Квадрокоптеры vs Вертолеты ?

Димитър> Почему ВСЕ большие машины имеют 2 винта (вертолеты),

Hughes OH-6 Cayuse - винт 1 штука.

Сикорски Х2 - винтов 3 штуки.

Fairey Rotodyne - винтов 3 штуки.

Ка-22 - винтов 4 штуки.

Яковлев, аванпроект армейского тяжелого транспортного вертолета - винтов 6 штук.

Димитър> а ВСЕ небольшие дроны - 4?

БЛА "Black Hornet" в Афгане - винтов 2 штуки.

Экспериментальный монокоптер - винт 1 штука.

Другой БЛА-монокоптер - винт 1 штука.

Октокоптер для профессиональной видеосъемки - 8 винтов.


Димитър> Оптимум меняется с массой/размеров?
А так же в зависимости от доступных технологий и запчастей, профиля полета и потребностей бортовой аппаратуры, возможностей системы управления и так далее.

Димитър> а ВСЕ небольшие дроны - 4? Оптимум меняется с массой/размеров?

Могут и больше. Но я понял вопрос. Дело в простоте привода, не нужен автомат перекоса и рулевой винт. Упрощение конструкции на небольших ЛА. Но есть оборотная сторона - низкая эффективность, четыре и более мотора потребляют больше электричества, продолжительность полета низкая, попытка создать гибридную силовую установку приводит к усложнению и утяжелению конструкции и уже на более крупных дронах применяется обычная вертолетная схема и ДВС вместо электромотора.

TT> я понял вопрос. Дело в простоте привода, не нужен автомат перекоса и рулевой винт. Упрощение конструкции на небольших ЛА. Но есть оборотная сторона - низкая эффективность, четыре и более мотора потребляют больше электричества, продолжительность полета низкая, попытка создать гибридную силовую установку приводит к усложнению и утяжелению конструкции и уже на более крупных дронах применяется обычная вертолетная схема и ДВС вместо электромотора.

Спасибо за ответ! Простота привода квадрокоптеров - понятно. А вот низкая эффективность - это смотря на конкретное исполнение. Кажется, что при более крупных машин и эффективность будет лучше. Конечно же, с двигарелями, использующих горючее.

TT>> я понял вопрос.
Димитър> Спасибо за ответ!
Встретились два одиночества.
Держите "большой квадрокоптер с движками, использующими горючее".

Димитър> Кажется, что при более крупных машин и эффективность будет лучше. Конечно же, с двигарелями, использующих горючее.

Она будет ниже по определению, и чем больше машина тем хуже. 4 двигателя сожрут больше энергии чем 1 или 2, 4 двигателя тяжелее чем 1 или 2. Использование трансмиссии для привода от одного или двух двигателей на 4 винта будет сложным и тяжелым, список можно продолжить.

Полл> Держите "большой квадрокоптер

Это конвертоплан, есть разница.

Полл>> Держите "большой квадрокоптер
TT> Это конвертоплан, есть разница.
В чем?

Полл> В чем?

У того есть разница и принципиальная. Силовая установка — четыре турбовальных газотурбинных двигателя, расположенных попарно на заднем крыле и работающих на общую трансмиссию. Но все многомоторники отличаются низкой экономичностью, дальность и время полета небольшие.

Полл> http://www.arms-expo.ru/upload/medialibrary/12e/12ed5ed063a91f627d0790aac9d1fd3d.jpg
Полл> https://www.suasnews.com/wp-content/uploads/2012/11/QTW.pnghttps://cdn.fishki.net/upload/post/2016/11/29/2150470/1-igor-28november1619272227-2.jpg

Для полета аппарата самолетного типа достаточно одного такого двигателя.

TT> Для полета аппарата самолетного типа
Я так понял, в данной теме ЛА самолетного типа - офф-топ?

TT>> Для полета аппарата самолетного типа
Полл> Я так понял, в данной теме ЛА самолетного типа - офф-топ?

Автор хотел сравнения, он его получил.

Димитър> Спасибо за ответ! Простота привода квадрокоптеров - понятно. А вот низкая эффективность - это смотря на конкретное исполнение. Кажется, что при более крупных машин и эффективность будет лучше. Конечно же, с двигарелями, использующих горючее.

