Schwerpunkte bei diversen Multicoptern

[Heliflieger]

Hallo!

Bis jetzt habe ich mir über den Schwerpunkt eines Copters eigentlich recht wenig Gedanken gemacht.
Gebaut und geflogen Zumindest fiel mir bei meinen Coptern keine Probleme auf, die ich auf eine falsche Schwerpunktlage zurückführen würde.

Nun hab ich mal etwas hier und sonst wo rumgestöbert, und ähnliche Fragen/Threads gefunden, aber eigentlich keine konkrete Aussage dazu.

Z.B. bei meinem Quadro ist mal während eines heißen Fluges der Akku raus gerutscht und hing nur noch seitlich unter dem Copter am Anschlusskabel. Um den Akku nicht zu verlieren habe ich ihn abgebremst und ihn zur Landung vor mich hin geflogen. Trotz der seitlichen Gewichtsverlagerung merkte ich keine Beeinträchtigung, dass der Copter z.B. seitlich wegdriften wollte. Allerdings beim Beschleunigen und Abbremsen kam es zu einem Nachschwingen wegen des pendelnden Akkus darunter.

Also hier die Fragen:
Wie wichtig ist die Einhaltung des Schwerpunktes eines Multicopters und wo liegt dieser?
Wie genau muss dieser eingehalten werden?
Muss die Steuerplatine dann unbedingt in der Mitte des Schwerpunktes sein, oder kann diese auch kpl. wo anders sitzen?

Bei symmetrischen Coptern kann ich mir vorstellen, dass der Schwerpunkt dort liegt, wo sich die Verbindungslinien der Motorachsen treffen. Aber wie sieht es bei assymetrischen Coptern aus?

 

[nimnull]

Je genauer du den Schwerpunkt einhältst desto weniger Leistung benötigt dein Copter um gerade zu schweben und zum Fliegen.
Was er nicht ausgleichen muss kann er sich aufsparen.
Wo sich der Schwerpunkt befindet kannst du dir auswiegen oder auspendeln.
Ja nach FC kann die steuerplatiene auch wo anders sitzen.

 

[Heliflieger]

Hi, nimull!
Danke, für deine Antwort.

Aber mit einem bin ich nicht einverstanden. Mit dem Auspendeln.
Schließlich kann man theoretisch den Copter irgendwo aufhängen und so lang rumbasteln bis er an dieser Aufhängung waagerecht hängt. Das hat aber sicher dann nichts mehr mit dem korrekten Schwerpunkt auf den jeweiligen Copter bezogen zu tun.

 

[nimnull]

Nein ich meinte das ja so,
das wie bei dem DJI Naza man angeben kann wie weit die FC vom Schwerpunkt entfernt ist.

Der ideale Schwerpunkt ist ja z.b. bei einem Quad immer genau in der Mitte.
Da das aber oft nicht möglich ist versucht man das durch ausgleichen mit dem z.b. Akku so gut wie möglich ins Zentrum zu verlagern.

PS : eigentlich musst du dir das so vorstellen, wenn du von einem Motor diagonal zum gegenüberliegenden Motor eine Schnur spannst und dies an den anderen Motoren auch machst, ist der ideale Schwerpunkt da wo sich die Schnüre kreuzen.

 

[Heliflieger]

Ja, das hatte ich ja oben bereits im Eingangsposting geschrieben, dass ich mir das bei symmetrischen Coptern so vorstelle und auch logisch ist.
Aber wie ist das bei assymetrischen Coptern? Auch beim Tri sind nicht (immer) alle Motoren gleich weit vom Zentrum entfernt.
Dann gibt es ja noch die wirklich assymetrischen Copter.

 

[Mosquito]

Man muß hier unterscheiden zwischen Schwerpunkt und Achsenmittelpunkt.

Für den optimalen Montagepunkt der FC ist erstmal nur der Schnittpunkt der 3 Achsen (Längs-, Quer- und Hochachse) wichtig. Je näher sie an diesem Schnittpunkt montiert ist, um so genauer sind die Ergebnisse, weil unnötige Korrekturberechnungen nur Unschärfen und Leistungsverluste in der Berechnungsgeschwindigkeit mit sich bringen.

Wenn der Schwerpunkt nicht mit dem Achsenmittelpunkt übereinstimmt, so hat das einmal zur Folge, dass man der FC mitteilen muß, wie sie die Leistung auf die einzelnen Motoren verteilen soll, weil ja unterschiedlich lange Hebel wirken. Und dann kommt noch dazu, dass man dadurch zwangsläufig den einen oder anderen Motor stärker als die anderen belastet. Das führt zu unterschiedlichen Verschleißanteilen.

