Quadcopter-Anwendung unter Wasser

8

Kann das Konzept eines Quadcopters aus Neugier auf ein ROV angewendet werden? Würde es unter Wasser genauso funktionieren wie in der Luft? Wenn nicht, welche Modifikationen wären erforderlich, um diese Idee unter Wasser umzusetzen?

quadcopter

— Chandough
quelle

Wenn ich das richtig lese, fragen Sie nach dem Konzept eines Quadrotors, der unter Wasser arbeitet, und nicht nach der Frage, ob derselbe Quadrotor sowohl in der Luft als auch im Wasser arbeiten kann.

— Ian

Es ist sehr gut möglich, dass ich auf einen Vimeo-Clip gestoßen bin, der einmal einen fliegenden Quadrocopter zeigte, auf dem Wasser landete und seine Reise unter Wasser fortsetzte ... Er "flog" unter Wasser mit den 4 Requisiten, um mit niedriger Drehzahl zu balancieren und anzutreiben. Ich vermute, dass ein versehentliches Öffnen von Vollgas unter Wasser die Elektronik in die Luft jagen würde und ein direkter Flug ins Wasser die Requisiten töten würde. Ich hoffe, Sie können solche Filme finden und sehen, wie es funktioniert.

@ user2479: Beziehen Sie sich vielleicht auf EZ Drone: "Underwater Multicopter" ?

— David Cary

19

Ist ein Unterwasserquadrotor möglich? Absolut. Ob es in dieser Konfiguration praktisch ist, ist eine andere Sache.

In Luft sind Viskosität und Auftrieb vernachlässigbar; im Wasser sind sie nicht. Ein Quadrotor aus der Luft verbraucht Energie, um die Schwerkraft zu bekämpfen, während ein Quadrotor unter Wasser sich einfach auf positiv bouyante Materialien verlassen kann, um ein Absinken zu verhindern. Sie können dies selbst erleben - Sie können im Wasser schwimmen (oder ein kleines Stück Schaum für die Flotation verwenden), aber nicht in der Luft.

Ein Unterwasser-Quadrotor verbraucht Energie, um die Flüssigkeitsreibung des Wassers zu bekämpfen, während sich ein Luft-Quadrotor leicht bewegt. Sie können diesen Effekt auch erleben - versuchen Sie, einen Frisbee in die Luft zu werfen, und sehen Sie dann, wie weit Sie ihn unter Wasser "werfen" können.

Wenn Sie einen Quadrotor tatsächlich unter Wasser betreiben würden, würden Sie ihn höchstwahrscheinlich mit horizontal ausgerichteten Rotoren fliegen - in Fahrtrichtung, anstatt vertikal zu sein und nur leicht in Fahrtrichtung zu kippen.

Update 21.12.2015: Jemand hat genau das getan.

Während eine Torpedoform normalerweise für das Vorwärtsfahren bevorzugt wird, gibt es andere Fahrzeuge mit 4 Triebwerken (für Manövrierfähigkeit positioniert), wie z. B. Bluefins HAUV:

Bluefin HAUV Prototyp

— Ian
quelle

13

Ich vermute, dass Ihre Frage darauf basiert, ob das mathematische Modell eines Quadrotors in einer Wasserumgebung funktionieren würde und nicht auf der Hardware. Offensichtlich müssten die Elektronik und die mechanischen Systeme geändert werden, um im Wasser zu arbeiten: Die Elektronik würde kurzschließen und die Rotoren würden sich zu schnell drehen.

Der Rest meiner Antwort basiert auf der Arbeit Design und Implementierung eines strukturierten Flugreglers für einen 6DoF-Quadrotor unter Verwendung von Quaternionen von Stingu und Lewis. Die kostenlose Version dieses Dokuments finden Sie unter Quaternion-Based Quadrotor Control . Die meisten Quadrotormodelle, die ich untersucht habe, verwenden geringfügige Abweichungen von denselben Gleichungen für die grundlegende Flugsteuerung.

Aus diesem Papier haben wir das folgende Systemdiagramm:

Der Betrieb eines Quadrotormodells in einer Flüssigkeit würde eine Änderung des Modells erfordern: Wenn das physische Fahrzeug neutral oder positiv schwimmfähig wäre (dh nicht sinkt), wäre das Modell ungültig. In diesem Fall müsste sich das Modell anpassen, um den Quadrotor auf den Kopf zu stellen und die Tiefe zu erhöhen.

Der Rest des Modells könnte unverändert verwendet werden: Es ist mittelunabhängig. Tatsächlich ist der einzige Teil des Modells, der das Medium berührt, die Gleichung für Drehmoment und Schub der Propeller:

K_{T} = \frac{T}{ρ n^{2} D^{4}}

$K_T = \frac{T}{\rho n^2 D^4}$

K_{Q} = \frac{Q}{ρ n^{2} D^{5}}

$K_Q = \frac{Q}{\rho n^2 D^5}$

In diesen Gleichungen ist eine Schubkonstante, ist eine Drehmomentkonstante, ist Schub, ist die Dichte des freien Stroms (Luft oder Wasser), ist die Drehzahl und ist der Rotordurchmesser. Um das Modell im Wasser zu arbeiten nur mit der Dichte von Wasser (ersetzt werden muss ). $K_T$ $K_Q$ $T$ $\rho$ $n$ $D$ $\rho$ $1000 kg/m^3$

— srlm
quelle

0

Zuallererst sagt meine Intuition, dass es funktionieren wird, dieselbe Logik - Requisiten drücken das Wasser / die Luft und bewegen den Quadcopter.

Ich vermute, dass der Wasserwiderstand der Motoren viel höher ist als der der Luft und daher die Motoren viel stärker sein sollten.

Eine andere Sache könnte sein, dass es fast keine Möglichkeit gibt, es zu reparieren, wenn es im Wasser bremst (es wird wahrscheinlich nur ertrinken), also sollten Sie wahrscheinlich Ihre Requisiten und Elektronik und eigentlich alles "extra" schützen.

Die andere Sache liegt auf der Hand: Sie müssen Ihre Elektronik vor Wasser schützen, damit der Preis etwas steigt.

— Dan Barzilay
quelle