Physik – Start, Landung und Flug

Physikalische Eigenschaften, die den Start, den Flug und die Landung beeinflussen

 

Zum Steigen muss die Gravitationskraft durch Auftrieb überwunden werden. Dazu sind je nach Gewicht unterschiedlich viele und starke Motoren mit unterschiedlich großen Rotoren von Nöten. Mit anderen Motoren und anderem Akku verändert sich auch die maximale Flugzeit der Drohne. Auf die Berechnung dieser wird später noch eingegangen. Informationen zu unseren Akkumulatoren und Motoren finden sie auf dieser Website.
Um überhaupt gerade steigen zu können müssen sich alle Rotoren der Drohne gleich schnell drehen. Außerdem müssen die Rotoren gegeneinander drehen, damit sich das Drehmoment der Rotoren aufhebt. Laufen die Rotoren nicht gegeneinander dreht sich dir Drohne um die Hochachse (Yaw (= Senkrechte Achse)).

flugmanöver

(Bild von c`t Hacks 3/2013)

 

Diese Bewegungen werden mithilfe eines Accelerometers (=Beschleunigungssensor) und eines Gyrometers gemessen. Das Gyrometer bzw. der Gyrosensor misst Drehbewegungen, wodurch die Ausrichtung der Drohne ermittelt werden kann. Diese Sensoren können am Computer mithilfe der Software MPUTeapot ermittelt und dargestellt werden.

 

Die Steuerung der Drohne erfolgt durch Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotoren. Die gegenüberliegenden Rotoren müssen in die gleiche Richtung rotieren, d.h. A und C rotieren in eine andere Richtung als die Rotoren B und D. Möchte man nach oben fliegen müssen die Rotoren schneller rotiert werden, da dann der erzeugte Auftrieb größer wird als die Gewichtskraft, die auf die Drohne wirkt. Um die Drohne sinken zu lassen, muss man die Rotoren weniger rotieren lassen, damit die Gewichtskraft größer als der Auftrieb wird. Möchte man nach rechts drehen müssen die Rotoren B und D schneller rotieren als A und C (Abb. 1). Möchte man nach links drehen, müssen die Rotoren A und C schneller rotieren als B und D. Um nach rechts fliegen zu können, sollten sich die Rotoren A und D schneller rotieren als B und C, damit der Auftrieb höher ist als auf der rechten Seite.Möchte man nach links fliegen, ist es umgekehrt, die Rotoren B und D rotieren schneller als die Rotoren A und C.

Quadrocopter-X-H-Konfig

(Bild von Wikimedia)

Um nach vorne fliegen zu können, müssen D und C schneller rotieren als A und B, da dann die Auftriebskraft „hinten“ größer ist. Wenn die Auftriebskraft „vorne“ größer ist als „hinten“, rotieren die Rotoren A und B schneller als D und C, der Quadrocopter fliegt rückwärts.

 

Um die maximale Flugzeit unserer Drohne zu berechnen gibt es verschiedene Websites. Eine kostenlose Möglichkeit mit vielen Parametern ist zum Beispiel diese hier. Die entsprechenden Werte unserer Drohne findet man auf den entsprechenden Herstellerseiten bzw. bei unserer Stückliste.

 

Weitere Informationen zu Rotoren gibt es hier.

Informationen zu unseren Motoren gibt es hier.

 

Um das Ausbalancieren zu testen haben wir einen Teststand gebaut: