Pregunta:
¿Por qué la mayoría de los drones tienen motores orientados hacia arriba?
Jacob B
2020-05-15 11:30:37 UTC
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La mayoría de los cuadricópteros de estilo libre que he visto están diseñados específicamente para volar con los motores hacia arriba y tener los brazos del dron debajo de las hélices así:

A "normal" quadcopter

Como puedes ver en la imagen ^, los brazos del dron son bastante anchos (como es común en muchos cuadricópteros de este tipo) y me parece que los brazos bloquearían una porción del aire viniendo de los apoyos. Me imagino que tener los brazos así reduciría la eficiencia o la velocidad máxima y tal vez causaría algo de lavado de hélice.

Hay muchos menos cuadricópteros que tienen los motores montados debajo de los brazos de esta manera:

(y casi todos son proyectos caseros como este que modificaron un marco existente para que funcionara al revés) A "less normal" quadcopter

Lo que me pregunto es: ¿Por qué tantos fabricantes y aficionados fabrican tantos drones con motores orientados hacia arriba, ya que parece que los motores orientados hacia abajo serían mejores en muchos aspectos? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los motores orientados hacia arriba frente a los motores orientados hacia abajo?

Creo que exactamente los mismos argumentos de eficiencia que cita para la configuración al revés se aplican de manera idéntica a la configuración normal. El aire todavía tiene que fluir alrededor de los brazos, sin importar si lo jala o lo empuja.
@ifconfig No necesariamente, porque una gran parte del aire que entra por la parte superior de la hélice proviene también de los lados de la parte superior. Y el aire que sale de la hélice empuja casi todo directamente hacia abajo.
No creo que la columna de admisión sea tan alta o ancha. Todo lo que trato de decir es que su afirmación no es necesariamente cierta y no debe afirmarse como un hecho.
@ifconfig oh. No quise hacer sonar como si estuviera afirmando un hecho. Solo quise decirlo como pensaba. Lo he ajustado para que quede un poco más claro.
Una respuesta a continuación compara manzanas con naranjas. Necesitamos que el propietario de su segunda imagen la pruebe en banco en ambas configuraciones, ya que poco de la aerodinámica cambiaría porque las armaduras son rectas y planas, y sería fácil hacerlo, no siendo plástico moldeado con una curvatura. La comparación de tipos de empujadores * no controla suficientes variables; necesita * exactamente el mismo *, ya sea empujando o tirando.
Cinco respuestas:
Kralc
2020-05-15 12:36:29 UTC
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Una ventaja práctica es una mayor distancia al suelo, lo que reduce la probabilidad de un golpe de hélice al aterrizar o despegar.

Aerodinámicamente, un diseño de empujador 1 puede ser menos eficiente porque la hélice gira a través de la estela del fuselaje; esto da como resultado un aire "abultado" que provoca vibraciones. No tengo cifras exactas, pero escuché anecdóticamente que esto puede ser una caída del 10 al 15% para los diseños de ala fija y la configuración exacta del fuselaje marcará la diferencia.

1 : Los empujadores a menudo se definen como 'eje [motor / motor] bajo compresión'; que parece aplicarse a la configuración del motor "al revés".

Estoy * bastante seguro * de que su primer para es la verdadera razón por la que el motor bajo hélice es la orientación predominante. Realmente me gustaría ver referencias para las declaraciones del segundo párrafo. Aún así, +1 por su respuesta (¡obtenga algunas referencias para el segundo párrafo!)
Krish
2020-05-15 15:35:32 UTC
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Ampliando la respuesta de @ Kralc:

Aquí hay un estudio (desafortunadamente detrás de un muro de pago) del que voy a copiar partes clave a continuación:

El hexacóptero se montó en un banco de pruebas de celda de carga y los datos se recopilaron en el túnel de viento de 5 × 7 pies de la Universidad de Michigan sobre diferentes velocidades de flujo de corriente libre, porcentajes de empuje del motor y ángulos de ataque del hexacóptero. Para validar los hallazgos de rendimiento del túnel de viento, se realizaron pruebas de vuelo autónomo al aire libre. Los resultados muestran que la configuración del empujador genera aproximadamente un 15% más de empuje (elevación) que las hélices del tractor; sin embargo, exhiben una relación de sustentación / arrastre relativamente pobre. Estos resultados sugieren que un hexacóptero con configuración de empujador tendrá una mayor eficiencia para aplicaciones de vigilancia de área local que requieren vuelo estacionario y lento, mientras que una configuración de tractor es más eficiente para aplicaciones de transporte de carga útil que requieren vuelo hacia adelante a velocidades apreciables.

Pusher vs Tractor type quadcopter comparison

RPM vs efficiency and thrust

Thrust to weight ratio comparison

Para responder a su pregunta, ¿Por qué la mayoría de los drones tienen motores orientados hacia arriba ?, la respuesta se encuentra principalmente en el último gráfico que muestra (de un tamaño de muestra bastante pequeño) que los drones tipo empujador suelen tener una mejor relación empuje / peso. .

