Flugzeug mit Quadrokopter Genen

Q-Man

Erfahrener Benutzer
#1
Ich möche meinem Spieltrieb ein wenig nachgeben und weiss natürlich, das das folgende Projekt weder effizient noch die Eierlegend Wollmichsau wird. Aber mich möchte ein Proof of Concept durchführen, mal was ganz abgedrehtes, unkonventionelles ausprobieren.

Die Flugzeit meines F550 ist eher bescheiden, bei 2,5 kg Abfluggewicht aber zu erwarten...gerade wenn ich ein wenig schneller unterwegs bin. Da ich bei 60km/h und schneller schon genügend Auftrieb für ein Flächenmodell erwarte, möchte ich einen Hybriden bauen.

Die Basis ist ein Quadrokopter in + Ausrichtung. Diesen baue ich in ein Flugmodell ein.
Ich habe mich hier mal inspirieren lassen:


Ich möchte aber keinen Drehflügler bauen, daher sollen die seitlichen Propeller im Flügel verschwinden. Daher sollte der Flügel auch größer sein, Ich dachte an einen Delta-Flügler.

Im ProjektSchritt 1.0 soll der Flächen-Kopter wie ein Quadro-Kopter fliegen. Sprich er übernimmt den Auftrieb, die Flugstabilisierung und den Vortrieb. Dar ganze Rest ist Nutzlast.
Das sieht sicher etwas irritierend aus, wird aber bestimmt nur wenig Probleme bereiten.

Mit PS1.1 beginnen dann die Probleme. Die Rahmenbedingungen:
Ich möchte ein kleines und leichtes Modell bauen, ca 40cm schweben mit da vor.
Die Propeller sollten nur 5" (12,7cm) groß sein. 4 Blättrig wäre schön, ich habe aber nur 3 Blättrige gefunden. Der Motor sollte ein besonders flacher Aussenläufer mit ca. 2000-2400kv sein.

Mit 4 solcher Propeller wird der Flugzeugrumpf in Deltaform aber zu lang:


Ich habe mich dann nach einem passenderen Form umgesehen und bin bei einem Mantarochen gelandet.
Dann habe ich dann noch ein wenig vom B2 und der Concorde einfließen lassen und folgendes ist dabei herausgekommen (Spannweite: 60cm, Länge: 57cm)

Das Grüne sind die Leitwerke.

Ich bin also bei 150% Größe angelangt. Um die 40cm zu erreichen dürfte der Propeller nur 3,3" (8,46cm) Durchmesser haben. Ich habe 03x2.0 oder 4.1x4.1 jeweils mit 2 Blades gefunden.

Im PS2.0 soll ein Propeller in Flugrichtung für Vortrieb sorgen, sonst nichts!

Grüße Jörg
 
#2
Sehr nett!
Dass es schon ähnliche BastelProjekte gab nur ohne Flügelform zum Auftrieb, also nur Copter+5.Motor für Vortrieb, weißt du?

Mir fällt spontan folgendes ein:
- Die Motoren&Props kannst du viel enger zusammen machen bis sich die Props fast berühren das ist null Problem. Dann kommst du auch etwa auf die gewünschte Größe.
- von Propeller bis Flügel solltest du etwas Luft lassen, nicht zu eng. Sonst gibt das einen schlechten Impeller mit ganz miesem Wirkungsgrad und Verwirbelungen, noch schlimmer als sonst eh schon bei denen...
- 5 Zoll passt, mit 5040 oder 45 und eventuell noch 4S kannst du ordentlich Schub erzeugen
- die üblichen Motoren in dieser Größe wie zum Beispiel 1806 sind zwar keine expliziten Pancakes aber sowieso recht klein und niedrig
 
#3
fast vergessen: Warum 3 oder 4 Blatt Props? die Hoffnung auf mehr Schub bei kleinen Props muss ich dir rauben, ich hab noch keinen dafür gefunden, sind eher sogar schlechter. gute 2 Blatt und dann entsprechende Steigung oder mehr Spannung ist wesentlich sinnvoller
 

sandrodadon

Fliegender Maschi
#4
Ich hätte auch noch eine Frage: Wie willst du das flightcontrol-technisch lösen?
Vom Band wirds da nichts geben ;)

Evtl könnte man die seitlichen Props z.B. 30° nach vorne drehen um schonmal einen drift / flächenauftrieb zu erzeugen und dann von der Quad-FC auf einen manuellen Plane Modus wechseln und die restlichen 60° drehen?

