Schwerpunkte bei diversen Multicoptern

[Mosquito]

... Es ist grundsätzlich am Besten, wenn die FC in den DREHACHSEN der Motoren sitzt. ...

Ja!

... Der Schwerpunkt sollte möglichst von allen Motoren gleich weit entfernt sein. ...

Ja!

... Dazu kann ich mir auch bei assymetrischen Coptern vorstellen, einfach die Motorwellen der gegenüberliegenden Motoren mit einer Schnur oder einem Gummi zu verbinden. Selbst wenn man damit keinen exakten Mittelpunkt ermitteln kann, erhält man damit eine kleine Fläche in deren Mittelpunkt sinvollerweise der Schwerpunkt liegen sollte. Und diesen Mittelpunkt kann man per Augenmaß ermitteln. ...

Richtig,das ist der Mittelpunkt und der Schwerpunkt muß per Gewichtsverschiebung (z.B. mit verschieben des Akkus) dorthin verschoben werden.

... Bleibt noch das Problem beim Tri. Da gibt es keine gegenüberliegende Motoren. Klar dass der Schwerpunkt auf der Längsachse liegen muss. Aber wo da?

Einfach auswiegen! Da ein Trikopter i.d.R. eine Y-Geometrie hat, ist er/sollte er auf der Rollachse ausgewogen (sein). Damit wäre dies schonmal erledigt. Für die notwendige zweiten "Schwerpunktachse" den Tri quer mit der Längsachse auf eine mehr oder minder scharfe Kante stellen und so lange verschieben, bis er nicht mehr nickt. Damit wäre dann schon mal der aktuelle Schwerpunkt ermittelt. Bei einem symetrischen Tri wäre damit alles erledigt. Bei einem asymetrischen Tri muß jetzt noch der Mittelpunkt gefunden werden, damit man den Schwerpunkt per Gewichtsverschiebung dorthin verlagern kann.

 

[Heliflieger]

Hi, Helmut!

So sehe ich das auch, bzw habe an sowas gedacht, war mir aber nciht sicher und habe deswegen den Thread angefangen. Geometrischer Schwerpunkt um gleiche Hebel zu den Motorachsen zu finden!

Aber z.B. mein Tri hat weder gleiche Schenkel, noch Motorabstände. Da sieht es mit der Ermittlung des geometrischen Schwerpunktes nicht mehr so einfach aus. Mein Copter ist allenfalls ein langgezogenes gleichschenkliches Dreieck, wenn man ihn vom Heckmotor her betrachtet.

http://fpv-community.de/album.php?albumid=132&attachmentid=37026

 

[Mosquito]

@helste:
Nochmal: Du mußt trennen zwischen der LAGESTEUERUNG und der MOTORANSTEUERUNG! Die LAGESTEUERUNG hat nichts mit Schwerpunkt und (geometrischen) Mittelpunkt zu tun; einen "geometrischen Schwerpunkt" gibt es in der Mechanik übrigends nicht. Hier sind nur die DREHACHSEN wichtig.

Nur bei der MOTORANSTEUERUNG sollten Schwerpunkt und Mittelpunkt möglichst an der gleichen Stelle sein (Stichwort: Hebelwirkung), damit man die Motorenleistung nicht prozentual aufteilen muß. Was aber auch in gewissen Grenzen geht, wenn es anders nicht erreichbar ist.

 

[Heliflieger]

Bei einem asymetrischen Tri muß jetzt noch der Mittelpunkt gefunden werden, damit man den Schwerpunkt per Gewichtsverschiebung dorthin verlagern kann.

Und wie macht man das?

 

[Mosquito]

So, wie es helse schon beschrieben hat:

... der geometrische (nicht gewichtsmäßige) Schwerpunkt {Anmerk. MOSQUITO: Mittelpunkt} einfach bestimmen. Man muss nur die Eckpunkte miteinander verbinden, dann diese Verbindungslinien halbieren und von dort eine Linie zum gegenüberliegenden Eckpunkt ziehen. Macht man das von allen 3 Seiten, dann liegt im Schnittpunkt dieser 3 Linien der Schwerpunkt {Anmerk. MOSQUITO: Mittelpunkt} ...

