[Klaxons]

Думаю переделать ноги, там смысл понятен, но они являются составной луча в китайском дроне. Мне такого не надо, поэтому думаю распечатать на принтере держатели для винтов с шестерёнками, дабы убрать все лишнее и снизить вес

Answer 2

[АртемЪ]

Как увеличить подъемную силу дрона?

Увеличить скорость вращения винтов.
Увеличить угол атаки лопасти.

больший rpm дает большую скорость и меньшую грузоподъемность, и наоборот

Чушь какая-то. Чем больше оборотов при прочих равных, тем больше подъемная сила. А уж на скорость вы ее будете тратить, или на грузоподъемность - дело ваше.

При этом казалось, что большее количество оборотов поможет поднять дрон?

Конечно поможет.

Comments

[Klaxons]

Увеличить скорость вращения винтов.
Увеличить угол атаки лопасти.

С углом атаки есть большие ограничения, здесь выбора нет.

Чушь какая-то. Чем больше оборотов при прочих равных, тем больше подъемная сила. А уж на скорость вы ее будете тратить, или на грузоподъемность - дело ваше.

Имеется в виду, будут ли все винты синхронно вращаться (на подъем) или асинхронно (на движение)? А есть примерное понимание или примеры расчетов количества оборотов к подъемному весу, ну вот в моем кейсе, чтобы поднять 81г (а то и больше)

[АртемЪ]

Klaxons, Чем больше rpm тем больше подъемная сила.
Если винты вращаются одинаково - он просто поднимается, если не одинаково, он наклоняется и вектор силы уже не строго вверх направлен, он начинает двигаться в сторону.

Если с углом атаки выбора нет - увеличивать обороты.
У вас может движки слабые, и поэтому обороты низкие.

[Klaxons]

АртемЪ, ок, попробую, спасибо. Насчет движком не скажу, все тот же китай) возьму брендовые попробую

[АртемЪ]

Klaxons, Надо подбирать движки и винты.
Движок будет слабый - не раскрутит винт до нужных оборотов,
Чем больше угол атаки винта или размер винта, тем труднее двигателю его вращать - соответственно уменьшаются обороты.

[uvelichitel]

АртемЪ,

Чем больше rpm тем больше подъемная сила.

Конечно, но зависимость не линейная и ограничена сверху. Простой умозрительный эксперимент - пудовую гирю он очевидно не поднимет, как ни крути.))

[АртемЪ]

uvelichitel,

пудовую гирю он очевидно не поднимет, как ни крути.))

Да запросто.

Ограничения конечно есть - лопасть просто развалится при больших скоростях, ну и на сверхзвуке будет срыв потока.

Answer 3

[Владимир Коротенко]

Это обыкновенная физика.

Больше оборотов, больше поток воздуха, и тем быстрей этот поток.
Но есть ограничение это окружная скорость 340м/с * 0.8. Там уже начинается срыв потока.
https://jsfiddle.net/vkorotenko/qk806L23/

Так что увеличивать можно до какого то предела.
Можно кстати взять "Тяговые" винты, они имеют более широкие лопасти и больший угол атаки. Впрочем к винтам обычно идет табличка с рекомендуемыми моторами и обеспечиваемой тягой.

Comments

[Klaxons]

да вот все упирается в небольшой выбор лопостей для миниквадриков, все китай и примерно одно и тоже, поэтому думаю за счет оборотов поднять вверх

[Владимир Коротенко]

Кстати вот нормальный калькулятор
Klaxons, https://www.ecalc.ch/xcoptercalc.php

Answer 4

[xmoonlight]

Увеличьте рабочую площадь лопастей пропеллеров (не их общее число, а именно ширину лопасти).

Comments

[Klaxons]

Спасибо за ответ, как я писал выше - для мини дронов 75мм (такие у меня) это предел, здесь остается варьировать движками

Answer 5

[Dmtm]

если проблема в слишком большой скорости вращения, то можно попробовать вернуться в оптимальную тягу выломав одну лопасть пропеллера (даже при одной лопасти пропеллер будет работать, скорость останется примерно той же, но будет меньше завихрений и можно ожидать увеличения тяги)

Comments

[Klaxons]

как раз наоборот))) скорей всего недостаточная скорость для подъема аппарата

Answer 6

[MIke_Nomatter]

У вас несколько проблем сразу, первую вы уже озвучили - вес. Подобный аппарат должен весить 20-30 грамм, даже 40 грамм оригинала - это очень много. Следующая проблема - токоотдача аккумулятора, если стоит дешевый аккум - скоее всего он не дает моторам развить пиковую мощность. В целом 50000 оборотов при 3,7 В - около 14000kv, что вполне сносно для 75 пропов при весе до 40 грамм. Может быть они и смогли бы поднять в воздух 80 граммовый аппарат, но полет точно будет крайне не стабильным.

Comments

[Klaxons]

Вот вы правильно говорите, но вчера зашёл в детский мир купить ребёнку игрушку и увидел мини дроны китайские, там вес от 1хх граммов, и они резво взлетают, батарейка там обычная lipo 3.7v ~ 500-600 mAh. Свой Дрона модифицировал, приделал к нему ноги с винтами от китайского дрона sg900, вес вырос, но и стало нахватать граммов 30 для взлёта. Попробовал от батарейки 18650, хоть питание стало хватать и МК перестал вырубаться. Эти ноги, конечно, веса добавили

[MIke_Nomatter]

Klaxons, чтобы увидеть, что значит бодро - посмотрите на youtube, как летают гоночные коптеры. Из русскоязычного сегмента рекомендую канал propwash service, там коптеры проектирует собирает и летает на них спортсменка, студентка и просто красавица Валентина - никто равнодушным не останется.