Vielleicht hast du da ja schon genauere Pläne?
 

Q-Man

Erfahrener Benutzer
#5
@ jodi2:
Ja mit dem Gedanken eines 5 Motors zum Antrib habe ich auch mal durchgespielt, aber ich möchte wirklich auch ein wenig vom Auftrieb nutzen.
Wenn ich die Props zu nahe bei einander habe, wird es meines erachtens instabiler, da die Wirkstrecken zu kurz sind, sprich schon eine kleine änderung der Drehzahl einen großen Kipp-Moment erzeugt. Bei größrem Abstand wird alles ein wenig träger und damit stabiler.

Das mit den Prop Größen, Blades und Pitch habe ich mal durchgerechnet.
Als Motor haben ich einen RCX 1806-2 mit 2300kv genommen. Er kann 3S Pipos vertragen und 12A. Bei 11,1V erzeugt er folgenden Auftrieb:
Propeller 5030
2 Blades 366g (100%)
3 Blades 402g (110%)
4 Blades 424g (116%)

Änderung der Propeller Größe:
Propeller 4030
2 Blades 329g (89%)
3 Blades 362g (99%)
4 Blades 381g (104%)

Änderung des Pitch ist direkt linear:
5010 (50%)
5030 (100%)
5060 (200%)

Aber das ist eben alles graue Theorie ;-)
Ich muss ja auf das zurückgreifen was erhältlich und bezahlbar ist.
- Kleine 4 Blättrige gibt es nicht.
- Kaum kleine 3 Blätttrige
- nur wenig Pitch bei den kleinen
 

Q-Man

Erfahrener Benutzer
#6
@sandrodadon
Auch bei der FC möchte ich Hybrid bleiben.
Ich möchte die Motor-Achsen nicht drehen.

Der Quadro bleibt immer aktiv. Im geradeaus Flug sollte der Auftrieb dafür sorgen, das Motoren nur noch im Leerlauf laufen.
Beim NAZA-M stelle ich den Gashebel auf Mittelstellung zum Schweben, der FC gibt dann immer soviel Drehzahl wie zum Schweben nötig ist. Und wenn der Flügel Auftrieb gibt, wird der FC die Drehzahl immer weiter runterregeln können.

Ich werde 2 Empfänger mit den selben Kanälen verbauen. (Auch wenn Y-Kabel vielleicht das selbe könnten)
Der erste wird mit dem FC des Quadrokopter verbunden.

Der 2. wird mit Seitenruder (an YAW), Antriebs-Motor an ein freies Poti,
Höheruder (an Nick) wird der FV nur zulassen, wenn man vorher von Atti auf Manuell umgestellt hat.
Querruder (Roll) wird nicht verwendet, da der FV regelnd eingreift wenn man beim Kurvenflug an Höhe verliert.
 

donvido

Erfahrener Benutzer
#7
Ich frage mich, ob das mit dem Auftrieb so klappt, wie du es dir vorstellst. Durch die Rotoren im Tragflügel wird die Auftriebsberechnung auf jeden Fall ziemlich komplex. Ich würde eine deutlich einfache Konstruktion (siehe Anhang) vorschlagen. Dürfte insgesamt weniger Aufwand sein und sämtliche Mechanik kann im Korpus untergebracht werden.
Bei cleverer Montage/Mechanik kommt lediglich ein Servo hinzu. Steuerbarkeit dürfte ziemlich einfach sein und von den meisten/allen aktuellen FCs bewerkstelligt werden. Den Servo könntest du dann über ein Poti ansteuern. Kann dann aber sein, dass das System instabil wird, wenn die Motoren zu weit gekippt werden.

jm2c

edit:
Der Quadro bleibt immer aktiv. Im geradeaus Flug sollte der Auftrieb dafür sorgen, das Motoren nur noch im Leerlauf laufen.
Bedenke, dass der Quadro für den Geradeausflug immer gepitcht sein muss, Tragflächen mit negativem Anstellwinkel aber keinen Auftrieb erzeugen.
 

Anhänge

Q-Man

Erfahrener Benutzer
#9
@donvido
Danke für diese Idee.


Bei meinem Aufbau wird der Auftrieb sicher nicht reichen um alleine durch die Geschwindigkeit in der Luft zu bleiben, dazu müsste die Tragfläche größer werden.

Bedenke, dass der Quadro für den Geradeausflug immer gepitcht sein muss, Tragflächen mit negativem Anstellwinkel aber keinen Auftrieb erzeugen.
Der Geradeausflug soll auch nicht durch der Quadro erfolgen, sondern durch den zusätzlichen Motor. Daher gibt er auch keinen negativen Pitch.
Natürlich muss der FC so montiert sein, das bei Geradeausflug der FC gerade steht.
 
Zuletzt bearbeitet:

olex

Der Testpilot
#11
Och, ich hab nicht gesagt dass es einfach wird - die Programmierung der Mixer und Transitionen in OAVTOL ist eine Sache ganz in sich. Und es kann halt kein GPS oder sonst irgendwelche Anhängsel, nur Manual/Rate/Autolevel. Ich habe aber bereits meine eigenen verrückten Ideen wie ich die Limitierung umgehe :)

Zum Thema - sehr interessantes Projekt hier. Ich finde cool dass immer mehr in Richtung VTOL in dem Hobby passiert. Bin gespannt wann ich zu meinem eigenen Projekt endlich komme, was schon seit Ewigkeiten in der Pipeline ist.
 
#12
>Das mit den Prop Größen, Blades und Pitch habe ich mal durchgerechnet.
>(...) Propeller 4030

Welcher 4030? Ich kenne in 4" nur erträgliche 4045, gerade in der Größe bzw. unter 5" gibt es leider oft viel Unbruachbares. Der Schub lässt aber bei 4 zu 5" schon gewaltig nach, von der würde ich bei 5" bleiben.
Die Herstellerangaben und auch ecalc kannst Du bei den Schubberechnungen vergessen, wirklich was aussagen würden nur eigene Messungen mit konkreten Props. Sind aber meiner Meinung nach gar nicht nötig, die groben Eckwerte die man mit mit 1806 und 5" vorhersagen kann reichen völlig, das Projekt ist ja nicht davon abhängig, aber der einzelne Motor jetzt 20g mehr oder wengier Schub macht oder dabei 0,3A mehr oder weniger braucht.

> 5060 (200%)

Du kannst die Steigung bei Copterprops nicht beliebig erhöhen (bei Fläche bzw. bei Motoren nur für Vortrieb kenn ich mich nicht aus), das gibt Strömungsabrisse und verbrät nur noch Energie bei weniger Schub. Bei 5" sind 5030 (mittelviel Schub, gemütliche Beschleunigung, effizient), 5040 (viel Schub, gute Beschleunigung, noch effizient) und 5045 (viel Schub, sehr gute Beschleunigung, wenig effizient) üblich, größere Steigungen sind dann wieder schlechter. Und die Steigungsangaben sind leider nicht genormt und nicht so einfach zu messen wie die Länge, da macht jeder ein wenig was er will, meine Angaben hier beziehen sich auf HQ, bei einer anderen Marke kann bei der gleichen (angegebenen) Steigung schon ein bisschen was anderes rauskommen.

>Aber das ist eben alles graue Theorie ;-)
>Ich muss ja auf das zurückgreifen was erhältlich und bezahlbar ist.
>- Kleine 4 Blättrige gibt es nicht.
>- Kaum kleine 3 Blätttrige
>- nur wenig Pitch bei den kleinen

Genau und meine Praxiserfahrung ist, vernünftige Props mit mehr als 2 Blatt gibt es in dieser Größe nicht bzw. keinen, der irgendwelche Vorteile gegenüber 2 Blatt bietet, die meisten sogar nur Nachteile. Wenn es jemand für die Optik will, ok, aber ansonsten kann man es ja mal anders formulieren: Gute 2 Blatt Props mit passender Steigung sind inzwischen bezüglich Schub&Speed bei entsprechender Drehzahl schon supergut bis perfekt, da gibt es mehr Blättern nix mehr zu verbessern!

