È una domanda che spesso ci poniamo come piloti di droni dopo una chiamata ravvicinata o un incidente. Può una libellula con tre eliche? Se hai avuto un brutto incidente o sei solo un tipo curioso potresti aver già sperimentato questa domanda. In questo articolo daremo un’occhiata alla scienza e agli esperimenti che sono stati fatti online che hanno cercato di rispondere a questa esatta domanda.
Ha fretta? Ecco la risposta breve:
Sì, gli scienziati hanno dimostrato che un drone può volare con tre eliche. Tuttavia, questo richiede algoritmi speciali da implementare nel software di recupero del drone. Un tipico drone commerciale non ha questi algoritmi e quindi non sarà in grado di volare con solo tre eliche.
Ci sono alcuni droni che sono stati progettati con solo tre eliche e la differenza tra questo e un drone a quattro eliche è che sono stati progettati in quel modo e sono stati bilanciati fin dall’inizio.
Diamo un’occhiata a uno degli studi più interessanti sul fatto che un drone possa o meno volare con la perdita di una, due o tre eliche.
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Cosa dice la scienza
Nel 2014 è stato pubblicato uno studio che ha esaminato questa esatta domanda. È stato presentato alla conferenza internazionale sulla robotica e l’automazione (ICRA). L’articolo esamina un drone a quattro eliche che mantiene un’altezza intorno a una posizione nello spazio nonostante abbia perso una sola elica, due opposte o tre.
In ognuna delle situazioni per controllare il drone il drone ha dovuto controllare intorno ad un accesso primario. Questo significa che è possibile per un drone volare con tre eliche se è stato specificamente programmato per poi ruotare intorno e intorno alla perdita di un’elica.
Questo è ciò che appare quando un drone perde un’elica ed è stato programmato per girare intorno a un asse e poi automaticamente atterrare in modo morbido. È piuttosto impressionante che il drone possa agire sull’incidente così rapidamente:
Questo algoritmo utilizza inizialmente le eliche rimanenti per mettere il drone in una rotazione orizzontale in hovering. Dopo aver assicurato la stabilità del drone modificando selettivamente la spinta di ogni elica, dirige il quad core inclinando l’angolo di rotazione. Poi diminuisce lentamente la spinta e fa scendere il drone verso un atterraggio controllato.
Interessante, l’algoritmo funziona anche se solo un’elica è operativa. Ecco il video del drone che perde anche le eliche:
I metodi di cui parlano gli scienziati potrebbero anche essere applicati per progettare veicoli rotanti che potrebbero essere progettati per avere solo un’elica. Questo lo renderebbe molto più economico da produrre rispetto a un drone con quattro eliche, al costo di non essere in grado di controllare l’intera altitudine del veicolo o la stabilità.
Drone che può volare con una sola elica
Lo stesso gruppo di ricercatori di cui abbiamo parlato sopra ha riportato la loro ricerca sulla BBC. In questo video dimostrano il drone che è stato progettato per volare su una sola elica. Volevano davvero spingere il confine di ciò che potevano fare con i droni e c’è un video nel link, sopra, che mostra quanto il drone deve girare per rimanere stabile con una sola elica.
Così, i droni possono essere programmati per volare (beh…girare) quando hanno solo tre eliche funzionali. Perché esattamente i droni hanno bisogno di quattro eliche? Diamo un’occhiata a questa domanda ora.
Perché i droni hanno quattro eliche?
I droni sono ingannevolmente difficili da tenere in aria. Richiedono un’enorme quantità di ingegneria e controllo software per mantenerli stabili. La ragione per cui abbiamo quattro eliche su un drone è perché questo è uno dei modi più economici per mantenere il drone bilanciato e anche stabile in tutta la gamma di condizioni che i droni incontrano.
È necessario avere un numero pari di eliche che girano in senso orario e antiorario per impedire all’aereo di girare fuori controllo. Avendo quattro punti separati che hanno una spinta variabile, il drone è anche in grado di superare qualsiasi instabilità laterale, anteriore e posteriore o rotazionale, aumentando o diminuendo la velocità di ciascuno dei quattro motori.
Questo non avviene in modo così efficiente con due eliche e quindi il prossimo numero pari di eliche è quattro. Questo è il motivo per cui i droni devono avere quattro eliche per rimanere stabili ed equilibrati durante i loro movimenti.
Che dire di più eliche?
I droni possono avere anche sei o otto eliche, ma seguono le stesse regole di cui sopra:
- un numero pari di eliche
- disposte simmetricamente intorno al corpo del drone
- una quantità uguale che gira in senso orario e antiorario
- possibile controllare individualmente i movimenti.
L’unico limite al numero di eliche che hai intorno ad un drone è lo spazio fisico che sei in grado di dare ad ogni elica. Se sono troppo vicine l’una all’altra, il drone non sarà in grado di avere un flusso d’aria efficiente attraverso le superfici delle eliche e sarà significativamente più instabile.
È tutto un gioco di equilibri per mantenere il drone in aria con la minor quantità di peso (motori ed eliche) possibile.
