Het is een vraag die wij ons als dronevliegers vaak stellen na een close call of een ongeluk. Kan een draak vliegen met drie propellers? Als je een vervelend incident hebt gehad of je bent gewoon een nieuwsgierig type, dan heb je misschien al geëxperimenteerd met deze vraag. In dit artikel gaan we kijken naar de wetenschap en de experimenten die online zijn gedaan om precies deze vraag te beantwoorden.
Heeft u haast? Hier is het korte antwoord:
Ja, er is door wetenschappers aangetoond dat een drone met drie propellers kan vliegen. Hiervoor moeten echter speciale algoritmen worden geïmplementeerd in de herstelsoftware van de drone. Een typische commerciële drone beschikt niet over deze algoritmen en zal dus niet kunnen vliegen met slechts drie propellers.
Er zijn drones die zijn ontworpen met slechts drie propellers en het verschil met een drone met vier propellers is dat ze zo zijn ontworpen en vanaf het begin in balans zijn geweest.
Laten we eens kijken naar een van de meest interessante studies over het al dan niet kunnen vliegen van een drone met het verlies van één, twee of drie propellers.
Inhoudsopgave
Wat de wetenschap zegt
Er is in 2014 een studie gepubliceerd waarin precies naar deze vraag werd gekeken. Het werd gepresenteerd op de internationale conferentie over robotica en automatisering (ICRA). De paper kijkt naar een drone met vier propellers die een hoogte rond een positie in de ruimte behoudt ondanks het verlies van een enkele, twee tegenovergestelde of drie propellers.
In elk van de situaties moest de drone zich om een primaire toegang heen bewegen om de drone te kunnen besturen. Dit betekende dat het mogelijk is voor een drone om met drie propellers te vliegen als hij specifiek geprogrammeerd is om dan rond en rond te draaien bij het verliezen van een propeller.
Zo ziet het eruit als een drone een propeller verliest en is geprogrammeerd om rond een as te draaien en dan automatisch zacht te landen. Het is behoorlijk indrukwekkend dat de drone zo snel op het incident kan reageren:
Dit algoritme gebruikt in eerste instantie de overgebleven propellers om de drone in een zwevende horizontale spin te zetten. Nadat de stabiliteit van de drone is veiliggesteld door selectief de stuwkracht van elke propeller te wijzigen, stuurt het de quad core door de draaihoek te kantelen. Daarna neemt de stuwkracht langzaam af en daalt de drone tot een gecontroleerde landing.
Interessant is dat het algoritme ook werkt als slechts één propeller operationeel is. Hier is de video van de drone die ook verliest aan propellers:
De methoden waarover de wetenschappers spreken, zouden ook kunnen worden toegepast om roterende voertuigen te ontwerpen die zo kunnen worden ontworpen dat ze maar één propeller hebben. Dit zou het veel goedkoper te produceren dan het drone met vier propellers ten koste van het niet kunnen controleren van de volledige voertuig hoogte of stabiliteit.
Drone die op één propeller kan vliegen
Dezelfde groep onderzoekers die we hierboven hebben besproken, heeft verslag gedaan van hun onderzoek op de BBC. In deze video demonstreren ze de drone die ontworpen is om op één propeller te vliegen. Ze wilden echt de grens verleggen van wat ze konden doen met drones en er is een video in de link hierboven, die laat zien hoeveel de drone moet draaien om stabiel te blijven met slechts één propeller.
Drones kunnen dus worden geprogrammeerd om te vliegen (nou ja…te draaien) als ze maar drie propellers hebben die functioneren. Waarom hebben drones precies vier propellers nodig? Laten we die vraag nu eens bekijken.
Waarom hebben drones vier propellers nodig?
Drones zijn bedrieglijk moeilijk in de lucht te houden. Ze vereisen een enorme hoeveelheid techniek en software om ze stabiel te houden. De reden dat we vier propellers op een drone hebben is dat dit een van de meest economische manieren is om de drone in balans te houden en ook stabiel te houden in het hele scala van omstandigheden die drones tegenkomen.
Er moet een even aantal propellers zijn die met de klok mee en tegen de klok in draaien om te voorkomen dat het vliegtuig uit de hand draait. Door vier afzonderlijke punten te hebben die variabele stuwkracht hebben, is de drone ook in staat om eventuele zijwaartse, voor- en achterwaartse of rotatie-instabiliteit te overwinnen door de snelheid van elk van de vier motoren op te voeren of te verlagen.
Dit gebeurt niet zo efficiënt met twee propellers en dus is het volgende even aantal propellers vier. Daarom moeten drones vier propellers hebben om tijdens hun bewegingen stabiel en in balans te blijven.
En hoe zit het met meer propellers?
Drones kunnen ook zes of acht propellers hebben, maar dan gelden dezelfde regels als hierboven:
- een even aantal propellers
- symmetrisch gerangschikt rond de romp van de drone
- een gelijk aantal dat met de klok mee en tegen de klok in draait
- afzonderlijk bestuurbaar voor bewegingen.
De enige limiet aan het aantal propellers dat je rond een drone kunt hebben, is de fysieke ruimte die je elke propeller kunt geven. Als ze te dicht bij elkaar komen, kan de drone geen efficiënte luchtstroom over de oppervlakken van de propellers krijgen en zal hij aanzienlijk instabieler worden.
Het is allemaal een evenwichtsoefening om de drone met zo weinig mogelijk gewicht (motoren en propellers) in de lucht te houden.