 

[DerCamperHB]

Du hast dann aber genau das Problem, das die beiden vorderen Motoren weniger Schub erzeugen müssen, als der Hintere Motor
Wäre es nicht Sinnvoller, beim Tri den Mittelpunkt durch eine Flächenberechnung des Dreiecks zu berechnen? Also das das vorhandene Dreieck in 3 gleiche Flächen aufgeteilt wird

 

[Heliflieger]

So, wie es helse schon beschrieben hat:

Ups..
Hab ich scheinbar überlesen.

Aber eine Frage hätte ich dennoch:
Bei einem Flächenmodell ist ja meist der Schwerpunkt irgendwie angegeben. Wenn man es einfliegt, ändert man diesen leicht, um ein optimales Setup zu bekommen.
Gibt es so etwas (das Verschieben des Schwerpunktes nach vorn oder hinten) auch beim Copter, bzw. merkt man solche Änderungen überhaupt?

 

[Mosquito]

Du hast dann aber genau das Problem, das die beiden vorderen Motoren weniger Schub erzeugen müssen, als der Hintere Motor ...

Das war schon immer das Problem bei asymetrischen Tri's und wird es auch bleiben.

... Wäre es nicht Sinnvoller, beim Tri den Mittelpunkt durch eine Flächenberechnung des Dreiecks zu berechnen? Also das das vorhandene Dreieck in 3 gleiche Flächen aufgeteilt wird

Das haben wir doch im obigen Beispiel gemacht (nur eben durch den Rücken in die Brust).

... Bei einem Flächenmodell ist ja meist der Schwerpunkt irgendwie angegeben. Wenn man es einfliegt, ändert man diesen leicht, um ein optimales Setup zu bekommen.
Gibt es so etwas (das Verschieben des Schwerpunktes nach vorn oder hinten) auch beim Copter, bzw. merkt man solche Änderungen überhaupt?

Kopter und Flächenmodelle sind nur sehr schwer zu vergleichen. Kopter "arbeiten" ausschließlich mit Schub (wie Raketen). Flächenmodelle verwenden Antrieb/Vortrieb (Motor) und Auftrieb (Fläche). Ein Kopter kann nicht gleiten, die Fluglage wird von Lagesensoren und Beschleunigungsmessern erkannt und dann werden vom Rechner die entsprechenden Motoren so angesteuert, dass es hinkommt. So ist ein verschobener Schwerpunkt nicht so einfach zu erkennen.

Bei einem Flächenmodell sieht man beim Gleiten sofort, ob der Flieger kopf- oder schwanzlastig ist, weil/wenn keine automatische Lageregelung eingreift.

 

[r0sewhite]

Leute, der asymmetrische Tricopter ist nichts weiter als ein gleichschenkliges Dreieck und auch wenn's lange her ist: Den Schwerpunkt zu definieren haben wir vermutlich alle mal vor 20-30 Jahren in der Schule gelernt:

http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichschenkliges_Dreieck

In diesem Fall sind es die roten Linien, also Seitenhalbierende mit den gegenüberliegenden Eckpunkten verbinden. Und nein, Mosquito, es nennt sich tatsächlich Schwerpunkt, denn der Mittelpunkt wäre es nur bei einem gleichseitigen Dreieck, nicht aber bei einem gleichschenkligen.

 

[helste]

In diesem Fall sind es die roten Linien, also Seitenhalbierende mit den gegenüberliegenden Eckpunkten verbinden.

Genau, habe ich doch so beschrieben.

Wenn man einen halbwegs vernünftigen Tri hat, dann muss der hintere Motor nicht so viel mehr Schub aufbringen, als die vorderen. Wenn es sich um ein gleichseitiges Dreieck hat, dann gibt es sogar gar keinen Unterschied, weil dann ja jeder Motor gleich weit weg ist, vom Schwerpunkt, der dann ja auch gleichzeitig der Mittelpunkt ist.
Ich baue meine Tri übrigens immer als annähernd gleichseitiges Dreieck. Da hat der hintere Motor dann genauso viel zu tun wie die vorderen, wenn man den geringen Verlust, durch die Schrägstellung zum Drehmomentausgleich mal außer Acht lässt.
Wenn man den Antrieb nicht ganz falsch berechnet, also am letzten Zacken fliegt, dann spielt das auch keine Rolle. Wenn der Kopter natürlich erst bei 90% Gas abhebt, dann bleibt nicht mehr viel Spielraum. Ein Kopter, der bei 50% Gas schwebt, hat in alle Richtungen genügend Reserven, um mit Asymetrien zu Recht zu kommen.