Sulla parte meno scientifica dello spettro, c’è stato un esperimento su YouTube con un DJI Phantom per. Diamo un’occhiata a questo esperimento ora – anche se non è basato sulla scienza è ancora molto interessante.
Esperimento su YouTube con un DJI Phantom 4
In questo video la premessa era relativamente semplice. Lo sperimentatore ha preso un DJI Phantom per con quattro eliche piene e lentamente tagliato via la lunghezza di una delle eliche. Hanno tolto circa 1 pollice da ogni lato dell’elica fino a quando non è rimasto molto poco.
Dal video si può vedere che anche se le pale sono state tagliate con una sega e lasciano un bordo irregolare, non è fino a quando la maggior parte della lama è stata rimossa che c’è un problema di stabilità.
Il punto chiave è che il drone gira intorno al suo asse a causa dei movimenti sbilanciati in senso orario e antiorario delle eliche. Questo è un segnale che il drone è al limite della sua stabilità, dato che decollare ancora farà capovolgere il drone piuttosto che farlo girare.
Cosa si può fare se si rompe un’elica durante un volo
Se state volando e accidentalmente scheggiate o danneggiate un’elica ci sono alcune cose che potete fare. Tuttavia, non è possibile recuperare completamente un drone DJI se si perde completamente un’elica. Non ha i meccanismi con cui stabilizzarsi tutti gli algoritmi che gli permettono di atterrare in modo sicuro come i droni che abbiamo menzionato nell’esperimento scientifico, sopra.
Qui, daremo un’occhiata a cosa si può fare se accidentalmente si scheggia o si danneggia un’elica mentre si vola:
- Togliere le mani dai comandi – se il vostro drone ha una funzione di stabilizzazione automatica la cosa migliore che potete fare è dare al drone una possibilità di se notate qualsiasi problema con la stabilità del drone o è entrato in contatto con qualcosa togliete le mani dal controller a meno che non abbiate bisogno di sterzare da un pericolo imminente.
- Guarda se gira – se il tuo drone sta girando dopo essere entrato in contatto con qualcosa nell’ambiente immediato è un indicatore che il tuo drone sta quasi per cadere dal cielo e non è più in grado di volare.
- Ritornare a terra se è sicuro – se si scheggia o si rompe un’elica durante un volo e il drone è ancora in aria potresti essere in grado di manovrarlo in sicurezza fino al punto di atterraggio. Se non sei in grado di farlo, atterra immediatamente nell’area più vicina e sicura e vai a prendere il drone.
- Sostituisci le pale – va da sé che se hai delle pale danneggiate (non importa quanto poco siano danneggiate) dovresti sostituirle. Come le gomme di un’auto, l’elica di un drone è l’unica cosa che tiene veramente in cielo e anche solo una piccola frattura può facilmente trasformarsi in più durante le forze di rotazione durante il volo. Nel dubbio, sostituisci tutte le eliche e smaltisci quelle vecchie.
- Non cercare di prendere il drone – se stai volando sopra di te e il drone sta cadendo verso di te togliti di mezzo e non cercare di prendere il drone. Questo perché le eliche girano ad una velocità molto elevata, il che significa che possono facilmente causare danni ai tessuti molli. Soprattutto se hanno bordi taglienti a causa di danni.
Se il drone è fuori controllo può essere relativamente pericoloso. Controlla il mio altro articolo – le lame del drone sono pericolose? [Articolo completo sulla sicurezza delle pale] – clicca qui.
Le pale del drone sono pericolose?
Un’elica rotta è molto più affilata di un’elica tipica di un drone, quindi ogni consiglio sarebbe quello di assicurarsi di non entrare in contatto con la lama del drone che gira se è stata danneggiata o spostata. Le pale del drone possono essere molto pericolose perché hanno speso un numero molto alto di giri e se sono rotte gireranno più velocemente del solito. Il bordo d’attacco affilato della lama può facilmente tagliare e un tessuto morbido e causare una lacerazione che non possono causare danni significativi in modo che un dito sarà tolto, per esempio.
Se vuoi proteggere le tue lame puoi usare le protezioni per l’elica – la maggior parte dei droni sono dotati di protezioni per l’elica e proteggeranno le lame del drone così come qualsiasi cosa nell’ambiente. Dovresti farlo se stai volando in un ambiente nuovo o con ostacoli sporgenti o vicini.
Conclusione
I droni rimangono in aria perché sono stati progettati e costruiti per rimanere perfettamente in equilibrio durante il volo.
Quattro eliche è il minimo a cui un drone può rimanere abbastanza stabile da volare in modo controllabile. Ci sono alcuni droni a tre eliche sul mercato, ma i droni a quattro eliche sono i più economici in termini di peso e stabilità.
Se un drone perde un’elica può rimanere stabile finché ci sono speciali algoritmi di recupero programmati nel drone. Per rimanere in volo il drone deve ruotare intorno a un asse primario in modo che possa rimanere stabile e atterrare in modo sicuro.