Наверх
31 комментарий 27/01/2016

Квадрокоптер Next Gen?

Квадрокоптер Next Gen?

Квадрокоптер ассоциируется с летающим дроном на радиоуправлении. Диковинная игрушка по типу семейства Parrot Ar Drone. Или компактная платформа для аэро фото- и видеосъемки. Но прогресс не стоит на месте. И команда энтузиастов из Оклендского университета взялась доказать это на практике. Новость о Loon Copter, безусловно, уже успела облететь рунет еще вчера. А потому не будем толочь воду в ступе и вместо очередного банального репоста yesterday’s news попробуем разобраться в том, есть ли у идеи практический потенциал. Оправдан ли весь этот хайп?

Тяга к скрещиванию мопса с носорогом в том числе и в технике испокон веков будоражила умы ученых и конструкторов. Плавающие автомобили. Конвертопланы. Летающие подводные лодки и (здравствуй, наркомания?) подземные танки. Все это периодически фигурировало не только в научно-фантастических романах и наивных мечтах романтиков технократической эры, но и обретало вполне конкретную форму на чертежах во всевозможных КБ по всему миру.

Иногда случались форменные чудеса. И некоторые атрибуты экипировки агента 007 сходили с экрана, получая свои 15 минут телевизионной славы и пусть небольшую, но весьма преданную армию фанатов. Так случилось с Rinspeed Scuba – автомобилем-амфибией, приспособленным в том числе и для подводного плаванья. В нем без труда угадывается его киношный прототип из бондианы. Оба агрегата созданы на базе серийных автомобилей марки Lotus. А с недавних пор к клубу производителей scuba-автомобилей обещает присоединиться и Tesla Motors Илона Маска. Пока, правда, без конкретных сроков.

0_c13e1_8c5a8c34_XXXL 134159 1307551746_1254967101_1962_1254727731_full LOTUS-ESPRIT-BOND-_2640177k LotusTopBig original rinspeed_25_big_14_2_8 Rinspeed-sQuba_mp168_pic_52327

Как видим, по-доброму наивные мечты об универсальных машинах, одинаково эффективных независимо от окружающей их среды, никуда не делись. Как раз наоборот – благодаря все возрастающим темпам научно-технического прогресса начинают обретать вполне завершенную форму. Это уже не комичные мастодонты, но успешные коммерческие продукты. Решила не отставать от именитых коллег и академическая рабочая группа E2Rlab из вышеупомянутого американского университета. Забавы со стандартными квадрокоптерами этим безусловно талантливым инженерам очевидно показались слишком скучными. И они решили создать летающе-плавающе-ныряющий его вариант! Наглядная демонстрация возможностей их разработки приведена на видео с их официального Youtube-канала:

Так появился Loon Copter. Герметичное устройство, способное одинаково хорошо летать, плавать по поверхности воды и осуществлять подводные маневры. А главное – после всех этих мореходных пируэтов взлетать и повторять все то же самое снова! Воздушные винты в водной среде превращаются в гребные. Как видим, неизменной остается и высочайшая маневренность такого аппарата. Ряд вопросов, разумеется, вызывает отсутствие колец-протекторов вокруг лопастей. Ведь повреждение винтов при контакте с дном или какими-то другими подводными объектами может полностью вывести квадрокоптер из строя. Но на это можно вполне спокойно закрыть глаза. Ведь перед нами всего лишь опытный образец, а не серийная продукция.

61187165-loon-copter loon-copter loon-copter-02-570 loon-copter-amphibious-drone-1 loon-copter-drone-vliegen-600x365

Как уже сообщалось, Loon Copter по замыслу создателей проектировался для участия в исследовательских миссиях, поисково-спасательных операциях и прочих общественно полезных начинаниях. Безусловно, очень красивая, неординарная идея. Но вот сможет ли она на текущем технологическом уровне продвинуться дальше маленькой модели-демонстратора? По моему личному, субъективному, но аргументированному мнению, нет. Loon не сможет выполнять перечисленные выше функции по крайней мере еще 10 лет. И будет оставаться лишь очень крутой летающе-плавающе-ныряющей action-камерой. И вот почему:

  • Долговременная эксплуатация такого дрона в условиях реальных поисковых миссий и научных инициатив подразумевает повышенный уровень автономности. На передвижение в водной среде энергии по понятным причинам тратится в десятки раз больше, чем на полет. А значит, Loon должен будет возить с собой емкий, а потому габаритный и относительно тяжелый аккумулятор. Это в свою очередь приводит к повышению требований к мощности двигателей. А значит, и ко всем весо-габаритным параметрам устройства. Здесь мы сталкиваемся с таким термином, как энерговооруженность.
  • Поисковые миссии в водной среде зачастую сопряжены с необходимостью погружения на глубины более 20 метров. А здесь уже на полную катушку на такое устройство начинает влиять давление. Корпусу нужно придавать дополнительную жесткость, что неизбежно ведет к увеличению массы. И вот мы снова повышаем требования к двигателям. А значит, и к емкости батареи.
    exosuit_3_0