 

[Manfet]

Einspruch: Das gilt nur für symetrische Kopter mit gleichmäßig verteilter Masse. Bei asymetrischen Koptern, und um die geht es hier, definiert es nur den "Mittelpunkt" der von den Motoren eingeschlossenen Fläche.

Beweis: Wenn du innerhalb der eingeschlossenen Fläche z.B. den Akku verschiebst, verschiebt sich auch der Schwerpunkt, obwohl die Positionen der Motoren gleich bleiben.

Und der Schwerpunktsatz in der technischen Mechanik, hab's gerade mal versucht durchzulesen, macht meinem alten Kopf nur Schmerzen; das ist was für Mathematiker. Dann gehe ich lieber hin und schraub den Kopter auf ein Holzbretterl, schneide die Kontur gleichmäßig nach und balanciere ihn dann auf einer Bleistiftspitze aus. ... geht bestimmt am schnellsten!

Sorry aber der Beiweis ist ja mal echt reinster Quatsch. Natürlich verschiebt sich der Schwerpunkt wenn ich den Akku verschiebe. Aber damit bekomm ich nochlange nicht raus wo der Scherwpunkt idealer Weise ist. Das Verschieben des Akkus nutzen wir ja meistens aus um den idealen Schwerpunkt einzuhalten.
Meine Beschreibung mit den Schüren passt, bei einem wirklich asymetrischen Frame wird es dann diesen einen Punkt an dem sich alle Schnüre kreuzen nicht geben. Anmerkung bin mir gerade bezüglich Quads nicht sicher kanns aber auch nicht weiter austesten da ich keine Zeit habe. Bei einem Hexa sollte es aber definitv passen.

Einfach auswiegen! Da ein Trikopter i.d.R. eine Y-Geometrie hat, ist er/sollte er auf der Rollachse ausgewogen (sein). Damit wäre dies schonmal erledigt. Für die notwendige zweiten "Schwerpunktachse" den Tri quer mit der Längsachse auf eine mehr oder minder scharfe Kante stellen und so lange verschieben, bis er nicht mehr nickt. Damit wäre dann schon mal der aktuelle Schwerpunkt ermittelt. Bei einem symetrischen Tri wäre damit alles erledigt. Bei einem asymetrischen Tri muß jetzt noch der Mittelpunkt gefunden werden, damit man den Schwerpunkt per Gewichtsverschiebung dorthin verlagern kann.

Vollkommen falsch. Der Schwerpunkt bei einem reinem Tri Frame ist meistens standardmäßig zu weit hinten da hinten die Mechanik sitzt und extra Gewicht bildet. Dies kann durch FPV-Zeug und Akkus ausgeglichen werden.
Den idealen Schwerpunkt des Tris bei Vernachlässigen der Schrägstellung des Heckmotors hat helste hier irgendwo beschrieben. Wer die Schrägstellung ausgleichen will setzt den Schwerpunkt etwas davor an. Wer auf Effizienz fliegen will setzt den Schwerpunkt so das alle Motoren im häufigst geflogenen Zustand (meist Schweben) gleich viel drehen müssen, also leicht vor dem Schwerpunkt der mit Vernachlässigung des Stellwinkels berechnet wurde. Wer auf schnelle Manöver und beschleunigungen setzten will, der muss den Schwerpunkt etwas weiter nach vorne stellen da der Heckmotor bei voller Beschleunigung stärker angestellt ist um dann ein Unnötiges Eindrosseln der Frontmotoren zu verhindern weil der Heckmotor nicht mehr leisten kann wird der Schwerpunkt etwas nach vorne gestellt um die Frontmotoren mehr zu belasten.

@helste:
Nochmal: Du mußt trennen zwischen der LAGESTEUERUNG und der MOTORANSTEUERUNG! Die LAGESTEUERUNG hat nichts mit Schwerpunkt und (geometrischen) Mittelpunkt zu tun; einen "geometrischen Schwerpunkt" gibt es übrigends nicht. Hier sind nur die DREHACHSEN wichtig.