Для разных размеров эффективны разные решения.
Малоразмерные электродвигатели с винтами небольшого диаметра способны быстро менять тягу и применяются чтобы полностью исключить механику из системы управления. Это удешевляет конструкцию и повышает надежность. Низким КПД быстро вращающегося винта малого диамера при малой скорости перемещения принебрегают.
При масштабировании вверх до многотонной машины способность управляться только оборотами многовинтовой схемы с винтами малого диаметра практически пропадает. Несущая система становится слишком инерционной для этого. Зато ее низкий КПД съедает дальность и продолжительность полета до неприемлимых.

tarasv> Малоразмерные электродвигатели с винтами небольшого диаметра способны быстро менять тягу и применяются чтобы полностью исключить механику из системы управления. Это удешевляет конструкцию и повышает надежность. Низким КПД быстро вращающегося винта малого диамера при малой скорости перемещения принебрегают.
В размерах "больших" квадрокоптеров разница в эффективности винтов квадрокоптеров и классики - вертолетов не существенна и перекрывается отсутствием потерь на механику в системе управления. Потери на механику у вертолетов классической схемы - до 15%.

tarasv> При масштабировании вверх до многотонной машины способность управляться только оборотами многовинтовой схемы с винтами малого диаметра практически пропадает. Несущая система становится слишком инерционной для этого. Зато ее низкий КПД съедает дальность и продолжительность полета до неприемлимых.
Поэтому в тяжелых мультикоптерах используют винты управляемого шага, позволяющие быстро менять тягу несмотря на инерцию большого винта.
Для больших аппаратов может быть интересен меньший размер винтов мультикоптерной схемы, что даст меньшую разницу в обтекании лопастей в горизонтальном полете. Сейчас разрабатываются газотурбинные двигателя с электротрансмиссией - после их создания могут появится мультикоптеры размера "обычного" вертолета вроде Ми-8 или Ми-26.

Полл> могут появится мультикоптеры размера "обычного" вертолета вроде Ми-8 или Ми-26.

Как только так сразу, а пока таких нет и еще долго не будет.

Давай сразу договоримся, мультикоптер это самолетные винты для создания вертикальной тяги и управление исключительно силой тяги каждого, но не ее вектором. Если винты вертолетные то это вертолет многовинтовой схемы, больше двух их в разумную конструкцию упихать не получается.

Полл> В размерах "больших" квадрокоптеров разница в эффективности винтов квадрокоптеров и классики - вертолетов не существенна и перекрывается отсутствием потерь на механику в системе управления. Потери на механику у вертолетов классической схемы - до 15%.

Больших это каких? На сотню кг взлетного может быть, трансмиссия для него окажется слишком тяжелой. Но при весах в тонны рассчитанный на вертикальные режимы несущий винт кроет мультикоптерную схему с ее высокооборотными винтами как бык овцу не смотря на потери на рулевой винт. Энерговооруженность типичного мультикоптера вынужденно превышает энерговооруженность вертолета обычной схемы не на десяток процентов, а раза так в два. Берем достаточно типичный DJI Phantom 3 pro - масса пустого 1.28кг максимальная взлетная по результатам любительских испытаний ~2кг и это максимум максиморум, он только оторваться с таким весом может, но пусть будет. 4 мотора 2312 по 230ватт. Итого 0.460кВт/кг. Не менее типичный UH-60 2x1410кВт на 10600кг максимального взлетного имеет 0.26кВт/кг, при совершенно несравнимой горизонтальной скорости 294км/ч против 58км/ч и одинаковой скороподъемности в 5м/сек. Если посчитать для нормального взлетного веса то будет вобще пичаль для квадриков как транспортного средства, которую слегка подслащивает только КПД связки аккумулятор-электромотор, более высокий по сравнению с ГТД и механической трансмиссией.

Полл> Поэтому в тяжелых мультикоптерах используют винты управляемого шага, позволяющие быстро менять тягу несмотря на инерцию большого винта.

Мультикоптерный способ получения горизонтальной скорости чистым тангажом практически непригоден для пилотируемого вертолета, пассажиры заблюют салон. Поэтому автомат перекоса того или иного вида обязателен и для мультикоптера. Следующий шаг - выкидывание всего ненужного и установка одного несущего винта с резким ростом ЛТХ и одновременно снижением потребной мощности двигателя.

Полл> Для больших аппаратов может быть интересен меньший размер винтов мультикоптерной схемы, что даст меньшую разницу в обтекании лопастей в горизонтальном полете. Сейчас разрабатываются газотурбинные двигателя с электротрансмиссией - после их создания могут появится мультикоптеры размера "обычного" вертолета вроде Ми-8 или Ми-26.

