Eigen rotor ontwerp. Hoek van flybar?

[Luppie]

Ik heb al jaren bezig met het maken van een apparaat dat lijkt op een vliegen rotor. Ik heb al heel wat ontwerpen versleten en ik heb wel wat ontwerpen gehad die enigszins vlogen en bestuurbaar waren. Het heeft dus geen romp en het ding draait in zijn geheel. Besturing gebeurd door arduino met een magnetometer. Die detecteert het magnetisch veld zoals een kompas. ik kies een voorkant en via de software die ik heb gemaakt stuurt hij de rotorbladen zoals het zou gebeuren in een heli.

Ik zoek wat meer info over de flybar. Bij kleinere coaxiaal heli's zie ik dat de flybar ongeveer op een hoek van 45 graden voor de rotor zit maar ik heb ook wel hele kleintjes gezien waar die hoek kleiner is. Er zijn ook weer ontwerpen waarbij het op 90 graden zit.

Dit lees ik er over in "RC heli's algemeen"

Fp 45 of 90 graden?
Je hebt de fp in totaal in drie verschijningsvormen:
- Met flybar (dat kleine vleugeltje tussen de twee grote rotorbladen) op 90 graden tov de grote bladen. Deze vliegen niet zelfstabiliserend.
- Met flybar op 45 graden tov de grote bladen. Deze vliegen wel zelfstabiliserend, met als voordeel dat ze eerder tegen de wind in kunnen dan een coaxiaal (al zijn ze er nog steeds niet goed in)
- Flybarless, later hierover meer.

1. Wat is het effect van de hoek van de flybar t.o.v. de rotorbladen?

De flybar met vleugeltje of gewichtje kantelt het blad dat volgt mee in de richting waarin het beweegt. Alleen via een constructie zodat die beweging van het rotorblad minder is als de beweging van de flybar. Waarom?
2. Kan die flybar niet vast zitten aan de rotor om het zelfde effect te geven? (natuurlijk zouden ze dat doen als dat kon)

Bij het ontwerp dat ik nu maak zit de flybar (als je dat zo mag noemen in mijn geval) direct vast aan de rotor maar wel maak ik de hoek t.o.v. de rotor instelbaar. Dus ik kan hem draaien om zo een effect te veranderen. Vandaar de vraag wat die hoekverandering voor effect zou kunnen hebben.
'
Is er ook een calculator die de afmetingen van de rotorblad kan berekenen? Wat ik nu maak zou misschien wat dunner moeten zijn, of langer, of kleiner. Ik heb geen idee.

Hier een filmpje van zo'n vliegende rotor

Hier twee verschillende ontwerpen. De grote heeft twee motoren en de hoek van de bladen kan ik instellen. Ook moet hij sturen met de servo's op de bladen. De kleine heeft een vaste hoek en stuurt met die flap achter de motor waar een klein servotje zit. Die nieuwe die ik nu maak kan ik dus de hoek van de motor t.o.v. de bladen aan passen. Dit keer met sturing via de flap achter de motoren en met instelbare hoek van de bladen.

 

[ron van sommeren]

Uit eerdere berichten deze week in Bouw SSM Bell UH1-B.

Over (staart)rotor met delta-hinge, ik weet niet of dat hier ook van toepassing is.
De delta-hinge zorgt voor dat zelfstabiliserende effect. Kijk maar naar één blad, als die beweegt door kanteling van het (staartrotor)vlak, wordt automatisch tegengestuurd doordat het verlengde van scharnierpunt niet door het hart van de ball-links gaat.

Meer delta hinge

• video's
• plaatjes
• praatjes

Vervormde commentaarstem, opnamefoutje. Commentaar onder het filmpje: "stay off the helium". Even doorbijten dus.

 

[Student]

Even in het achterhoofd: ik heb het met name over de techniek van de "normale" cp heli. Dus 450 of groter, 450 is 60 cm kop-staart of +/- 650 mm rotordiameter.
de kleine heli's hebben zoveel typen flybars en techniekjes.. stabiliserend of niet stabiliserend is altijd de vraag.
de heli's waar ik over praat, stabiliseren dus in de regel niet.
En daarmee bedoel ik weer dat zo'n heli nooit uit zichzelf stil zal gaan hangen.
eenmaal een kant op gaand, zal hij alleen maar harder die kant op gaan tot jij, of iets hards hem stopt.
je hebt stabilistatie en flybars om je te helpen de heli onder controle te houden. maar al deze dingen zullen in de regel nooit de heli stil kunnen hangen. dat doet de piloot.
En je hebt wel een aantal systemen die het kunnen.. GPS, oog op de grond, dat soort dingen. maar dat zijn bijzondere apparaten die niet zo veel voorkomen.


