Es ist eine Frage, die wir uns als Drohnenflieger nach einem Beinaheunfall oder einem Unfall oft stellen. Kann eine Libelle mit drei Propellern fliegen? Wenn Sie einen bösen Zwischenfall hatten oder einfach nur neugierig sind, haben Sie vielleicht schon mit dieser Frage experimentiert. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die Wissenschaft und Experimente, die online durchgeführt wurden, um genau diese Frage zu beantworten.
In Eile? Hier ist die kurze Antwort:
Ja, Wissenschaftler haben gezeigt, dass eine Drohne auch mit drei Propellern fliegen kann. Dies erfordert jedoch spezielle Algorithmen, die in die Software zur Wiederherstellung der Drohne implementiert werden müssen. Eine typische kommerzielle Drohne verfügt nicht über diese Algorithmen und kann daher nicht mit nur drei Propellern fliegen.
Es gibt einige Drohnen, die mit nur drei Propellern konstruiert wurden, und der Unterschied zu einer Drohne mit vier Propellern besteht darin, dass sie von vornherein so konstruiert und ausgewuchtet wurden.
Werfen wir einen Blick auf eine der interessantesten Studien zur Frage, ob eine Drohne auch ohne einen, zwei oder drei Propeller fliegen kann.
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Was die Wissenschaft sagt
Im Jahr 2014 wurde eine Studie veröffentlicht, die sich mit genau dieser Frage beschäftigte. Sie wurde auf der Internationalen Konferenz für Robotik und Automatisierung (ICRA) vorgestellt. In der Studie wird untersucht, wie eine Drohne mit vier Propellern ihre Höhe um eine Position im Raum hält, obwohl sie einen, zwei oder drei Propeller verloren hat.
In jeder der Situationen musste die Drohne um einen primären Zugang herum gesteuert werden, um sie zu kontrollieren. Das bedeutet, dass eine Drohne auch mit drei Propellern fliegen kann, wenn sie so programmiert ist, dass sie sich beim Verlust eines Propellers immer wieder im Kreis dreht.
So sieht es aus, wenn eine Drohne einen Propeller verliert und so programmiert wurde, dass sie sich um eine Achse dreht und dann automatisch weich landet. Es ist ziemlich beeindruckend, dass die Drohne so schnell auf den Vorfall reagieren kann:
Dieser Algorithmus nutzt zunächst die verbleibenden Propeller, um die Drohne in eine schwebende horizontale Drehung zu versetzen. Nachdem er die Stabilität der Drohne durch gezieltes Verändern des Schubs der einzelnen Propeller sichergestellt hat, steuert er den Vierkerner durch Kippen des Drehwinkels. Anschließend wird der Schub langsam verringert und die Drohne zu einer kontrollierten Landung gebracht.
Interessant ist, dass der Algorithmus auch funktioniert, wenn nur ein Propeller in Betrieb ist. Hier ist das Video der Drohne, die auch an Propellern verliert:
Die Methoden, über die die Wissenschaftler sprechen, könnten auch bei der Entwicklung von rotierenden Fahrzeugen eingesetzt werden, die mit nur einem Propeller auskommen. Dies würde die Herstellung wesentlich billiger machen als eine Drohne mit vier Propellern, allerdings zu dem Preis, dass sie nicht die volle Höhe oder Stabilität des Fahrzeugs kontrollieren kann.
Drohne, die mit einem Propeller fliegen kann
Die gleiche Gruppe von Forschern, die wir oben besprochen haben, hat über ihre Forschung in der BBC berichtet. In diesem Video zeigen sie eine Drohne, die mit nur einem Propeller fliegen kann. Sie wollten die Grenzen dessen, was mit Drohnen möglich ist, wirklich ausreizen, und in dem oben verlinkten Video ist zu sehen, wie sehr sich die Drohne drehen muss, um mit nur einem Propeller stabil zu bleiben.
Die Drohnen können also so programmiert werden, dass sie fliegen (nun ja…sich drehen), obwohl sie nur drei funktionierende Propeller haben. Warum genau brauchen Drohnen vier Propeller? Sehen wir uns diese Frage jetzt an.
Warum haben Drohnen vier Propeller?
