멀티콥터 공기역학: 헥사콥터 추력 특성화

출처: 프라신 샤르마와 엘라 엠 앳킨스, 항공 우주 공학과, 미시간 대학, 앤 아버, MI

멀티 콥터는 취미와 상업 응용 프로그램의 다양한 인기를 끌고있다. 그들은 일반적으로 쿼드 콥터 (4 개의 추진기), 헥사 콥터 (6 추진기), 옥토 콥터 (8 추진기) 구성으로 사용할 수 있습니다. 여기서는 멀티콥터 성능을 특성화하는 실험 과정을 설명합니다. 추진 유닛 중복성을 제공하는 모듈식 소형 헥사콥터 플랫폼이 테스트됩니다. 개별 정적 모터 추력은 동력계와 다양한 프로펠러 및 입력 명령을 사용하여 결정됩니다. 이 정적 추력은 모터 RPM의 함수로 표현되며, 여기서 RPM은 모터 출력 및 제어 입력에서 결정됩니다. 그런 다음 헥사콥터는 5' x 7'저속 재순환 풍동에 로드 셀 테스트 스탠드에 장착되고, 공기역학적 리프트 및 드래그 포스 구성 요소는 다양한 모터 신호, 프리 스트림 유량 속도 및 공격 각도에서 비행 중에 특징지어졌습니다.

헤사콥터는 Clothier^1에보고된 바와 같이 모터(추진 단위) 고장에 대한 탄력성 때문에 이 연구를 위해 선택되었다. 추진 시스템의 중복성과 함께 안전한 비행, 특히 인구과잉 지역 임무를 위해서는 신뢰성이 높은 구성 요소의 선택이 필요합니다. Ampatis^2에서저자는 모터, 블레이드, 배터리 및 전자 속도 컨트롤러와 같은 멀티 콥터 부품의 최적의 선택에 대해 논의합니다. 또한 미션 요구 사항을 충족하기 위해 프로펠러 시스템의 적절한 선택에 초점을 맞춘 Bershadsky^3에서도유사한 연구가 보고되었습니다. 부품의 중복성 및 신뢰성과 함께 차량 성능을 이해하는 것은 비행 봉투 제한을 준수하고 가장 효율적인 설계를 선택하는 데 필수적입니다.

이 프로토콜은 헥사콥터 추력 및 공기 역학을 특징으로합니다. 이 실험을 위해, 우리는 헥사 콥터에 대한 상용 부품을 상용 부품을 사용하고, 세부 사항은 표 2에 제공됩니다. 비행 컨트롤러의 경우, 우리는 헥사 콥터에 발행 된 개별 모터 명령을 제어 할 수있는 유연성을 제공으로 오픈 소스 오토 파일럿, Librepilot,^9을 선택했다.

로드셀 및 헥사콥터를 장착하기 위한 테?...

동력계 테스트

그림 5-6에서플롯은 모터 RPM이 증가함에 따라 추력과 토크의 변형을 각각 보여줍니다. 이러한 플롯에서 멀티콥터가 호버링하는 데 필요한 최소 모터 RPM을 결정할 수 있습니다. 여러 프로펠러에서 데이터를 보여주는 플롯은 샤르마^12에서얻을 수 있습니다. 또한 추력 대.RPM 및 모멘트.RPM 대 사이의 이차 관계는 방정식(1)과 (2)에 기재된 ?...

여기서는 육사콥터에서 작용하는 공기역학적 힘을 특성화하는 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 다른 멀티로터 구성에 직접 적용할 수 있습니다. 제어 설계를 개선하고 비행 봉투 제한을 이해하고 Xiang^13과같이 지역 풍장을 추정하기 위해서는 공기역학적 힘의 적절한 특성화가 필요합니다. 전력 소비 및 스로틀 명령을 기반으로 모터 RPM을 결정하기 위한 제시된 프로토콜은 RPM 감지 ?...

Clothier, R.A., and Walker, R.A., “Safety Risk Management of Unmanned Aircraft Systems,” Handbook of Unmanned Aerial Vehicles, Springer, 2015, pp. 2229–2275.
Ampatis, C., and Papadopoulos, E., “Parametric Design and Optimization of Multi-rotor Aerial Vehicles,” Applications of Mathematics and Informatics in Science and Engineering, Springer, 2014, pp. 1–25.  
Bershadsky, D., Haviland, S., and Johnson, E. N., “Electric Multirotor UAV Propulsion System Sizing for Performance Prediction and Design Optimization,” 57th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conf., 2016.
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Ducard, G., and Minh-Duc Hua. "Discussion and Practical Aspects on Control Allocation for a Multi-rotor Helicopter." Conf. on Unmanned Aerial Vehicle in Geomatics, 2011.
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Quan, Q., “Introduction to Multicopter Design and Control”, Springer Singapore, 2017.
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Xiang, X., et al. "Wind Field Estimation through Autonomous Quadcopter Avionics." 35^th AIAA/IEEE Digital Avionics Systems Conference (DASC), IEEE, 2016.
Kamel, M., et al. "Model Predictive Control for Trajectory Tracking of Unmanned Aerial Vehicles using Robot Operating System." Robot Operating System (ROS). Springer, Cham, 2017, 3-39.

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