1. Wat is het effect van de hoek van de flybar t.o.v. de rotorbladen?
De flybar heeft geen hoek tov de rotorbladen zelf.
De rotorbladen zelf doen de pitch (dus recht omhoog), de flybar wordt gebruikt om te sturen (aileron/elevator)

Even naar de basis: een niet gestabiliseerde heli (dus geen flybar, geen computers die iets aan het sturen doen) heeft een paar rottige nukken.
in een echte heli voelt en ziet de piloot deze, heeft er niet zoveel last van.
wij staan wat verder weg, en sturen dus snel te laat.
je moet het namelijk eerst zien voor je het kunt corrigeren.

Een niet gestabiliseerde heli wil bij een toenemende luchtsnelheid op de neus, de neus omhoog steken en links of rechtsom op de aileron wegdraaien, afhankelijk van de draairichting van de rotor.
De te hoger de luchtsnelheid, des te sterker dit effect.
In principe zijn dit afwijkingen op de (ingestuurde) stand van de heli, dus heeft men een systeem bedacht wat dit corrigeert: de flybar.

De flybar zit middels een overbrenging/hevelsysteem gekoppeld aan de hoofdrotor.
Aangezien de rotor een toerental draait, zal de flybar door de gyroscopische krachten recht willen blijven. de heli onder de flybar zal andere hoeken aan willen nemen, doordat de flybar recht blijft, is dat ook meteen een mooi medium om correcties naar de rotorbladen te sturen.
dat gebeurt dus ook.
dankzij dat hevelsysteem wordt er een passende, en afdoende grote correctie op de rotorbladen gezet, waardoor de heli recht wil blijven.
Door de aileron/elevator ook via de flybar te sturen, word de flybar gedwongen een andere hoek aan te nemen, die daardoor weer aan de rotorbladen wordt doorgegeven.

Zie een flybar als een mechanische stabilisatie. Want dat is het..
maak de flybar zwaarder, vergroot je het gyroscopisch effect, wil de heli minder snel de hoek om. hetzelfde gebeurt wanneer je hem langer maakt, met hetzelfde gewicht.
moment= krachtxarm.
de flybar wil dan immers minder graag van zijn oorspronkelijke route afwijken.
Maak hem lichter/korter, en de heli wordt agressiever om te sturen. tot de ondergrens, dan heeft de flybar niet voldoende overwicht meer, en gaat de heli rare nukken vertonen.
"dolfijnen", snel vooruit vliegen, heli gaat door een gebrek aan overwicht in de flybar overcorrigeren, waardoor de neus continu op en neer zal gaan tijdens de snelle vlucht.


De flybar met vleugeltje of gewichtje kantelt het blad dat volgt mee in de richting waarin het beweegt. Alleen via een constructie zodat die beweging van het rotorblad minder is als de beweging van de flybar. Waarom?
bovenstaand beschreven.
De stuurcorrectie hoeft maar heel klein te zijn, omdat een CP heli alles stuurt en regelt via de hoofdbladen.
pitch is een wat grotere correctie..
maar sturen heeft niet al dat vermogen nodig. Dus dat moet met heel kleine correcties, vandaar de overbrenging.



2. Kan die flybar niet vast zitten aan de rotor om het zelfde effect te geven? (natuurlijk zouden ze dat doen als dat kon)
Ja, dat kan. maar dan moet je wel zorgen dat de stuurcorrectie die worden gegeven, voldoende klein zijn.
Doe je dat niet, is de heli absoluut niet vliegbaar.
ik heb zelf een ongestabiliseerde 450 cp heli.. dat is vrij agressief.. ff wennen met vliegen.
Maar dat kun je beter doen dan de flybar zonder overbrenging op de rotor zetten..

Kun je misschien beter wat meer gewicht aan de buitenkant van de rotor plakken.
dat vergroot het gyroscopisch effect van de rotor zelf, waardoor een heli ook minder de neiging heeft van hoek te veranderen.
alleen opletten dat je niet overdrijft, er moet wel beweging in blijven zitten.