Drohnen sind täuschend schwer in der Luft zu halten. Sie erfordern ein hohes Maß an Technik und Softwarekontrolle, um sie stabil zu halten. Der Grund, warum wir vier Propeller an einer Drohne haben, ist, dass dies eine der wirtschaftlichsten Möglichkeiten ist, die Drohne in der Balance zu halten und sie auch unter den verschiedensten Bedingungen stabil zu halten.
Es ist wichtig, dass sich eine gerade Anzahl von Propellern im und gegen den Uhrzeigersinn dreht, damit das Fluggerät nicht außer Kontrolle gerät. Durch die vier separaten Punkte mit variablem Schub kann die Drohne auch jede seitliche, vordere und hintere oder rotatorische Instabilität überwinden, indem sie die Geschwindigkeit jedes der vier Motoren erhöht oder verringert.
Dies ist mit zwei Propellern nicht so effizient möglich, so dass die nächsthöhere Anzahl von Propellern vier ist. Aus diesem Grund müssen Drohnen vier Propeller haben, um während ihrer Bewegungen stabil und ausgeglichen zu bleiben.
Wie wäre es mit mehr Propellern?
Drohnen können auch sechs oder acht Propeller haben, aber sie folgen den gleichen Regeln wie oben:
- eine gerade Anzahl von Propellern
- symmetrisch um den Drohnenkörper herum angeordnet
- eine gleiche Anzahl, die sich im und gegen den Uhrzeigersinn dreht
- und deren Bewegungen einzeln gesteuert werden können.
Die einzige Grenze für die Anzahl der Propeller an einer Drohne ist der Platz, den man den einzelnen Propellern zur Verfügung stellen kann. Wenn sie zu nahe beieinander liegen, kann die Drohne keinen effizienten Luftstrom über die Oberflächen der Propeller erzeugen und wird deutlich instabiler.
Es ist alles ein Balanceakt, um die Drohne mit möglichst wenig Gewicht (Motoren und Propeller) in der Luft zu halten.
Auf der weniger wissenschaftlichen Seite des Spektrums gab es ein YouTube-Experiment mit einer DJI Phantom für. Schauen wir uns dieses Experiment einmal an – auch wenn es nicht wissenschaftlich fundiert ist, ist es doch sehr interessant.
YouTube-Experiment mit einer DJI Phantom 4
In diesem Video war die Prämisse relativ einfach. Der Experimentator nahm einen DJI Phantom 4 mit vier vollen Propellern und schnitt langsam die Länge eines der Propeller ab. Auf jeder Seite des Propellers wurde etwa ein Zentimeter abgetragen, bis nur noch wenig übrig war.
Auf dem Video kann man sehen, dass die Blätter zwar mit einer Säge geschnitten wurden und eine ausgefranste Kante hinterlassen, aber erst wenn der Großteil des Blattes entfernt wurde, gibt es ein Problem mit der Stabilität.
Die wichtigsten Erkenntnisse sind, dass sich die Drohne aufgrund der unausgewogenen Bewegungen der Propeller im und gegen den Uhrzeigersinn um ihre Achse dreht. Das ist ein Zeichen dafür, dass die Drohne an der Grenze ihrer Stabilität angelangt ist, denn wenn man weiter abhebt, wird die Drohne eher umkippen, als dass sie sich dreht.
Was Sie tun können, wenn Ihnen während des Fluges ein Propeller abbricht
Wenn du fliegst und versehentlich einen Propeller abbrichst oder anderweitig beschädigst, gibt es ein paar Dinge, die du tun kannst. Allerdings kann man eine DJI-Drohne nicht vollständig wiederherstellen, wenn man einen Propeller komplett verliert. Sie verfügt nicht über die Mechanismen, mit denen sie sich selbst stabilisieren kann, und auch nicht über alle Algorithmen, die es ihr ermöglichen, sicher zu landen, wie die Drohnen, die wir im wissenschaftlichen Experiment oben erwähnt haben.
Hier sehen wir uns an, was man tun kann, wenn man beim Fliegen versehentlich einen Propeller abreißt oder beschädigt:
- Hände weg von der Steuerung – wenn deine Drohne eine automatische Stabilisierungsfunktion hat, ist das Beste, was du tun kannst, der Drohne eine Chance zu geben, wenn du irgendwelche Probleme mit der Stabilität der Drohne bemerkst oder sie mit etwas in Berührung gekommen ist, nimm deine Hände von der Steuerung, es sei denn, du musst dich von einer unmittelbaren Gefahr wegbewegen.
