Если вы когда-нибудь летали на дроне, вы сразу же осознаете, насколько громко он летает. Когда вы видите в Интернете чужие видеозаписи с дронов, вам очень редко удается услышать, насколько громко летает дрон. Шум дрона может быть разным — от небольшого высокотонального жужжания до раздражающего пульсирования, которое слышно на довольно большом расстоянии. В этой статье мы расскажем, почему дроны такие громкие и что можно сделать, чтобы ваш дрон не стал слишком громким. Кроме того, мы рассмотрим научную основу новейших технологий, позволяющих снизить шум, издаваемый дронами во время полета.
Дроны громкие.
Дроны громкие, потому что при быстром движении пропеллеров по воздуху они быстро перемещают большое количество воздуха, создавая скачки и падения давления при вращении пропеллера, что приводит к появлению характерного жужжащего шума. Быстрое движение лопастей пропеллера и усилия электродвигателей также создают много шума.
Чем быстрее пропеллеры, тем больше шума.
Чем быстрее вращаются пропеллеры, тем выше шаг создаваемого жужжания, а чем медленнее пропеллеры рассекают воздух, тем ниже шаг. У меня есть Mavic air, и у него пропеллеры меньше, чем у других дронов DJI, и есть заметная разница в шаге и шуме, который они создают. Более крупные дроны имеют более длинные пропеллеры и меньшую частоту вращения во время полета.
Содержание
Почему дроны такие громкие? — Вот краткий ответ:
Вот четыре причины, почему дроны издают так много шума во время зависания и полета:
- Частота вращения пропеллеров — как мы говорили выше, если пропеллеры быстро проносятся по воздуху, то генерируется более высокая частота. Вы мало что можете сделать с дроном, которому требуется высокая частота вращения. Это то, что удерживает его в воздухе. Однако вы можете выбрать дрон большего размера с более медленной частотой вращения, чтобы избежать высокочастотного звука «пчелиного роя».
- Лопасти пропеллера проходят над руками — одна из основных причин высокого звука, издаваемого дронами, заключается в том, что лопасти пропеллера должны проходить над руками, которые выступают за пределы корпуса дрона. Когда лопасти пропеллера проходят над руками, над руками временно создается система высокого давления, а под летательным аппаратом давление прекращается. Это создает волну давления и звук довольно низкой частоты.
- Размер дрона — вес дрона будет определять скорость вращения пропеллеров для создания тяги, необходимой для зависания. Если вы покупаете тяжелый дрон, пропеллеры будут вращаться быстрее и будут намного громче. Для сравнения, вертолет — это самый громкий тяжелый дрон.
- Длина, шаг и глубина пропеллеров — более крупные пропеллеры вмещают больше воздуха при вращении, что означает, что они производят больше тяги и требуют меньшей частоты вращения для удержания дрона в воздухе. Звук также меняется в зависимости от угла, или шага, пропеллера, поскольку шаг определяет, насколько сильно он возмущает воздух.
Теперь вы знаете, почему беспилотники производят так много шума, давайте посмотрим, насколько шумными являются беспилотники, и дадим вам возможность сравнить это с повседневными шумами.
Как шумит дрон?
Дроны очень сильно отличаются по уровню шума. Кроме того, существует зависимость между тем, насколько близко к наблюдателю пролетает беспилотник, и тем, насколько громким он воспринимается. Чтобы понять, насколько шумным является беспилотник, нам необходимо получить представление о единице измерения громкости, которой является децибел.
Децибел — это единица измерения громкости.
Децибел — это единица измерения интенсивности песка, сокращенно обозначаемая дБ. Шкала дБ очень велика, потому что песок очень чувствителен. Люди с нормальным слухом могут слышать все — от легкого прикосновения к коже до рева двигателя самолета. Шкала децибел — это логарифмическая шкала. Это означает, что на каждую единицу измерения она увеличивается на 10.
