Kleines Kraftpaket (Quadro)

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DrMayham

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#1
Hy Leute,

nachdem ich ein paar Frames getestet habe (Eigenbau, Hexa, Quadro) kehre ich doch wieder zum teilweisen Eigenbau zurück.

Ich verwende eine Multiwii Steuerung und einen Brushlessgimbal für die Stabilisierung einer Gopro. Noch unterwegs ist die Hardware für ein FPV-System mit OSD und zusätzlicher Kamera sowie Selbstbau Videobrille.

Derart viel Ausrüstung mag natürlich auch in die Luft gehoben werden, daher greife ich auf 4 Motoren zurück die bis zu 750W pro Stück liefern, damit hab ich mit unterschiedlichen Luftschrauben einen großen Bereich abgedeckt in dem ich viel Gewicht mit ausreichender Agilität abdecke und auch "ruhiger" fliegen kann mit akzeptabler Akkulaufzeit.
Sprechend von Akkulaufzeit kommt ein 5000mAh 5s Akku zum Einsatz.

Die Hardware wiegt alles in allem etwa 3kg. Und da kommt der Tricky-Part. Das ganze soll recht klein und kompakt werden, damit ich es leicht überall hin mitnehmen kann und nicht immer sperrig wo herumsteht.
Des weiteren möchte ich gern auf bereits existierendes Material (speziell Carbon Rohre) zurückgreifen und den Copter so steif wie möglich auslegen.

Mein erster Konstruktionsentwurf sieht wie folgt aus:





Ganz zufrieden bin ich damit noch nicht, da er sehr stämmig aussieht. Das kommt aber vorwiegend daher das ich den großen Akku zwischen den beiden Mittelrohren unterbringen möchte.
Die große Hardwareplatte oben trägt den Controller, Radiosystem, Gimbalsteuerung und OSD und wird über Gummielemente entkoppelt.

Des weiteren bin ich noch am Grübeln wie ich ein Landegestell realisieren kann. Im Moment habe ich nur die Idee Joghurtbecher unten an den Motorgondeln anzubringen. Das wäre zwar super funktional aber optisch ein Kopfschuss :D. Hat von euch vllt. jemand eine Idee?

Nächster Schritt wird auf jedenfall ein Prototyp aus Holz (kann ich einfach mit dem Laser schneiden) und anschließend die Fertigung der Platten aus GFK mit einer CNC-Fräse. Ich halte euch auf den Laufenden.

Kritik und Anregungen sind natürlich herzlich willkommen :)

Mfg Dr
 

zerosight

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#2
Ich finde die beiden Längsröhren als Rumpf zu verwenden, ziemlich gut! Aber bist Du sicher, einen so schweren Vogel aus GFK zu fertigen? Zumindest die Elemente für die Arme würde ich aus entsprechend konfiguriertem CFK machen. Ich vermute, dass der Prototyp aus Sperrholz steifer wird als die GFK-Version. Dann sehen zumindest die hinteren Ausleger so aus, als ob sie nicht im 45 Grad Winkel am Rumpf anstoßen. Sofern Du keine Platten mit der entsprechenden Ausrichtung des Geleges verwendest, dürfte hier eher das weiche Harz zur Stabilisierung beitragen. Auf jeden Fall würde ich die inneren Biegungen an den hinteren Auslegern entfernen und bis zu den Mittelrohren durchgehen lassen (und die entsprechende Schelle weiter nach innen verschieben. Der hintere Knick dürfte etwas herausgezogen auch mehr Stabiltät erzeugen. Die beiden Schraubenlöcher genau an dieser Stelle dürften das Matarial sehr schwächen. Eventuell hast Du ja die Möglichkeit wie in Inventor die Kräfte und Spannungen zu simulieren.
 

DrMayham

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#3
Danke für deinen Hinweiß.
Bezüglich des Materials denke ich an GFK weil Holz erheblich dicker werden würde (ca. 4mm) statt GFK (2mm). Ich möchte die Faserrichtung quer laufen lassen, um eine angemessene Steifigkeit zu erreichen. Hast du bereits erfahrung mit Vergleich Holz/GFK?
CFK kommt aufgrund des Preises nicht in Frage bei der Konstruktion.
Du hast recht die Krafteinleitung ist so nicht ideal. Ich habe die Geometrie der Platten noch leicht geändert.



Für eine finite Element Analyse hab ich zwar die Geometrie, allerdings macht das Material die Sache nicht gerade einfach. Ich habe mich schon eingehend mit dem Thema Simulation von faserverstärkten Kunststoffen beschäftigt, und gerade 3D Geometrien mit Fasergeflecht ist extrem aufwendig numerisch zu simulieren. Des Weiteren kommt hinzu dass man Materialdaten von diesen Werkstoffen selten bis gar nicht bekommt.

Ich habe allerdings eine schnelle Simulation, vereinfacht mit isotropen linear elastischen Material durchgeführt um einen Eindruck der Kritischen Stellen zu bekommen.



Das Resultat sieht wie folgt aus und gefällt mir eigentlich recht gut, da die Platten relativ homogen belastet sind.
Des Weiteren habe ich noch eine Eigenfrequenzanalyse durchgeführt um sicherzustellen, dass keine Eigenfrequenz des globalen Systems im Bereich der Motordrehzahl liegt. Auch das sieht gut aus.
 

zerosight

Erfahrener Benutzer
#4
Das gefällt meinem Bauchgefühl besser, mehr habe ich da leider nicht. So eine computergestütze Analyse ist da sicherlich deutlich besser. Wo ich noch ggf. etwas Potential sehe, ist zwischen den hinteren Schrauben der Befestigung der hinteren Arme. Da ist so längs eine Aussparung in der Art eines Ü-Eis, welche die Strecke einer gedachten gedachten Stoßbelastung unterbricht. Andererseits ist fraglich, wieviel dieser Kraft nicht schon von den festgezogenen Schellen aufgenommen wird. Behalte das doch mal im Hinterkopf, falls sich Dein finaler Copter da als labil erweist. Ich denke eher nicht.