Das du einen verschobenen Schwerpunkt bei einem Multirotorsystem so gut wie gar nicht erkennst, ist auch leicht erklärbar. Fliegst du im HH-Modus, dann korrigierst du beim Ausleiten einer Bewegung automatisch den Leistungsunterschied, da du ja einfach so lange dagegen steuerst, bis du die Neutrallage erreicht hast. Beim Flug im ACC-Modus übernimmt das eben der Rechner. Eine immer wieder beliebte Demo vom ACC-Modus ist, dass du den Kopter auf der Stelle schweben läßt und dann an einem Auslegerende von unten den Ausleger nach oben drückst. Du wirst sehen, dass der ganze Flieger dann komplett waagerecht nach oben geht.

 

[Heliflieger]

Hi, Mosquito!

Hört sich alles sehr plausibel und verständlich an.
Danke, für die Info.

Was noch fehlt, ist aber, wie man den richtigen Schwerpunkt bei einem assymetrischen Multicopter festlegen kann.

 

[r0sewhite]

Der Schwerpunkt sollte logischerweise im Achsmittelpunkt sitzen, da nur dann alle Motoren die gleiche Arbeit zu leisten haben.

 

[Mosquito]

?.. Was noch fehlt, ist aber, wie man den richtigen Schwerpunkt bei einem assymetrischen Multicopter festlegen kann.

Im schlimmsten Fall empirisch.

Ich habe mal einen sehr ungewöhnlichen Octorahmen gebaut. Der war zwar in der Längsachse spiegelsymetrisch, aber in der Querachse unberechenbar. Gut, die eine Schnittlinie war dadurch schon vorgegeben (Längsachse) Und um die zweite herauszufinden, habe ich auf 2 Holzklötzen senkrecht je eine Blechscheibe montiert und dann den Kopter auf dem Außenrahmen solange auf dieser "Waage" verschoben, bis er im Gleichgewicht war. Der Schnittpunkt der neu ermittelten "Gleichgewichtsquerachse" mit der Längsachse war dann der Schwerpunkt.

Im Prinzip braucht man 2 "Gleichgewichtsachsen", die optimalerweise 90 Grad zueinanderstehen; der Schnittpunkt ist dann der Schwerpunkt.

Das ist jetzt keine allgemeingültige Lösung, aber so in der Richtung muß man die Problemlösung angehen.

 

[Manfet]

Schaut euch notfalls einfach den Schwerpunktsatz an. Beim Kopter bilden die Motoren die einzelnen Massepunkte und definieren den Schwerpunkt der eingehalten werden sollte. Wenn ihr den Punkt mit der Schnurmethode (Schnüre zum jeweils Gegenüberliegenden Motor spannen, alle sollten sich an einem Punkt, dem Schwerpunkt kreuzen) nicht findet dann sollte der Schwerpunktsatz eine Alternative sein.

 

[Mosquito]

... (Schnüre zum jeweils Gegenüberliegenden Motor spannen, alle sollten sich an einem Punkt, dem Schwerpunkt kreuzen) ....

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!

 

[Komma]

...schön gesagt mei lieber Mossi!
Hiier gibts güünstige Fliegenklaatschen...heute alles billiger...wer will nochmaal...wer hat noch nicht!

 

[helste]

Ich weiß nicht, ob das mit dem Schwerpunkt so ist, wie ihr hier schreibt.
Sicher kann man den Schwerpunkt empirisch durch ausbalancieren ermitteln. Die Frage ist nur, ob das dann der richtige Punkt ist.
Beim Multikopter kommt es doch mehr auf Hebelwirkungen an. Zumindest wenn es um die Platzierung der FC geht. Die sollte da sein, wo die Hebel möglichst in alle Richtungen symetrisch sind. Zumindest finde ich, dass das mal der Ausgangspunkt sein sollte um die FC zu montieren.
Anschließend sollte man die Komponenten so verteilen, dass sich da auch der Schwerpunkt befindet.

Was nützt es, die FC im Schwerpunkt zu montieren, wenn die Hebelwirkungen total aus dem Gleichgewicht sind?
Extremfall wäre, wenn man z.B. an einem Arm gleich beim Motor Ballast montiert und dadurch der Schwerpunkt direkt neben dem Motor sein würde. Dann montiert man dort die FC, weil da ja der Schwerpunkt liegt. Der Kopter würde wohl ziemlich bescheiden fliegen.
Ich bin mir also ziemlich sicher, dass die Symetrie der Hebel wesentlich wichtiger ist, als der Schwerpunkt. Im Idealfall baut man so, dass beides nahe zusammen liegt.

 

[schneipe]

Nur das man bei der NAZA nicht die Position des FC angibt, sondern die Position des GPS zum Schwerpunkt!

Nein ich meinte das ja so,
das wie bei dem DJI Naza man angeben kann wie weit die FC vom Schwerpunkt entfernt ist.

Der ideale Schwerpunkt ist ja z.b. bei einem Quad immer genau in der Mitte.
Da das aber oft nicht möglich ist versucht man das durch ausgleichen mit dem z.b. Akku so gut wie möglich ins Zentrum zu verlagern.