Для понимания полного диапазона уровней децибел по отношению к повседневным звукам здесь приведена таблица различных уровней дБ.
Уровни децибел
0 дБ — это самый тихий звук, который может услышать человеческое ухо, он почти неслышен. Это похоже, например, на падающий на землю лист. Любое воздействие песка свыше 140 дБ считается небезопасным для человеческого уха, а воздействие шума свыше 85 дБ в течение длительного времени также повредит слух.
Из приведенной выше таблицы видно, что шумы могут очень быстро достичь небезопасного уровня. Сокращение времени, которое вы проводите, слушая очень громкие звуки, защитит ваш слух. Вы заметите, что громкость дронов составляет от 70 до 80 дБ. Это очень близко к чрезмерному уровню шума в 85 дБ, и длительное воздействие таких шумов определенно повредит вашему уху. К счастью, дроны сделаны так, чтобы летать вдали от себя, поэтому маловероятно, что во время полета вы будете подвергаться длительному воздействию очень громких дронов.
Как сделать мой дрон тише?
Если вы хотите узнать больше способов сделать свой дрон тише, ознакомьтесь с другой моей статьей — Как сделать мой дрон тише? — Нажмите здесь, чтобы перейти к статье.
В связи с тем, как дроны держатся в воздухе, мы ничего не можем сделать, чтобы избежать вытеснения дронами воздуха и создания значительного количества шума. Шум, который мы слышим, на самом деле является избыточной энергией, необходимой для перемещения воздуха с целью создания тяги. На самом деле есть только два способа уменьшить громкость беспилотника:
- поглощение генерируемого звука — на рынке существует несколько продуктов, которые утверждают, что уменьшают шум дрона во время его зависания. Этот подход основан на балансировке смещения воздуха с поглощением звуковых волн, генерируемых пропеллером, проносящимся по воздуху. Существует очень мало дронов, использующих этот подход, поэтому для достижения поглощения звука необходимо использовать сторонние аксессуары.
- Изменение формы и морфологии пропеллера — поскольку пропеллеры и двигатели являются основными частями дрона, производящими шум, существует множество производителей пропеллеров для дронов, которые изменяют форму и текстуру поверхности пропеллеров, чтобы минимизировать шум. Отзывы об этом подходе неоднозначны, но если вы хотите попробовать, то приобрести пропеллеры-невидимки можно относительно недорого.
Используя эти два варианта снижения шума дрона, вот некоторые способы, с помощью которых вы можете сделать свой дрон тише.
Используйте больше роторов
Добавление большего количества роторов к дрону означает, что каждый ротор должен вытеснять меньше воздуха, чтобы удержать дрон в воздухе, и, следовательно, каждый двигатель должен работать немного меньше. В 2015 году команда из НАСА разработала прототип беспилотника, который был создан для того, чтобы заглушить раздражающий шум, возникающий во время полета.
Дрон НАСА был создан для того, чтобы заглушить раздражающий шум, возникающий во время полета.
У дрона НАСА было восемь двигателей, а это значит, что каждый двигатель может работать на немного разных оборотах в минуту. Это означает, что генерируются меньшие гармоники, чем в дроне с четырьмя пропеллерами, и уменьшается частотный спектр. Эта техника называется распределением частотного спектра и возможна только благодаря большому количеству пропеллеров, которые точно контролируются электронным блоком управления. Это означает, что когда прототип дрона летел на высоте 30 метров, его практически не было слышно.
Кроме того, это делает этот беспилотный летательный аппарат очень эффективным.
Это делает дрон идеальным для доставки посылок!
Большой медленный пропеллер
Это связано с тем, что большие пропеллеры могут вытеснить больше воздуха, чем маленькие. Это означает, что каждому двигателю не нужно тратить фантастическую мощность на ту же самую тягу. Более крупный пропеллер также снижает частоту шума, который, по отзывам людей, меньше раздражает.
Для каждого типа дронов можно приобрести пропеллеры на вторичном рынке, и это может повлиять на уровень производимого шума. Увеличение диаметра пропеллеров также увеличит коэффициент тяги для более эффективного создания вертикальной подъемной силы. Большие пропеллеры с меньшим числом оборотов создают нагрузку на двигатели и увеличивают нагрузку на батареи и другие внутренние компоненты — это означает, что замена пропеллеров на другой тип всегда приносит свои плоды.
Очистите поверхность от песка
Когда вы покупаете коммерчески доступный дрон, на пропеллере часто бывают логотипы и другие вещи и тиснение.
Если вы купили дрон со следами формовки или другими логотипами, вы можете быстро удалить излишки пластика с помощью наждачной бумаги 800 или 600 и исправить форму, слегка потирая поверхность. Как правило, пластик, используемый в пропеллерах, представляет собой армированный нейлоновый композит, который не так легко повредить. Если вы боитесь, что отшлифуете пропеллер и выведете свой дрон из равновесия, просто потрите одинаковое количество раз каждый пропеллер. В качестве альтернативы вы можете просто тереть одинаковое количество времени на каждом пропеллере.
Купить пропеллеры с низким уровнем шума
В продаже имеется множество малошумных пропеллеров. Если вы зайдете в любой розничный магазин (например, Amazon) и напечатаете в поиске «пропеллеры с низким уровнем шума» и вашу модель дрона, вы найдете целый ряд пропеллеров с низким уровнем шума и быстросъемным креплением для вашей модели. Как правило, они работают по нескольким направлениям
- они снижают количество оборотов в минуту
- стелс-пропеллеры имеют очень гладкую поверхность.
Типичными результатами использования пропеллеров «стелс» является снижение шума примерно на 3,5 дБ за счет уменьшения оборотов в минуту примерно на 20%. Дополнительным побочным эффектом сверхэффективных и гладких лопастей является то, что вы, скорее всего, получите более длительное время полета с увеличением времени зависания на 14%.
Преимущество такого подхода заключается в том, что для достижения оптимальной производительности не нужно вносить никаких изменений в настройки дрона. Не нужно вносить никаких изменений в настройки. Все, что вам нужно сделать, это снять старые пропеллеры и установить новые пропеллеры «стелс», а DJI Mavic air сам выполнит все настройки. Если было обновление программного обеспечения, вы можете изменить коэффициент усиления, чтобы добиться лучшей производительности.
Обтекатели пропеллеров
Вы также можете приобрести так называемый обтекатель. Компания под названием dotterel выпустила шумопоглощающие и безопасные кожухи для пропеллеров дронов. Они снижают уровень шума, гася взаимодействие воздуха с телом, руками и другими частями дрона.
Компания dotterel производит защитный кожух для пропеллеров дрона.
Защитный кожух снижает шум, сначала поглощая песок, а затем отражая остаточный шум вверх и в сторону от людей на земле. Кроме того, в сердцевине защитного кожуха поглощаются определенные частоты, поскольку он изготовлен из акустических материалов, которые особенно хорошо поглощают некоторые частоты.
Подробнее
Как наука делает беспилотники тише
С тех пор как появились беспилотные летательные аппараты, люди спрашивают, как сделать беспилотник тише? Существует множество коммерческих и технических причин, по которым вы можете захотеть сделать беспилотник тише. Возможно, вы будете летать над животными, возможно, над людьми, которых нельзя беспокоить, возможно, вы даже записываете звук для фильма. Какова бы ни была причина, наука начала изучать способы снижения уровня шума от беспилотников, и мы расскажем о некоторых из этих исследований здесь.
Рассеивание шума фюзеляжем беспилотника
В 2019 году китайская исследовательская группа провела исследование, посвященное разработке бесшумных дронов путем понимания физических аспектов генерации и распространения шума от дронов. В своей работе они представили схему оценки эффекта рассеивания шума ротора летающего дрона с помощью различных методов моделирования и математических методов.
Понимая влияние корпуса на шум ротора и рассеянный шум, создаваемый отраженным шумом, они представили способ анализа того, что именно необходимо сделать для снижения шума от различных типов корпусов беспилотников. В своей работе они используют тип корпуса дрона, который очень похож на серию DJI phantom. Вот как выглядит картина шума от дронов:
Вы видите, что во время полета большое количество шума отражается вверх и очень мало — вниз.
Разработка тихого пропеллера для беспилотного летательного аппарата
В 2009 году ученые из Израиля отметили, что проектирование тихого и эффективного пропеллера является сложной задачей, поскольку эти две цели часто приводят к противоречивым тенденциям в дизайне.
В исследовании рассматривался междисциплинарный процесс оптимизации конструкции для проектирования тихоходного пропеллера. На эту конструкцию накладываются силовые, структурные и боковые ограничения, но они смогли спроектировать тихий пропеллер для электрического мини-беспилотного летательного аппарата. Переменные конструкции включают такие параметры, как геометрия лопастей, угол конуса лопастей, радиус пропеллера, количество лопастей и скорость вращения двигателя. Было установлено, что характеристики двигателя также оказывают очень важное влияние на оптимизацию пропеллера, поэтому их следует учитывать при проектировании бесшумного пропеллера.
Они пришли к следующим выводам:
- что основной механизм снижения шума гребного винта включает в себя снижение скорости вращения винта.
- Увеличение числа лопастей снижает уровень шума. Снижение шума может стать тише на 10 дБ.
- Шум беспилотника зависит от того, насколько близко он находится над наблюдателем, и оптимизация для минимального шума в точке непосредственно над летчиком должна быть приоритетной при проектировании.
- Результаты работы подчеркивают важность междисциплинарного подхода к проектированию тихого пропеллера. При проектировании тихоходного пропеллера важно учитывать все дисциплины одновременно.
Эта статья показывает, насколько сложно создать действительно тихий дрон.
Акустическое тестирование стоковых и модифицированных пропеллеров
В недавней работе, опубликованной в 2021 году, рассматривались стоковые пропеллеры DJI phantom to и сравнивались со стоповым пропеллером, который был модифицирован с вырезом на задней кромке.
Сравнение двух пропеллеров показало, что пропеллеры с вырезом на кромке и стоп-пропеллеры имеют одинаковый уровень звукового давления на всех измеренных расстояниях. Выемка на кромке пропеллера, похоже, действительно смещает частоту выше и является единственным значительным различием между двумя типами пропеллеров.
Этот эффект, по-видимому, уменьшается по мере увеличения количества пропеллеров. Гексакоптер DJI также летал с пропеллерами с вырезом на упоре и с вырезом на задней кромке. Гексакоптер был на 20 дБ шумнее фантома, но ощутимой разницы в уровне звукового давления между двумя пропеллерами не было.
Это означает, что любые значительные изменения в надрезе кромки пропеллера вряд ли приведут к значительному увеличению или уменьшению шума. Интересно!
Станут ли когда-нибудь беспилотники бесшумными?
С учетом того, как дроны держатся в воздухе, я не думаю, что дроны когда-нибудь станут бесшумными. Это связано с тем, что они зависят от перемещения значительного количества воздуха, что по своей природе вызывает шум. Просто подумайте о вентиляторе или другом быстро движущемся объекте — шум будет всегда.
Для того чтобы беспилотные летательные аппараты стали полностью бесшумными, технологии должны совершить невообразимый скачок. Однако ученые работают над снижением уровня шума, и мы даже можем добиться того, что беспилотник будет практически неслышен, когда он пролетает около 30 м в воздухе. Это невероятно, учитывая количество потенциальных возможностей применения беспилотников в городских условиях.
Может, они и не будут бесшумными, но будут очень близки к этому!