Das mit den technischen Angaben zu den Materialien ist wirklich ätzend. Scheinbar gibt es zu viele Leute die ausser den Abmessungen und der Optik keine großen Ansprüche an CFK/ GFK haben. Da wird leider viel verschenkt.

Mein Vorschlag mit dem Sperrholz war eher plakativ als fundiert. Zwar bin ich von Sperrholz recht begeistert, aber der direkte Vergleich hinkt, weil man das Holz entsprechend der Rohdichtenunterschiede zu GFK entsprechend dicker (Faktor 2,5) dimensionieren müsste. Aber zum testen ob alles passt, ist es prima - und günstig.

Soll das Landegestell starr oder einziehbar sein?
 

DrMayham

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#6
Das Landegestell sollte starr sein. Zum einen weil ich mit 6 Kanälen von der Funke begrenzt bin und zum anderen weil die finanziellen Mittel für eine aufwendige Mechanik zur Fertigung nicht reichen.

Ich habe darüber nachgedacht die Ausleger steckbar zu machen, aber auch hier bin ich davon abgekommen weil ich die Carbon Rohre bereits habe und möglichst wenig Material zusätzlich kaufen möchte.
 

DrMayham

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#8
Der Coper in dem Link sieht interessant aus, vor allem weil er schnell abnehmbare Arme hat und das verwendete System auch stabil aussieht.

Ich schlachte einen Hexacopter von mir und verwende die Schallen und dazupassende Rohre von dem. Sie sind also vorhanden und auch der Grund warum ich sie einsetze. Die leichteste Methode ist das sicher nicht, was aber bei dem beachtlichen Gewicht an Komponenten das ich herumtrage schon fast zweitrangig ist. Ich spiele ja schon länger mit dem Gedanken einen gewichtsoptimierten Copter zu konstruieren, der in einem oder vier Teile in einem 3D-Drucker gefertigt wird. Konstruieren würde ich das ganze mittels Topologieoptimierung am Computer, was vermutlich zu einer Art 3D Gewebestruktur führen würde. Allerdings hatte ich dazu bis jetzt weder Zeit noch die Möglichkeit die erforderlichen Lastdaten zu messen.
 
#9
das "leicht" in meinem Post bezog sich in dem Fall vielmehr auf die von mir verlinkten Schellen mit Rändelschraube ;-)
Gewichtsoptimierung ist immer so eine Sache, aber genug Leistung scheint's du wohl mitzubringen
 
#10
Moin,

so in etwa ?
Gewicht inkl. Schrauben 462 gr
mit allem (Pixhawk, Reglern,HP4108 - 15x5,5, Tarot Gimbal mit Gopro 3, Video TX+OSD ..... + Lipo 5S5000) 2,2 KG

Gruß
Thomas
 

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#11
Ist natürlich ein guter und nachvollziehbarer Grund! Grundsätzlich finde ich die Mechanik (Schellen) von dem hier recht interessant, da sehr einfach (vermutlich aber nicht gerade die leichteste Lösung?!): http://www.pimp-your-kopter.de/rtf-flugfertig/mini-copter/copter2go.php
Vor allem muss man die Goldies jedes mal einzeln anstecken....das geht besser ;) . Ich hab da grade selber sowas zusammengezimmert, mit innenliegenden Kontakten und verpolschutz.
 

ThinMan

Erfahrener Benutzer
#13
Da die Teile vom Laser-Sinter-Druck eine geringere Dichte als Carbon haben, sind Carbonklemmungen nur minimal leichter, im Zehntel Gramm Bereich. Das Argument mit dem Preis stimmt allerdings.

Ich habe mir solche Steckkontakte für meinen Quadro-XL konstruiert:

http://www.shapeways.com/model/1206493/tkmo-2220-set.html?li=shop-results&materialId=90

Um mir das mühsame Ausrichten der Motorarme zu sparen, haben die Schellen und Steckkontakte gleich Nasen als Ausrichthilfe und mehrfache Verdrehsicherungen, damit man die auch nicht falsch einstecken kann.

Jetzt versuche ich so etwas für Koax-Okto und 25 mm Carbonrohre. Ob man die gleiche Genauigkeit und Detailtiefe mit dem FDM-Verfahren erreichen kann, weiß ich leider nicht. FDM-Druckteile kosten allerdings nur ein Achtel bis ein Zehntel der Laser-Sinter-Teile.

ThinMan
 

DrMayham

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#14
Hallo zusammen.

Lange ists her dass ich den Copter konstruiert habe, jetzt endlich hat er in die Fertigung geschafft.
Ich bin mit dem Ergebnis bisher überaus zufrieden, von der Steifigkeit bisher der stärkste Rahmen den ich in Händen gehalten habe.
Gewicht 450g nur der Rahmen ohne Motoren und Elektronik.

 

DrMayham

Neuer Benutzer
#16
Das Gewicht ergibt sich aus der massiven Ausführung. Das Ding hat doch 4x600W, trägt einen 5Ah 5s Akku und einen relativ schweren Gimbal mit Kamera vorne.
 

DrMayham

Neuer Benutzer
#18
Massiv im Sinne von stabil und stark - nicht groß ;)
Die Platten sind 2mm Carbon und die Rohre haben einen Durchmesser von 20mm und 1mm Wandstärke. Die sind eigentlich von einem 750er Hexacopter.
Man sieht auch dass die untere Platte vorne massiv ausgeführt ist um den Gimbal zu tragen.
 
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