Wel of geen flybar, de hedendaagse heli's zijn qua besturing niet zoveel anders.
de rotorbladen zijn hetzelfde, de stuurinputs dus ook.
alleen kun je met stabilisatie veel meer dingen instellen, het scheelt een hoop rompslomp in de kop, en het ziet er strakker uit.
alleen doet de stabilisatie dan de stuurinputs klein maken, om de heli netjes vliegbaar te houden.
De correcties om de heli geen ongewenste kanten op te laten gaan (hoek vasthouden) regelt de stabilisatie via gyro's.
Maar in de basis doet een flybar datzelfde..



Voor je ontwerp.
bedenk, dat om een rotor te sturen, je input dus per omwenteling moet veranderen.
om de rotor naar voren te laten bewegen, moet aan de achterzijde van de rotor een opgaande kracht zijn, aan de voorzijde een iets neergaande.
dus jouw stuurvlak moet binnen de omwenteling van de rotor continu meewijzigen met de rotorbeweging. en vloeiend.. en dat is dus ook toerenafhankelijk.
dit kan qua snelheid lastig zijn om bij te houden met de servo.

Bij een flybar met vleugeltje kan het qua stabiliteit een tik schelen om ze beide een tikkie positief te zetten. in de regel staan beide recht.

Kijk evt ook eens bij de ontwerpen voor een autogyro...
die is wel stuurbaar, maar heeft geen resulterend koppel vanaf de hoofdrotor (omdat die niet is aangedreven)
maar daar heb je wel weer een vooruitgaande kracht bij nodig, die kunnen niet stilhangen.

 

[Luppie]

De delta-hinge zorgt voor dat zelfstabiliserende effect. Kijk maar naar één blad, als die beweegt door kanteling van het (staartrotor)vlak, wordt automatisch tegengestuurd doordat het verlengde van scharnierpunt niet door het hart van de ball-links gaat.]

Is deze delta-hinge het kunnen scharnieren van de bladen zelf op het punt waar ze op de as zitten? Op de ontwerpen op de foto heb ik de bladen wel scharnierend onder een hoek op het "frame" dit vloog redelijk goed.

De flybar heeft geen hoek tov de rotorbladen zelf.

Ik bedoel de hoek van bovenaf gezien.

Ik heb verschillende dingen geprobeerd zoals een vaste hoek vd bladen maar ik ga nu de hoek instelbaar maken. De rotorbladen zijn zomaar uit de lucht gegrepen en de draaisnelheid is beperkt vanwege constructiesterkte maar vooral onbalans in de propbladen van de motortjes. Wanneer hij hard draait is het blad aan de buitenkant van de cirkel "zwaarder" en krijg ik vibratie. Door de hoek van de bladen in te stellen kan ik een draaisnelheid kiezen waarbij hij toch gaat vliegen.

Ik heb dus een poging gedaan om te sturen door de rotorbladen zelf te draaien in vlucht (grote model op foto) maar het beste effect had ik met het sturen van de "flybar" met de flap achter de motor bij het kleine model.

De meeste problemen die ik had hadden te maken met het toilet bowl effect. Vandaar de vragen over de flybar. Maar dit is natuurlijk ingewikkelde materie en vooral bij zoiets nieuws is er weinig info. Omdat ik een hele lage draaisnelheid heb is het effect van een flybar al weinig.

bedenk, dat om een rotor te sturen, je input dus per omwenteling moet veranderen.

Dit is inderdaad een bottleneck van het sturen. Ik heb nu een DS95i kloon met een mooie snelheid.

Ik heb meer problemen die nog opgelost moeten worden alleen is het wel makkelijk wanneer ik eerst een stabiel vliegend model heb zodat ik weer verder kan werken. De software werkt prima wanneer hij horizontaal hangt maar zodra hij gaat kantelen in een stuurbeweging gaat het kompas de "voorkant" verschuiven. Je hebt wel tilt compensated kompas maar dat werkt niet om een draaiend platvorm omdat hij werkt met een gyro.

 

[Student]

Probleem is niet het vliegen.
Probleem is het sturen.

Omdat je geen stilstaand vlak hebt, kun je de gyro's niet gebruiken.
Daarvoor moet de aileron en elevator as wel continu hetzelfde zijn. En als het platform draait, werkt dat niet.

Of je moet de rotatiesnelheid als waarde uit 1 gyro laten komen, en dat als correctiefactor op de arduino loslaten. Krijg je een virtueel stilstaand vlak, en daar kan een stabilisatie wel iets mee.