PS : eigentlich musst du dir das so vorstellen, wenn du von einem Motor diagonal zum gegenüberliegenden Motor eine Schnur spannst und dies an den anderen Motoren auch machst, ist der ideale Schwerpunkt da wo sich die Schnüre kreuzen.

 

[Mosquito]

@helste:
Also nochmal von vorne (siehe auch Post #6). Ganz genau genommen ist der FC der Montagepunk schnurzpiepegal; man muß ihr nur die notwendigen Parameter mitteilen, damit sie die Korrekturberechnungen durchführen kann. Da aber zusätzliche Berechnungen Rechenzeit kosten, sollte man sie so nah wie irgend möglich am Schnittpunkt der 3 DREHACHSEN montieren, damit bei der Lageregelung die Gyrowerte nicht umgerechnet werden müssen. Das hat an dieser Stelle nichts mit dem SCHWERPUNKT zu tun. Hier geht's um Winkel und nicht um Masse!

Es geht auch hier nicht darum einen optimal ausgewogenen Kopter zu berechnen. Dafür wäre es natürlich am besten, wenn Schwerpunkt, Drehachsenschnittpunkt und Mittelpunkt an ein und der gleichen Stelle sind; Standard bei den meisten Quadros.

Die Frage hier war, wie man den Schwerpunkt bei einer ABSICHTLICH asynchronenen Koptergeometrie ermittelt!

Also bitte keine Verbesserungsvorschläge, Wenns und Abers. Das wurde hier nicht gefragt.

 

[ThinMan]

Wenn man keine wissenschaftlichen Berechnungen und irgendwelche aufwendigen Meßmethoden anwenden möchte, genügen 2 Finger und etwas Geduld um den Schwerpunkt zu finden. Bei jedem Kopter.

ThinMan

 

[DerCamperHB]

am einfachsten wäre es, mehrere GLEICHE Wagen zu haben, die unter allen Motoren zu verteilen, und somit das Gewicht zu ermitteln, die auf den jeweiligen Motoren "lastet"

Wo der Schwerpunkt geometrisch sitzt ist völlig egal, der Druck muss auf den Motoren gleichmässig verteilt sein, damit diese immer das gleiche Leisten müssen.
Gutes Beispiel ist hierbei der Tri, wenn die Vorderen Motoren näher zusammen sitzen,als der Frontmotor zum Heckmotor, sitzt der Schwerpunkt weiter vorne, da sich der Druck besser verteilt, würde der Mechanisch in der Mitte sitzen, müsste der Heckmotor mehr leisten, in Grenzsituationen wie dem Abfangen, könnte der Regler schon Vollgas geben, und keine Reserven mehr zum abfangen haben.

Gutes Beispiel für ein Theoretisch Asymetrischen Copter ist aktuell der TBS, Spidex, qav50, HT FLip FPV da hierbei das Gewicht nicht in der Mitte sitzt, und teilweise auch der Motorabstand nicht Identisch vom Mittelpunkt sitzt.
In der Rollachse sitzt das Gewicht auf einer Linie, in der Pitchachse wirkt sich der Copter wie eine Beladene Wage aus, wo das Gewicht entweder gleichmässig gut Verteilt werden muss, oder der Wagendruckpunkt an das Gewicht angepasst werden muss.

 

[nimnull]

Nur das man bei der NAZA nicht die Position des FC angibt, sondern die Position des GPS zum Schwerpunkt!

Sorry ich meinte den Wookong

 

[Heliflieger]

Also ich resultiere mal aus euren Aussagen:

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

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

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

 

[helste]

Jungs, die Methode mit der Schwerpunktsbestimmung mit Waage oder ausbalancieren ist Unsinn. Es geht bei der Koptersteuerung ja nicht um den gewichtsmäßigen Schwerpunkt, sondern um Hebelwirkung. Die Hebel sollten ausgehend von der Flugsteuerung möglichst symetrisch sein, oder die Flugsteuerung muss eben angepasst werden.
Ein Trikopter ist ein Dreieck. Idealerweise gleichseitig, oder zumindest gleichschenkelig. Auch da lässt sicher der geometrische (nicht gewichtsmäßige) Schwerpunkt 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.
Der Schwerpunkt sollte also idealerweise geometrisch ermittelt werden und nicht durch ausbalancieren. Hat man den geometrischen Schwerpunkt, dann ordnet man die Aufbauten idealerweise so an, dass der ausbalancierte Schwerpunkt dann ungefähr auch dort liegt.

Egal welche Form das Teil nun hat, man kann immer den Schwerpunkt geometrisch ermitteln. Niemals sollte man das mit der Waage oder durch Ausbalancieren tun, weil das in der Regel nicht stimmen wird.
Beim Flugzeug geht man ja auch nicht her und balanciert aus um zu erfahren wo der Schwerpunkt liegt. Man errechnet auf Grund der Form und Bauart des Flugzeuges den Schwerpunkt und versucht dann durch Anordnung der Komponenten zu erreichen, dass es dann genau an dem Punkt ausbalanciert ist.