Aan de minder wetenschappelijke kant van het spectrum is er een experiment op YouTube geweest met een DJI Phantom for. Laten we nu eens kijken naar dat experiment – ook al is het niet gebaseerd op wetenschap is het nog steeds erg interessant.
YouTube-experiment met een DJI Phantom 4
In deze video was het uitgangspunt relatief eenvoudig. De experimentator nam een DJI Phantom voor met vier volle propellers en hakte langzaam de lengte van een van de propellers weg. Ze namen ongeveer 1 inch van elke kant van de propeller weg totdat er heel weinig over was.
Op de video is te zien dat, ook al zijn de bladen met een zaag doorgezaagd en laten ze een rafelige rand achter, pas als het grootste deel van het blad is verwijderd, ontstaat er een probleem met de stabiliteit.
Het belangrijkste is dat de drone rond zijn as draait door de onevenwichtige bewegingen van de propellers met de klok mee en tegen de klok in. Dit is een signaal dat de drone aan de grenzen van zijn stabiliteit zit, want als je nog verder opstijgt, zal de drone eerder flippen dan draaien.
Wat u kunt doen als u een propeller breekt tijdens een vlucht
Als je aan het vliegen bent en je per ongeluk een chip of anderszins een propeller beschadigt, zijn er een paar dingen die je kunt doen. U kunt een DJI drone echter niet volledig herstellen als u een propeller volledig verliest. Het heeft niet de mechanismen waarmee het zichzelf kan stabiliseren alle algoritmen waarmee het veilig en veilig kan landen zoals de drones die we hebben genoemd in het wetenschappelijk experiment, hierboven.
Hierna bekijken we wat je kunt doen als je per ongeluk een propeller afbreekt of beschadigt tijdens het vliegen:
- handen van de besturing – als je drone een automatische stabilisatiefunctie heeft, kun je de drone het beste een kans geven om als je problemen met de stabiliteit van de drone opmerkt of als de drone ergens mee in aanraking is gekomen, je handen van de besturing te halen, tenzij je moet wegsturen van een dreigend gevaar.
- Kijk uit voor spinnen – als je drone spint nadat deze in contact is gekomen met iets in de directe omgeving, is dit een indicator dat je drone bijna uit de lucht valt en niet meer kan vliegen.
- Keer terug naar de landingsplaats als het veilig is – als je tijdens een vlucht een propeller afbreekt of breekt en de drone is nog in de lucht, kun je deze mogelijk veilig terug manoeuvreren naar de landingsplaats. Als je dit niet kunt doen, land dan onmiddellijk op de dichtstbijzijnde veiligste plek en ga naar de drone om hem op te halen.
- Vervang de bladen – het spreekt voor zich dat als je bladen hebt beschadigd (hoe klein ze ook zijn), je ze moet vervangen. Net als banden op een auto is een drone propeller het enige dat echt in de lucht houdt en zelfs een kleine haarscheurtje kan gemakkelijk veranderen in meer tijdens de krachten van rotatie tijdens het vliegen. Vervang bij twijfel alle propellers en gooi de oude weg.
- Probeer de drone niet te vangen – als u boven uzelf vliegt en de drone op u afkomt, ga dan aan de kant en probeer de drone niet te vangen. De propellers draaien namelijk met een zeer hoge snelheid rond, waardoor ze gemakkelijk schade aan weke delen kunnen veroorzaken. Vooral als ze scherpe randen hebben als gevolg van beschadigingen.
Als de drone uit de hand loopt, kan hij relatief gevaarlijk zijn. Bekijk mijn andere artikel – zijn drone blades gevaarlijk? [Volledig artikel over de veiligheid van dronebladen) – klik hier.
Zijn drone bladen gevaarlijk?
Een gebroken propeller is veel scherper dan een typische drone propeller dus een advies zou zijn om ervoor te zorgen dat je niet in contact komt met het draaiende drone blad als het beschadigd is geraakt of los is geraakt. Drone bladen kunnen zeer gevaarlijk zijn omdat ze een zeer hoog aantal omwentelingen maken en als ze gebroken zijn zullen ze sneller ronddraaien dan normaal. De scherpe voorkant van het mes kan gemakkelijk snijden en een zacht weefsel en een scheur veroorzaken die geen significante schade kan veroorzaken, zodat bijvoorbeeld een vinger eraf wordt gehaald.
Als u uw bladen wilt beschermen, kunt u propellerafschermingen gebruiken – de meeste drones worden geleverd met propellerafschermingen en deze zullen de dronebladen beschermen, evenals alles in de omgeving. Doe dit als je in een nieuwe omgeving vliegt of in een omgeving met overhangende obstakels of obstakels in de buurt.
Conclusie
Drones blijven in de lucht omdat ze zijn ontworpen en gebouwd om perfect in balans te blijven tijdens het vliegen.
Vier propellers is het minimum waarbij een drone stabiel genoeg kan blijven om op een bestuurbare manier te vliegen. Er zijn enkele drones met drie propellers op de markt, maar drones met vier propellers zijn het zuinigst in termen van gewicht en stabiliteit.
Als een drone een propeller verliest kan hij stabiel blijven zolang er speciale herstelalgoritmes in de drone zijn geprogrammeerd. Om in de vlucht te blijven moet de drone om een primaire as draaien, zodat hij stabiel kan blijven en veilig kan landen.