$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Multicopters zijn kleine luchtvaartuigen met meerdere rotors, in tegenstelling tot traditionele helikopters met één hoofdrotor. Een traditionele helikopterrotor heeft variabele pitch, waardoor de piloot lift en sturen kan regelen. Multicopters vertrouwen echter op rotors met vaste pitch. Sommige draaien met de klok mee en sommige draaien tegen de klok in. De vlucht wordt bestuurd door de snelheid van een of meer rotors te variëren. Bijvoorbeeld, in deze hexacopter draaien alle propellers met dezelfde snelheid. Dit produceert dezelfde stuwkracht om te zweven.
Net als vaste vleugel vliegtuigen, wordt de houding van een hexacopter beschreven over drie assen: de pitch as, de rol as, en de yaw as. De hexacopter kan worden bestuurd over de pitch as door de snelheid van de propellers aan één kant van de pitch as te verhogen en de snelheid van de propellers aan de andere kant te verlagen. Dit creëert een verschil in stuwkracht tussen de twee kanten. Als de stuwkracht in de achterste propellers wordt verhoogd en verlaagd in de voorste propellers, pitcht de hexacopter naar voren.
Op dezelfde manier kan de hexacopter over de rol as worden bestuurd. Dit veroorzaakt zijwaartse beweging. Dit wordt gedaan door de snelheid van de propellers aan één kant te verhogen en de snelheid van de propellers aan de andere kant te verlagen.
Yaw controle, die de kophoek verandert, wordt bereikt door de klokkerwijze propeller rotatie koppels met de tegen de klok in rotatie koppels in evenwicht te brengen. Door de tegen de klok in draaiende propellers sneller te laten draaien dan de klokkerwijze propellers, induceert de tegenovergestelde netto reactie een klokkerwijze rotatie over de yaw as.
We kunnen de stuwkracht en het koppel van elke propeller eenheid berekenen met behulp van de getoonde vergelijkingen. waarbij T de gegenereerde stuwkracht is, CT de stuwkrachtcoëfficiënt is, tau is het koppel, CQ is de koppelcoëfficiënt, en omega is de rotatiesnelheid in RPM. Zowel de elektrische ingangsvermogen als het mechanische uitgangsvermogen kunnen worden berekend met behulp van de volgende vergelijkingen. Het elektrische en mechanische vermogen worden vervolgens gebruikt om de efficiëntie van de propellermotor te bepalen. De twee coëfficiënten, samen met het elektrische en mechanische vermogen, worden berekend aan de hand van gegevens verkregen uit experimenten.
In dit lab zullen we demonstreren hoe aerodynamische en stuwkrachtkrachten op een hexacopter worden berekend met behulp van een load cell die op een teststand is gemonteerd. Vervolgens zullen we lift en weerstand karakteriseren en analyseren over een reeks luchtsnelheden met behulp van een windtunnel.
Om dit experiment te beginnen, zullen we een dynamometer gebruiken om parameters van één propeller te meten en te berekenen. Eerst, verwerf een dynamometer met een ingebouwd data-acquisitie systeem. Voer de grafische gebruikersinterface uit die wordt geleverd met het dynamometersysteem. Monteer de motor op de dynamometer teststand en sluit alle apparaatdraden aan. Vervolgens kalibreert u het systeem door de instructies op het scherm te volgen, met behulp van gewichten en de bekende hefboomarm wanneer daarom wordt gevraagd.
Nadat de kalibratie voltooid is, bevestigt u de propeller in een 'puller' configuratie. Zorg ervoor dat de dynamometer stevig is bevestigd aan de werkbank met behulp van C-klemmen en dat deze achter een plexiglas beschermingswand is geplaatst.
Verbind nu de batterij met de dynamometer. Voer het step input programma uit, dat de DC motoren aandrijft met behulp van een gepulst signaal. Het programma zal de gemeten stuwkracht, koppel, motor RPM, motor stroom en puls met gemoduleerde gasklep commando opnemen.
Voor dit deel van het experiment zullen we de stuwkracht van de hexacopter meten met behulp van een load cell buiten de windtunnel om storingen van de windtunnelwanden te vermijden.
Eerst bevestigt u de hexacopter op de load cell teststand met behulp van montageschroeven. Vervolgens opent u het data-acquisitiesysteem en voert u het load cell strain gauge bias programma uit om alle bias load cell waarden te verwijderen. Verbind de hexacopter vluchtcontroller met de computer met behulp van een micro USB kabel, en verbind de voeding met de hexacopter.
Vervolgens opent u het grondcontroller station programma. Onder het configuratietabblad, koppelt u alle motoren door op het vinkje aan de rechterkant te klikken. Beweeg de uitgangskanaal schuifregelaar naar de gewenste gasklep commando op 1.300 microseconden. Laat het systeem een paar seconden stabiliseren en voer vervolgens het programma uit om gegevens van de load cell te verzamelen.
Wanneer het programma voltooid is, stopt u de motoren door de uitgangskanaal schuifregelaars naar links te verplaatsen op de grondcontroller station. Herhaal de test met gasklep commando's van 1.500 en 1.700 microseconden. Stop vervolgens de motoren en breng alle gegevens over naar een flash drive om als basislijn te gebruiken voor de windtunnel metingen in de volgende test.
Voor het volgende deel van het experiment zullen we dezelfde test uitvoeren, behalve dat deze zal worden gedaan binnen de windtunnel met luchtstroom. Om te beginnen, monteer de hexacopter op de load cell teststand. Verbind vervolgens de load cell met de data-acquisitie computer, en verbind de hexacopter met de grond control station. Bevestig de teststand aan de basis van de windtunnel met behulp van C-klemmen, zorg ervoor dat de hexacopter vrij is van de windtunnelwanden, vloer en plafond om stromingsverstoringen te minimaliseren.
Monteer vervolgens twee pitot buizen binnen de windtunnel met behulp van industrieel tape, zorg ervoor dat ze een paar voet weg van de hexacopter worden geplaatst om de ongestoorde luchtstroom te bemonsteren. Stel nu de pitch hoek van de hexacopter op 0? in door de scharnierverbinding van de teststand aan te passen. Sluit vervolgens de windtunnel.
Verbind de pitot buis sensoren met het data-acquisitie systeem. Voer vervolgens het bias programma uit om de load cell spanningsbias te vaststellen. Initialiseer vervolgens de windtunnel en stel de windsnelheid in op ongeveer 430 ft/min, of 2. 2 m/s. Zodra de vrije stromingssnelheid zich op de gewenste waarde heeft gevestigd, verzamelt u de basislijn lift en weerstandsmetingen van de load cell met de hexacopter motoren uitgeschakeld.
Schakeelt nu de hexacopter motoren in door de gasklep commando te initialiseren op 1.300 microseconden. Laat