- Achten Sie auf Trudeln – wenn Ihre Drohne sich dreht, nachdem sie mit irgendetwas in der unmittelbaren Umgebung in Berührung gekommen ist, ist dies ein Anzeichen dafür, dass Ihre Drohne kurz davor ist, vom Himmel zu fallen und nicht mehr fliegen zu können.
- Zur Landung zurückkehren, wenn es sicher ist – wenn Sie während des Fluges einen Propeller beschädigen oder brechen und die Drohne noch in der Luft ist, können Sie sie möglicherweise sicher zum Landeplatz zurückmanövrieren. Wenn Sie dazu nicht in der Lage sind, landen Sie sofort in der nächstgelegenen sicheren Gegend und gehen Sie zur Drohne, um sie einzusammeln.
- Ersetzen Sie die Blätter – es versteht sich von selbst, dass Sie die Blätter ersetzen sollten, wenn sie beschädigt sind (egal, wie wenig sie beschädigt sind). Wie die Reifen eines Autos ist der Propeller einer Drohne das Einzige, was wirklich am Himmel hält, und selbst ein kleiner Haarriss kann sich durch die Rotationskräfte beim Fliegen leicht zu mehr auswachsen. Im Zweifelsfall sollten Sie alle Propeller ersetzen und die alten entsorgen.
- Versuchen Sie nicht, die Drohne zu fangen – wenn Sie über sich selbst fliegen und die Drohne auf Sie zukommt, gehen Sie aus dem Weg und versuchen Sie nicht, die Drohne zu fangen. Das liegt daran, dass sich die Propeller mit einer sehr hohen Geschwindigkeit drehen, was bedeutet, dass sie leicht Weichteilschäden verursachen können. Vor allem, wenn sie aufgrund einer Beschädigung scharfe Kanten haben.
Wenn die Drohne außer Kontrolle gerät, kann sie relativ gefährlich sein. Schauen Sie sich meinen anderen Artikel – sind Drohnenblätter gefährlich? (Vollständiger Artikel zur Sicherheit von Drohnenblättern) – hier klicken.
Sind Drohnenblätter gefährlich?
Ein gebrochener Propeller ist viel schärfer als ein typischer Drohnenpropeller. Daher sollte man darauf achten, dass man nicht mit dem sich drehenden Drohnenblatt in Berührung kommt, wenn es beschädigt oder verrutscht ist. Drohnenblätter können sehr gefährlich sein, da sie eine sehr hohe Anzahl von Umdrehungen aufweisen und sich bei einem Bruch schneller als gewöhnlich drehen. Die scharfe Vorderkante der Klinge kann leicht schneiden und ein weiches Gewebe und verursachen eine Risswunde, die sie nicht verursachen können erhebliche Schäden, so dass ein Finger abgenommen werden, zum Beispiel.
Wenn Sie Ihre Blätter schützen wollen, können Sie Propellerschutzvorrichtungen verwenden – die meisten Drohnen werden mit Propellerschutzvorrichtungen geliefert, die sowohl die Drohnenblätter als auch alles in der Umgebung schützen. Sie sollten dies tun, wenn Sie in einer neuen Umgebung oder in einer Umgebung mit überhängenden oder nahe gelegenen Hindernissen fliegen.
Fazit
Drohnen bleiben in der Luft, weil sie so konstruiert sind, dass sie beim Fliegen perfekt im Gleichgewicht bleiben.
Vier Propeller sind das Minimum, bei dem eine Drohne stabil genug bleiben kann, um kontrollierbar zu fliegen. Es gibt einige Drohnen mit drei Propellern auf dem Markt, aber Drohnen mit vier Propellern sind in Bezug auf Gewicht und Stabilität am wirtschaftlichsten.
Verliert eine Drohne einen Propeller, kann sie stabil bleiben, solange spezielle Wiederherstellungsalgorithmen in die Drohne einprogrammiert sind. Um im Flug zu bleiben, muss sich die Drohne um eine Hauptachse drehen, damit sie stabil bleibt und sicher landen kann.