Daarna moet je een stuurmechanisme maken.. wat met alleen servo's lastig is om voldoende snelheid te geven.
Als de stuursnelheid niet omhoog kan, moet de rotatiesnelheid omlaag. Grotere bladen, grotere hoek. Zoiets.

 

[Luppie]

Omdat je geen stilstaand vlak hebt, kun je de gyro's niet gebruiken.
Daarvoor moet de aileron en elevator as wel continu hetzelfde zijn. En als het platform draait, werkt dat niet.

Klopt ik gebruik een magnetometer digitaal kompas. Die ziet het noorden en ik geeft dan een voorkant bijvoorbeeld het zuiden.

Ik kan met stuurbeweging yaw de voorkant verdraaien. Lastig is alleen dat ik tijdens het vliegen de voorkant maar niet verdraai want ik kan niet zien wat de voorkant is. Tijdens het opstarten wil dit wel vanwege een lampje dat alleen brand bij de voorkant. Hier zie je dat lampje op de vleugel. Hij brand alleen aan de rechter kant en dit is dus de voorkant. Dit vloog trouwens niet

 

[Student]

Misschien leuk om ff in te verdiepen..

Je hebt bij cp heli's ook bladen met licht erin.
Sommige van die bladen kun je plaatjes mee projecteren, in de draaiende rotordisc. Vaak nightblades oid genoemd.

Oftewel, die bladen hebben ook een mogelijkheid om hun snelheid te meten, en te zorgen dat het plaatje stil staat.
Jij kunt het idee gebruiken om rechts een rood lampje, en links een groen lampje te zetten.

En je moet voor het sturen op de roer as(dus de neus links of rechts) waarschijnlijk zorgen dat je kompas het stilstaande vlak verdraait, anders kan je toestel nooit werkelijk links of rechtsom vliegen

 

[Luppie]

Ik ken het en ik heb inderdaad gezocht naar software van dit. Je hebt het zelfde in goedkope USB ventilatoren die dan bijvoorbeeld een klok projecteren. Ik heb er zelf 1 gekocht die ik kon programmeren alleen de programmeertaal is onleesbaar en ik kon er verder niks mee. Wel hebben al deze dingen 1 ding gemeen en dat is een vast punt waaraan een sensor (infrarood of reedrelais) op een vast punt zoals de staart van de heli waar de rotor overheen draait. die luxe heb ik dan niet.

Ik heb vanmiddag wel een stuk opgeschoten met het nieuwste apparaat en zoals gezegd kan ik de hoek van de flybar t.o.v. de rotor draaien om zo hopelijk een stabiele instelling te vinden. Geen delta-hinge of ander scharnierpunt in de rotor want hij is alleen met pitch instelbaar en constructietechnisch word het dan allemaal wel ingewikkeld, zwak of heel zwaar met mijn beperkte mogelijkheden.

ik heb een filmpje gemaakt net nadat ik de boel in elkaar had gestoken. Ik ben elk geval wel tevreden over de snelheid van de stuurservo die kan nog een redelijke uitslag maken op hoge snelheid. Ik heb voor de test de software wat aangepast zodat ik in stilstand simuleer dat hij draait. Ik kan met de zender de draaisnelheid aanpassen. Het knipperen van het lampje is 1 rotatie.

Ik ben dus benieuwd naar jullie idee of dit stabiel kan zijn of wat zeker nog moet veranderen om hem stabiel te maken.

 

[Student]

Om hem stabiel te maken.. geen idee..
gewoon proberen, denk ik.

In de basis is het gewoon een vliegende rotorkop, waarbij de aandrijving in de flybar zit
in dat opzicht zou de basis niet zoveel mogen verschillen van de "basis" heli gedragingen.
Dus, als hij gevoelig is met sturen, wat meer gewicht in de flybar. of langer maken.
is hij ongevoelig, minder gewicht, korter maken.

 

[eric_laermans]

Ik vind het een erg interessant concept. Ook qua ontwerp en bouw ben je al behoorlijk ver verwacht ik.

Zonder afbreuk te willen doen aan het concept , zou je kunnen experimenteren met een verticale stabilizer in de vorm van een draaibare depron plaat. De techniek die je nu al in huis hebt, zou je onverkort hierin kunnen toepassen.

Dit filmpje vond ik op yt:

Één die ook in het rijtje past is de single-rotor-blade heli (zonder tailrotor). Enorm efficiënt: