Det är en fråga som vi ofta ställer oss själva som drönarflygare efter en olycka. Kan en trollslända med tre propellrar? Om du har haft en obehaglig incident eller om du bara är en nyfiken typ har du kanske redan experimenterat med den här frågan. I den här artikeln ska vi ta en titt på vetenskap och experiment som har gjorts på nätet och som har försökt besvara just den här frågan.
Har du bråttom? Här är det korta svaret:
Ja, en drönare har visat sig kunna flyga med tre propellrar av forskare. Detta kräver dock att särskilda algoritmer implementeras i drönarens återhämtningsprogramvara. En typisk kommersiell drönare har inte dessa algoritmer och kommer därför inte att kunna flyga med endast tre propellrar.
Det finns vissa drönare som har utformats med endast tre propellrar och skillnaden mellan detta och en drönare med fyra propellrar är att de har utformats på detta sätt och har varit balanserade från början.
Låt oss ta en titt på en av de mest intressanta studierna om huruvida en drönare kan flyga med förlust av en, två eller tre propellrar.
Table of Contents
Vad vetenskapen säger
En studie publicerades 2014 som undersökte just denna fråga. Den presenterades vid den internationella konferensen om robotik och automation (ICRA). I artikeln undersöks hur en drönare med fyra propellrar håller en höjd runt en position i rymden trots att den har förlorat en enda, två motsatta eller tre propellrar.
I var och en av situationerna måste drönaren, för att kunna styra drönaren, styra runt en primär åtkomst. Detta innebar att det är möjligt för en drönare att flyga med tre propellrar om den har programmerats specifikt för att sedan rotera runt och runt när den förlorar en propeller.
Så här ser det ut när en drönare förlorar en propeller och har programmerats för att snurra runt en axel och sedan automatiskt mjuklanda. Det är ganska imponerande att drönaren kan agera på händelsen så snabbt:
Algoritmen använder inledningsvis de återstående propellrarna för att sätta drönaren i en svävande horisontell snurr. Efter att ha säkrat drönarens stabilitet genom att selektivt ändra dragkraften hos varje propeller styr den fyrkärnan genom att luta rotationsvinkeln. Därefter minskar den långsamt dragkraften och låter drönaren sjunka ner till en kontrollerad landning.
Interessant nog fungerar algoritmen även om endast en propeller är i drift. Här är videon där drönaren också förlorar till propellrar:
Metoderna som forskarna talar om skulle också kunna tillämpas för att konstruera roterande fordon som skulle kunna utformas så att de har så få som en propeller. Detta skulle göra det mycket billigare att tillverka än en drönare med fyra propellrar, men till priset av att man inte kan kontrollera hela fordonets höjd eller stabilitet.
Drönare som kan flyga på en propeller
Samma forskargrupp som vi har diskuterat ovan fick sin forskning rapporterad på BBC. I den här videon demonstrerar de en drönare som är utformad för att flyga på en propeller. De ville verkligen tänja på gränsen för vad de kunde göra med drönare och det finns en video i länken ovan som visar hur mycket drönaren måste snurra för att hålla sig stabil med bara en propeller.
Drönare kan alltså programmeras att flyga (ja… snurra) när de bara har tre propellrar som fungerar. Varför exakt behöver drönare fyra propellrar? Låt oss ta en titt på den frågan nu.
Varför har drönare fyra propellrar?
Drönare är bedrägligt svåra att hålla i luften. De kräver en enorm mängd teknik och programvarukontroll för att hålla dem stabila. Anledningen till att vi har fyra propellrar på en drönare är att detta är ett av de mest ekonomiska sätten att hålla drönaren i balans och även stabil under alla de olika förhållanden som drönare möter.
Du måste ha ett jämnt antal propellrar som snurrar med och moturs för att hindra flygplanet från att snurra utom kontroll. Genom att ha fyra separata punkter som har variabel dragkraft kan drönaren också övervinna eventuell sidledes, fram och bakåt eller rotationsinstabilitet genom att öka eller minska hastigheten på var och en av de fyra motorerna.
Detta sker inte lika effektivt med två propellrar och därför är nästa jämna antal propellrar fyra. Det är därför drönare måste ha fyra propellrar för att hålla sig stabila och balanserade under hela rörelsen.
Vad sägs om fler propellrar?
Drönare kan också ha sex eller åtta propellrar, men de följer samma regler som ovan:
- ett jämnt antal propellrar
- placerade symmetriskt runt drönarens kropp
- en lika stor mängd som snurrar med och moturs
- kan styras individuellt för rörelser.
Den enda gränsen för hur många propellrar du kan ha runt en drönare är det fysiska utrymme som du har möjlighet att ge varje propeller. Om de kommer för nära varandra kommer drönaren inte att kunna få ett effektivt luftflöde över propellerns ytor och den kommer att bli betydligt mer instabil.
Det hela är en balansakt för att hålla drönaren i luften med minsta möjliga vikt (motorer och propellrar).
På den mindre vetenskapliga sidan av spektrumet har det gjorts ett YouTube-experiment med en DJI Phantom för. Låt oss ta en titt på det experimentet nu – även om det inte är baserat på vetenskap är det fortfarande mycket intressant.
YouTube-experiment med en DJI Phantom 4
I den här videon var förutsättningen relativt enkel. Experimentatorn tog en DJI Phantom för med fyra fulla propellrar och hackade långsamt bort längden på en av propellrarna. De tog bort ungefär 1 tum från varje sida av propellern tills det fanns väldigt lite kvar.
På videon kan man se att även om bladen kapades med en såg och lämnar en trasig kant är det inte förrän större delen av bladet har tagits bort som det uppstår problem med stabiliteten.
Den viktigaste slutsatsen är att drönaren snurrar runt sin axel på grund av propellerns obalanserade rörelser med och moturs. Detta är en signal om att drönaren har nått gränsen för sin stabilitet, eftersom om man lyfter mer kommer drönaren att vända snarare än att snurra.
Vad du kan göra om du bryter en propeller under en flygning
Om du flyger och råkar flisa eller på annat sätt skada en propeller finns det några saker du kan göra. Du kan dock inte helt återställa en DJI-drönare om du helt förlorar en propeller. Den har inte de mekanismer som stabiliserar sig själv alla algoritmer som gör att den kan landa säkert och tryggt som de drönare som vi har nämnt i det vetenskapliga experimentet, ovan.
Här ska vi titta på vad du kan göra om du råkar flisa eller skada en propeller när du flyger:
- Händerna bort från kontrollerna – om din drönare har en automatisk stabiliseringsfunktion är det bästa du kan göra att ge drönaren en chans att om du märker några problem med drönarens stabilitet eller om den har kommit i kontakt med något ta bort händerna från kontrollerna såvida du inte behöver styra bort från överhängande fara.
- Se om drönaren snurrar – om drönaren snurrar efter att ha kommit i kontakt med något i den närmaste omgivningen är det en indikator på att drönaren nästan är på väg att falla ner från himlen och inte längre kunna flyga.
- Turnera tillbaka till landning om det är säkert – om du flisas eller bryter en propeller under en flygning och drönaren fortfarande är i luften kan du kanske manövrera den säkert tillbaka till landningsplatsen. Om du inte kan göra detta landar du omedelbart på närmaste säkraste plats och går till drönaren för att hämta den.
- Sätt tillbaka bladen – det är självklart att om du har skadade blad (oavsett hur lite de är skadade) ska du byta ut dem. Precis som däck på en bil är en drönares propeller det enda som verkligen håller i luften och även bara en liten hårfästning kan lätt förvandlas till mer under rotationskrafterna under flygning. Om du är tveksam ska du byta ut alla propellrar och göra dig av med de gamla.
- Försök inte fånga drönaren – om du flyger ovanför dig själv och drönaren faller mot dig, gå undan och försök inte fånga drönaren. Detta beror på att propellrarna snurrar i mycket hög hastighet vilket innebär att de lätt kan orsaka skador på mjukvävnad. Särskilt om de har skarpa kanter på grund av skadan.
Om drönaren är utom kontroll kan den vara relativt farlig. Kolla in min andra artikel – är drönarblad farliga? [Fullständig artikel om säkerhet för drönarblad] – klicka här.
Är drönarblad farliga?
En trasig propeller är mycket vassare än en typisk drönarpropeller så alla råd är att se till att du inte kommer i kontakt med det snurrande drönarbladet om det har skadats eller lossnat. Drönarblad kan vara mycket farliga eftersom de spenderar ett mycket stort antal varv och om de är trasiga kommer de att snurra snabbare än vanligt. Bladets vassa framkant kan lätt skära sig in i mjuk vävnad och orsaka en sårskada, men de kan inte orsaka betydande skador så att till exempel ett finger kan lossna.
Om du vill skydda dina blad kan du använda propellerskydd – de flesta drönare levereras med propellerskydd och de skyddar drönarens blad samt allt i omgivningen. Du bör göra detta om du flyger i en ny miljö eller i en miljö med överhängande eller närliggande hinder.
Slutsats
Drönare håller sig i luften eftersom de har utformats och konstruerats för att hålla sig i perfekt balans när de flyger.
Fyra propellrar är det minimum vid vilket en drönare kan hålla sig tillräckligt stabil för att flyga på ett kontrollerbart sätt. Det finns några drönare med tre propellrar på marknaden, men drönare med fyra propellrar är de mest ekonomiska när det gäller vikt och stabilitet.
Om en drönare förlorar en propeller kan den förbli stabil så länge som det finns särskilda återhämtningsalgoritmer programmerade i drönaren. För att drönaren ska kunna hålla sig i luften krävs att den roterar runt en huvudaxel så att den kan förbli stabil och landa tryggt och säkert.