Nur bei der MOTORANSTEUERUNG sollten Schwerpunkt und Mittelpunkt möglichst an der gleichen Stelle sein (Stichwort: Hebelwirkung), damit man die Motorenleistung nicht prozentual aufteilen muß. Was aber auch in gewissen Grenzen geht, wenn es anders nicht erreichbar ist.

Deine Definitionen von Lagesteuerung und Motoransteuerung sind mir unklar aber den geometrischen Schwerpunkt gibt es durchaus.

 

[Heliflieger]

Hi!

Dann möchte ich mich hier bei allen mal recht herzlich für die sehr interessante Diskussion bedanken!
Ich denke mal, dass hier doch einiges, wenn nicht, alles geklärt wurde, was Schwerpunkt und Lage der FC angeht.

@Tilman/r0sewhite
Ja, vor langer, langer Zeit war da mal was, in Mathe, bei Geometrie etc. ...

 

[r0sewhite]

Ich denke mal, dass hier doch einiges, wenn nicht, alles geklärt wurde, was Schwerpunkt und Lage der FC angeht.

Alles, wenn man sich helstes Erklärung durchliest und eventuell noch meinem Link zu Wikipedia folgt. Helste darf sich ein zweite L in den Namen schreiben.

@Tilman/r0sewhite
Ja, vor langer, langer Zeit war da mal was, in Mathe, bei Geometrie etc. ...

Was mal wieder zeigt: Schule war wohl doch für irgendwas gut.

 

[warthox]

ich geb mal auch meinen senf dazu ohne jetzt den ganzen thread gelesen zu haben.
falls alles schon genannt wurde einfach ignorieren.
falls was flasch ist bitte verbessern. alles weis ich auch nicht

Wie wichtig ist die Einhaltung des Schwerpunktes eines Multicopters und wo liegt dieser?

nicht sooo wichtig aber umso genauer der schwerpunkt stimmt desto sauberer/neutraler fliegt der copter.
ich wette dass bei den wenigsten coptern (promill bereich) der schwerpunkt wirklich stimmt. aber fliegen tun sie ja trotzdem alle.

ich würde sagen dass der schwerpunkt in x und y achse so liegen sollte, dass jeder motor, in jeder lage des copters, die gleiche masse beschleunigen muss. bei einem quad mit gleichlangen armen in 90° ausrichtung also genau in der mitte.

in der z achse sollte der schwerpunkt genau auf der propellerebene liegen. was ja, wie bereits erwähnt, wohl bei den wenigsten der fall ist, da meist die ganze masse (motor, frame, akku) unterhalb der propellerebene ist.

Muss die Steuerplatine dann unbedingt in der Mitte des Schwerpunktes sein, oder kann diese auch kpl. wo anders sitzen?

wenn man nur einen gyro benutzt kann die fc zb auch komplett außerhalb des copters liegen. die winkelbeschleunigung ist m.w.n. überall die gleiche. beim einsatz eines acc sollte dieser genau in der mitte liegen da sonst zb beim rollen die werte der z achse beeinflusst werden obwohl sich der copter bzw die mitte garnicht hoch oder runter bewegt.

 

[Heliflieger]

Hi, warthox!

Mit dem Schwerpunkt in Z-Achse auf Rotorebene hast du sicher recht.
Dann wäre theoretisch und auch praktisch alles optimal.

Aber für die Flugeigenschaften könnte ich mir vorstellen, dass der Copter dann sehr agil und drehfreudig in Sachen Loops wird.
Das ist sicher bei einem, der hartes 3D fliegt gut. Aber für jeden anderen Piloten eher schlecht.
Das wird sich dann vom Unterschied her so anfühlen, wie wenn man bei den Flächenmodellen einen Tief-, Mittel-, oder Hochdecker fliegt. So gesehen fliegen wir vermutlich fast alle eine gutmütige Cessna in Copterform

Dagegen wird sich der Versatz des Schwerpunktes in x/y-Richtung, wie weiter oben schon erwähnt, weniger bemerkbar machen.

 

[r0sewhite]

Hi, warthox!