Aber sorry, ich reite hier auf Dingen rum, die mit den eigentlich Herausforderungen des Projekts wenig zu tun haben...
 

Q-Man

Erfahrener Benutzer
#13
@jodi2
Ich habe nicht nachgeschaut ob es die Propeller überhaupt gibt, es sollte ja nur zur Veranschaulichung sein.

Bei so einem ausgefallenen Projekt bin ich für heden hinweis dankbar. Speziell wenn ich keine Erfahrungen habe, wie z.B. bei den kleinen Propellern.

Als Motor wird es auf jeden Fall der RCX 1806-2 mit 2300kv werden. Max:12A / 85W

Mit Propeller nur 19mm

Der 5030 Propeller mit 2 Blättern erzeugt:
Bei 12,6V und 8,9A (112W) 449g Schub
Bei 11,1V und 7,4A (82W) 368g Schub
[video=youtube;n_JZV53RNnQ]https://www.youtube.com/watch?v=n_JZV53RNnQ[/video]


Dazu im Vegleich der 5040 Propeller mit 2 Blättern:
Bei 12,6V und 10,6A (133W) 470g Schub
Bei 11,1V und 9,0A (100W) 400g Schub
[video=youtube;LqHjGI7pICE]https://www.youtube.com/watch?v=LqHjGI7pICE[/video]
 
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Q-Man

Erfahrener Benutzer
#14
Ich habe noch den Tip mit den Abständen in den Flugkörper einfließen lassen.


Die äußere Rote Umrandung ist ca. 2-2,5 cm dick.
Die Motoren sich auch mit einer 2cm starken Sicherheitsbereich. Die Überlappungen werden Farbig gezeigt.

Schönheitsfehler bei diesem Modell ist der fehlende Platz für Empfänger, FC und Akku.
Also werde ich den Form-Follow-Function Ansatz verwenden müssen.

Die hybride Bauweise wird sich auch intern weiter forsetzen.
Der Quadrokopter wird auf einem Kreuz aus Aluprofilen entstehen und selbständig fliegen können. Alles wird auf diesen Rahmen montiert. Die Flügelkonstrukton soll im Anschluß von oben aufschiebbar sein.
 
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#15
Ich würde den Props in Relation einen Anstellwinkel in Bezug zum Modell geben, so dass bei Geradeausflug und leichter Neigung nach vorne die Fläche horizontal steht und schon früh Auftrieb erzeugt.
 

Q-Man

Erfahrener Benutzer
#16
Ich hatte mir überlegt ob ich die Neigung in Flugrichtung vielleicht mit einen 1-Achsigen Gimbal realisieren soll.
Dabei würde ich das Koptergestell und den Flügel mittels des Gimbal verbinden.
Aber das ist schwerer und mit ungewissem Ausgang.

Die Idee ist gut. Ich wüede die Props/Motoren aber nicht verstellen, sondern dem Koptergestell gegen den Flügel neigen.
 

Sonne

Erfahrener Benutzer
#18
Cooles Projekt! Abo...
 
#19
Ich glaube, das Gimbal wäre wirklich zu schwer. Ich würde eine feste Neigung mit einplanen und sie auch im Landegestell berücksichtigen.
 

Q-Man

Erfahrener Benutzer
#20
Ich möchte mal zusammentragen was ich bisher an Komponenten nehmen möchte:

1x 070g: FC wird ein Naza-M lite Combo werden.
1x 010g: Receiver 6 Chanel, Orange
5x 030g: Motor wird der RCX 1806-2 mit 2300kv werden.
5x 005g: 5040 Propeller, zweiblatt, je 400g Schub (11,1V)
5x 020g: ESC 12A (400Hz)
1x 230g: LIPO 3S 3000mAh, Turnigy-Nano 25C (150x43x17mm)
1x 150g: Rahmen 250mm Carbon (Geschätzt)
1x 120g: Flügel EPP (grobe Schätzung)
=========================================
850g Im ersten Überschlag, das sollte eigentlich gehen.
Der Antrieb schaft 4x 400g Schub = 1600g max. Bei ca. 50% Leistung soll er Schweben = 800g

Habe ich irgend etwas vergessen, oder falsch berechnet?
 
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RCLogger

FPV1

Banggood

Banggood

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