Для создания вертикальной тяги один медленный винт критически лучше множества винтов. Особенно множества быстрых винтов. Должны быть еще какието требования которым одновинтовая схема не может соответсвовать чтобы такая конструкция имела право на жизнь как средство транспорта.

tarasv> Давай сразу договоримся, мультикоптер это самолетные винты для создания вертикальной тяги и управление исключительно силой тяги каждого, но не ее вектором. Если винты вертолетные то это вертолет многовинтовой схемы, больше двух их в разумную конструкцию упихать не получается.
Что такое "вертолетные винты"?

tarasv> Больших это каких? На сотню кг взлетного может быть, трансмиссия для него окажется слишком тяжелой. Но при весах в тонны рассчитанный на вертикальные режимы несущий винт кроет мультикоптерную схему с ее высокооборотными винтами как бык овцу не смотря на потери на рулевой винт.
А теперь мы переходим к горизонтальному полету. И наш замечательный несущий винт ловит проблемы с разницей скоростей потока у лопасти, идущей вперед, и лопасти, идущей назад.
А на больших скоростях полета - с переходом лопасти, идущей вперед, на трансзвук.

tarasv> Энерговооруженность типичного мультикоптера вынужденно превышает энерговооруженность вертолета обычной схемы не на десяток процентов, а раза так в два.
В два раза тяговооруженность мультикоптера превышает взлетный вес. У классики - в полтора. У соосных вертолетов вроде Камова - тоже в два.

tarasv> Мультикоптерный способ получения горизонтальной скорости чистым тангажом практически непригоден для пилотируемого вертолета, пассажиры заблюют салон. Поэтому автомат перекоса

В вертолетостроении применяются две конструктивных схемы автомата перекоса: Юрьева и Сикорского. Несмотря на кажущееся отличие по внешнему виду и кинематической схеме, принцип действия обеих конструктивных схем одинаков. Циклический шаг каждой лопасти зависит от наклона тарелки автомата перекоса, а общий шаг винта регулируется перемещением тарелки автомата перекоса вдоль оси вращения.
_____________________________________
Все вертолеты получают горизонтальную скорость только тангажем.
Исключение - винтокрылы вроде Як-22 и "Шайена".

tarasv> Для создания вертикальной тяги один медленный винт критически лучше множества винтов. Особенно множества быстрых винтов. Должны быть еще какието требования которым одновинтовая схема не может соответсвовать чтобы такая конструкция имела право на жизнь как средство транспорта.
Помедетируй над фотками в этой же теме выше.

tarasv> Берем достаточно типичный DJI Phantom 3 pro - масса пустого 1.28кг максимальная взлетная по результатам любительских испытаний ~2кг и это максимум максиморум,

Максимальный взлетный - 3.3 кг. Но движкам требуется система охлаждения, которой нет, и ток разряда уходит в перегрузку.
Но тяги для полета с таким весом - хватает.

Полл> Что такое "вертолетные винты"?

Винт оптимизированный для получения максимально тяги и КПД при околонулевой скорости набегающего потока вдоль его оси, тоесть для режимов висения и горизонтального полета вертолета. Предельно возможная ометаемая площадь и низкая скорость вращения. Вобщем "бери больше кидай ближе" в отличии от "кидай дальше бери меньше" у самолетного, что совершенно наглядно следует из формулы тяги винта.

Полл> А теперь мы переходим к горизонтальному полету. И наш замечательный несущий винт ловит проблемы с разницей скоростей потока у лопасти, идущей вперед, и лопасти, идущей назад.
Полл> А на больших скоростях полета - с переходом лопасти, идущей вперед, на трансзвук.

Да это проблема, но решение ее назвается не мультикоптер, а конвертоплан у которого подъемную силу на высоких скоростях создает крыло, которое делает этот гораздо лучше чем любой винт.

Полл> В два раза тяговооруженность мультикоптера превышает взлетный вес. У классики - в полтора. У соосных вертолетов вроде Камова - тоже в два.

Получают ее квадрокоптеры исключительно за счет дикой по меркам нормальных вертолетов энерговоруженности. С 0.460кВт/кг квадрик может только оторвать себя от земли, ни о каком полете речь не идет. Для нормального полета ему нужно в полтора раза больше. С 0.26кВт/кг, с которыми вертолет вполне нормально летает, квадрик будет только молотить воздух винтами на месте потому что в таком маленьком диаметре статическая тяга винтов мала.
Сосники не использует винты малого диаметра, суммарная ометаемая у них заметно больше чем у классики, но за счет взаимного влияния винтов она используется несколько менее эффективно чем при одном винте.

tarasv>> Мультикоптерный способ получения горизонтальной скорости чистым тангажом практически непригоден для пилотируемого вертолета, пассажиры заблюют салон. Поэтому автомат перекоса
Полл> Все вертолеты получают горизонтальную скорость только тангажем.
Полл> Исключение - винтокрылы вроде Як-22 и "Шайена".