Mit dem Schwerpunkt in Z-Achse auf Rotorebene hast du sicher recht.
Dann wäre theoretisch und auch praktisch alles optimal.

Aber für die Flugeigenschaften könnte ich mir vorstellen, dass der Copter dann sehr agil und drehfreudig in Sachen Loops wird.

Es ist auch bei einem Kameraträger eigentlich der ideale Schwerpunkt, auch wenn er in den seltensten Fällen erreicht werden kann. Jede Verschiebung des Schwerpunkts nach unten bedeutet eine Verschlechterung des Flugbilds. Der Copter wird dadurch nicht ruhiger, sondern es entsteht ein Pendel, was zu einem unruhigeren Flugbild führt.

In gewissem Rahmen kann das durch einen höheren Integralwert der PID-Regelung ausgeglichen werden, doch letztendlich haben die Motoren dabei mehr zu schaffen, was zu einer verkürzten Flugzeit führt.

 

[DerCamperHB]

Was durch ein Akku, wenn der Zentral liegt, oberhalb der Blattebene ausgeglichen werden könnte.
Bei einem einfachen Quadratischen Rahmen erst die FC, das die Sensoren auf der Blattebene liegen, und dann der Lipo oben drauf, das dieser Oberhalb der Blattebene liegt, und die Motoren/AluKreuz ausgleicht
Wenn der Akku und evtl eine Kamera wie beim Spidex montiert wird, wird das schon schwerer, da hierbei mehrere Schwerpunkte mit eingehalten werden müssen, ein Höherlegen des "Sauberen" Teils wirkt sich wohl Positiv auf die Rollachse aus, auf die Nickachse aber sicher nicht so gut

 

[Alveran]

Servus

Da hätte ich auch noch eine Frage...
nämlich, wenn man an einem Quad od. Hexa ein Gimbal an den Vorderen Ausleger montiert, so das die Kamera die Propeller nicht in das Bilde bekommt (Kamera ist unter halb der Rotorebene),
und an den hinteren Ausleger den Akku montiert wegen Gewichtsausgleich.
wie sehr wirkt sich das auf die Steuerung aus ... da das Gewicht ja nicht mehr im Zentrum ist, und die linke und rechte Seite dann viel zu "leicht" sind.

falls sich wer fragt warum das ganze... ich will sehr schnelle Videos mit vielen Richtungswechsel aufnehmen

ist die idee umsetzbar oder ne totale Schnapsidee?

Anhang anzeigen 42682

 

[teramax]

Deine Idee ist auf jeden Fall umsetzbar. Was du nur bedenken solltest: je mehr Masse außen liegt desto mehr Arbeit müssen die Motoren verrichten.

Ein gutes Beispiel ist der Ecilop Rahmen (ecilop.eu)
In diesem spezifischen Fall müssen die Motoren lediglich ihre eigene Masse ausbalancieren da ja das meiste Gewicht (Kamera, Accu) mittig starr bleibt und nicht mitgehoben oder gekippt werden muß.

Zum Tricopter: bitte macht das nicht so kompliziert, Rahmen, Motoren und Kamera montiert nehmt das Teil mit 2 Fingern am mittleren Steg und verändert die Halteposition so lange bis er schön in Ballance ist. Dort gehört die FC oben und drunter der Accu, das ist der Punkt um den gedreht und gekippt wird im Flug.
Das der hintere Motor duch die Yaw Bewegung etwas an Leistung verliert kann vernachlässigt werden.

MäX

 

[Mosquito]

@Manfed:
Bitte erlaube mir erst morgen im Detail auf deinen Beitrag (#31) zu antworten, weil das hier am Brettel mir zu umständlich ist.

Wenn du vorher nochmal Zeit hast, dann lese ihn doch nochmal genau durch. Mit ein wenig Abstand und etwas Muße erkennst du dann wahrscheinlich selbst, wo dein(e) Gedankenfehler ist/sind.

Wir sind gar nicht so weit voneinander entfernt. Nur schmeißt du Äpfel und Birnen zusammen und erkennst es leider nicht.

Meinen "Fehler" mit dem "geometrischen Schwerpunkt" habe ich erkannt und in dem Post entsprechend korrigiert. Danke für diesen Hinweis, man lernt nie aus!