No creo que el último párrafo funcione en absoluto. Si los empujadores son mejores, ¿por qué la mayoría de los drones no los usan?
Para ser completamente honesto, después de hacer la investigación no estoy del todo seguro. La respuesta de @Kralc's probablemente sea más concisa y más adecuada.
@RobinBennett El último párrafo me suena claro. No dice que los empujadores sean mejores, tienen más empuje pero más resistencia. Los tractores tienen menos empuje pero menos resistencia. Entonces, si todo lo que quieres hacer es levantar mucho peso, un empujador es mejor, pero si quieres competir con un tractor, es mejor. Esto es similar a la compensación que hace con la cantidad de hojas de hélice: cuantas más hojas, menos eficiente pero más empuje.
Siento que el diseño y la proximidad a la hélice del brazo y el ESC pueden ser la clave de la diferencia en la eficiencia en el vuelo estacionario para estas dos configuraciones. Un multirotor especialmente diseñado para flotar, como una plataforma de fotografía, puede beneficiarse de los accesorios montados debajo del motor. Y los hechos relacionados con el arrastre se vuelven menos importantes para tal multirotor. El vuelo lento no disminuiría la eficiencia neta del sistema. El vuelo rápido reduciría la eficiencia neta de la misión.
La breve explicación es que al flotar, la hélice actúa como un ventilador: toda la sustentación proviene del motor que la hace girar. Cuando se mueve, la hélice actúa como un ventilador / ala híbrida: para la parte delantera de la rotación de la pala, produce una sustentación adicional, mientras que durante la parte de retroceso, produce menos resistencia, para un aumento neto de la eficiencia. La hélice de un tractor se mueve a través de aire menos turbulento, mejorando la parte del "ala" del comportamiento, mientras que un empujador tiene menos obstrucciones al flujo de escape, mejorando la parte del "ventilador" del comportamiento.
Para aquellos interesados ​​en leer el artículo de investigación mencionado por @Krish, pude acceder a él a través de Researchgate.net como invitado sin costo alguno. https://www.researchgate.net/publication/333578958_Experimental_Investigation_of_Tractor_and_Pusher_Hexacopter_Performance ~~ Encontré todo el documento bastante informativo.
cliff curtis
2020-05-16 08:37:34 UTC
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El DJI Matrice RTK tiene rotores en la parte inferior. Creo que esto es para evitar el impacto al volar hacia arriba para las inspecciones. (Por ejemplo, debajo del costado de un puente).

No estoy seguro de los efectos aerodinámicos, pero diré que la mayoría de mis cuasi accidentes (o choques) se deben a movimientos ascendentes / inclinados, y no hacia abajo.

user642
2020-05-16 03:38:37 UTC
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Son más estables ya que el dron está suspendido de un punto más alto. Si el dron se inclina, el lado que se baja hace que sus hélices se muevan hacia afuera, lo que les da más apalancamiento, mientras que el lado que se eleva tiene sus hélices que se mueven hacia adentro, lo que les da menos apalancamiento. Eso hace que el dron vuelva a enderezarse. Cuanto más bajas son las hélices, menos efectivo se vuelve este sistema autoestabilizador.

En cualquiera de las configuraciones, estos sistemas son inherentemente inestables y solo lo son como resultado de las acciones del bucle de control de limitación de velocidad, posiblemente impulsado por un segundo nivel de búsqueda.
Esta es una falacia. Un dron está "suspendido" de su centro de gravedad, independientemente de dónde estén los accesorios.
Esta respuesta parece ser una versión de "la [falacia del péndulo] (https://wiki2.org/en/Pendulum_rocket_fallacy)".
Sanat Sukumar Sahoo
2020-05-16 11:31:20 UTC
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Es porque prácticamente un objeto puede alcanzar el equilibrio fácilmente mientras cuelga de la cuerda en lugar de balancearse (haciéndolo reposar) en el suelo.

Algo similar también ocurre en el caso de los drones. mucha más perfección en el posicionamiento de los motores y el peso para equilibrar el COG si quieres mirar los rotores hacia abajo. Los rotores de un dron orientados hacia arriba le dan más estabilidad.

Los viejos aviones de combate tenían sus alas en la parte delantera para que el cuerpo detrás de la hélice sea jalado y equilibrado, si se intenta instalar las alas en la cola del avión, es posible que el avión no se equilibre por sí mismo.

PRÁCTICAMENTE un tirón es más controlado que un PUSH por eso ...

Esta respuesta parece ser una versión de "la [falacia del péndulo] (https://wiki2.org/en/Pendulum_rocket_fallacy)".


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 4.0 bajo la que se distribuye.
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