У тебя получается почти барон Мюнхгаузен вытаскивающий себя за волосы из болота в действии. Как вертолет может создать тангаж если тяга винта направлена строго вверх? А никак. Как вертолет может перемещаться по земле на шасси если тангаж при этом постоянен? Опять никак. Квадрокоптеры этого и не умеют, потому что у них нет автомата перекоса.
В реальности все вертолеты получают горизонтальную скорость за счет наклона оси тяги несущего винта относительно его геометрической оси с помощью автомата перекоса. Тангаж (или крен если летим вбок) фюзеляжа при этом возникает как реакция опоры на это отклонени и таки да, согласен, увеличивет горизонтальную составляющую тяги. Но совершенно душевырывающие вращения вокруг осей как у квадриков для этого не нужны.

Полл> Помедетируй над фотками в этой же теме выше.

Какими именно, конвертопланов чтоли? Не катят. Ка-22 и В-12 использовали масимально доступные на тот момент подъемные системы и потребный взлетный вес тянули только две. Не катят. Остальные картинки с выставок к транспорту никакого отношения не имеют.

tarasv> Получают ее квадрокоптеры исключительно за счет дикой по меркам нормальных вертолетов энерговоруженности. С 0.460кВт/кг квадрик может только оторвать себя от земли, ни о каком полете речь не идет.
У тебя ролик не отображается?

tarasv> Сосники не использует винты малого диаметра, суммарная ометаемая у них заметно больше чем у классики, но за счет взаимного влияния винтов она используется несколько менее эффективно чем при одном винте.
Две минуты гугления.
Или ты тоже присоединился к элите забаненых в гугле?

tarasv> У тебя получается почти барон Мюнхгаузен вытаскивающий себя за волосы из болота в действии. Как вертолет может создать тангаж если тяга винта направлена строго вверх?
Ну я же тебе и ссылку на устройство автомата перекоса скинул.

tarasv> Какими именно, конвертопланов чтоли? Не катят. Ка-22 и В-12 использовали масимально доступные на тот момент подъемные системы и потребный взлетный вес тянули только две. Не катят. Остальные картинки с выставок к транспорту никакого отношения не имеют.
А еще раз внимательно посмотреть? Там у меня картиночки вполне серийных аппаратов с эксплуатации есть.
Или ты решил меня вогнать в депрессию, внезапно став тупым на уровне ТТ?

tarasv>>
Полл> Или ты решил меня вогнать в депрессию, внезапно став тупым на уровне ТТ?

Тарас абсолютно прав. На данном этапе развития техники, полноразмерный вертолет кроет полноразмерный квадрокоптер, как бык таракана.

"Винт оптимизированный для получения максимально тяги ... Предельно возможная ометаемая площадь и низкая скорость вращения"

А есть предел диаметра винта, больше которого нельзя сделать из существующих материалов?
Вот у Ми-26 один несущий винт - 32 м, а у В-12 (в 2 раза тяжелее) - два по 35 м.
Если понадобится вертолет еще в 2 раза тяжелее, чем В-12 - делаем 4 винта? Как раз будет "Предельно возможная ометаемая площадь и низкая скорость вращения".

Димитър> "Винт оптимизированный для получения максимально тяги ... Предельно возможная ометаемая площадь и низкая скорость вращения"
Димитър> А есть предел диаметра винта, больше которого нельзя сделать из существующих материалов?
Ограничения не столько по материалам, сколько по сверхзвуковому обтеканию на концах лопастей. На более длинных лопастях волновой кризис наступит при меньших оборотах.

DustyFox> Тарас абсолютно прав. На данном этапе развития техники, полноразмерный вертолет кроет полноразмерный квадрокоптер, как бык таракана.

А кто-то в этом сомневается?
У меня там условие указано, когда большие мультикоптеры станут сравнимы по эффективности с вертолетами.
Просто не надо умножать энтропию, выдавая тоннами перловку вроде наклоняемоего несущего ротора вертолета.

Димитър> А есть предел диаметра винта, больше которого нельзя сделать из существующих материалов?
Главный лимитирующие фактор, ограничивающий размер и массу вертолетов классической схемы это трансмиссия.
Пока до 80 гг не было перспектив создания трансмиссий, способных передать на несущий ротор свыше 20000 л.с., все мучили много винтовые схемы вроде того же В-12 и "Чинука".
Научились делать сплавы, позволяющие сделать трансмиссию - появился Ми-26 и "СуперСталлион".