Давление. Именно оно делает такие конструкции необходимыми

  • В реальных условиях огромное лобовое сопротивление винтов такого аппарата не даст ему эффективно бороться с течениями. Фактически его основная конструктивная фишка – поворот на 90º при нырке – играет с квадрокоптером злую шутку. Она превращает вращающиеся винты и всю лобовую проекцию аппарата в аналог паруса. Только “дуть” в него будет течение. Это, увы, не полный штиль бассейна. Это – реальный мир. Именно из-за этого рыбы, суда и подводные лодки имеют обтекаемую форму. Именно по причине лобового сопротивления винта поршневые и турбовинтовые самолеты не могут преодолеть определенный порог скорости даже в воздухе. Именно борьба такого “паруса” с течениями в результате сделает его скорость абсолютно неприемлемой для практического применения. А львиная доля батареи в подводном режиме будет уходить именно на такую борьбу.
    12_4

Физика – порой та еще сволочь!

Что же мы получаем в итоге? Красивую, технологичную и очень крутую игрушку для гика и видеоблогера. Эдакую летающе-плавающую GoPro. Однако с целым рядом ограничений по применению. В нынешнем виде Loon Copter, к великому сожалению, не сможет выйти за границы потребительского рынка. Все это, безусловно, лишь мое мнение. Однако законы физики – штука упрямая. И без кардинального пересмотра самой концепции такого аппарата рассчитывать на прорыв не следует. Мне остается пожелать безусловно очень талантливым и искренне болеющим за свое дело ребятам из E2Rlab вдохновения, упрямства и полного практического воплощения всех их замечательных идей. До скорого! :)

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

31 комментарий

по хронологии
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

Законы законами, но если помнить, что вода более плотная среда не только в случае с сопротивлением передвижению, но так же и в случае поддержания аппарата на плаву - то не всё так печально, как может показаться на первый взгляд. Да, остаются проблемы того, что герметизация даст лишний вес, и куча других проблем. Но всё-таки идея хороша и потребитель найдётся, хотя объём продаж явно будет на порядки меньше из-за стоимости.
Благодаря "классическим" коптерам уже насколько выросла красота и зрелищность многих видео. Благодаря плавающему коптеру - крутость многих видео поднимется ещё больше.

Автор2

Течения и лобовое сопротивление при движении против оных - что с этим делать? По попводу же поддержания аппарата на плаву в подводном положении - тут плотность воды до одного места.
А вот проблема абсолютной неуправляемости такого аппарата где-либо вне "тепличных условий" бассейна - это та еще беда

3

По поводу же поддержания аппарата на плаву в подводном положении - тут плотность воды до одного места

Почему же? Скорость вращения лопастей необходима на порядок меньшая, чем для воздуха.

А вот проблема абсолютной неуправляемости такого аппарата где-либо вне "тепличных условий" бассейна - это та еще беда

В ураган и т.д. современные копетры так же не очень хорошо летают. Мы же не про военную технику разговор ведём. Ограничение в инструкции по эксплуатации "не использовать в горных реках или для спуска по водопаду" - не самое жёсткое.

Автор4

Скорость вращения лопастей необходима на порядок меньшая, чем для воздуха.

- ага. А энергии для одного оборота необходимо в разы больше. Так где же логика?

Loon Copter по замыслу создателей проектировался для участия в исследовательских миссиях, поисково-спасательных операциях и прочих общественно полезных начинаниях

- ну и при чем здесь ураганы и военная техника? Коптеры во время ураганов что, винт под 90 градусов к ветру держат? Ну бред же! Мы говорим об устройства, которому по замыслу его создателей нужно преодолевать подводные течения! И я утеврждаю, что согласно законам физики он это с таким лобовым сопротивлением, создаваемым собственными винтами, делать не сможет! Так, для размышления - почему парусники убирают во время шторма паруса? Винты же для течений по законам физики играют роль тех же парусов. С понятием КПД двигателя знакомы? Так вот, при таком лобовом сопротивлении даже в водах сопокойной речушки, не говоря уже о морском побережье, КПД аппарата с такой конфигурацией не хватит для преодоления течения и прибоя.

5

Так где же логика?

Логика рядом: рано ещё разносить в пух и прах идею, основываясь на поверхностных представлениях.
Плотность воды играет не только в минус, но и в плюс. Человек плавает в ней очень неплохо, а вот летающих людей я видел не много за свою жизнь.
Так что вполне возможно, что все минусы водной среды, упомянутые в статье, компенсируются не менее внушительными плюсами.

Коптеры во время ураганов что, винт под 90 градусов к ветру держат?

Коптеры во время урагана держат винт воткнутым в землю.

Автор6

внимание вопрос - в какой среде человеку нужно затратить больше энергии на движение рукой или ногой - в водной или в воздушной (на суше)? Может ли человек бегать в водной среде со скоростью сколь-нибудь совместимой с той, которую он развивает на суше? Где двигателю нужно затратить больше энергии на один оборот винта - в воздушной среде или водной? Так о каких "плюсах" водной среды мы вообще говорим?
Представления эти, как мы уже выяснили, не поверхностные. И основаны на вполне себе скществующих законах физики. Возразить что-либо вы так и не смогли. Равно как и создатели этого аппарата не смогли продемонстрировать использование своего детища в полевых условиях. Ограничившись лишь стоячей водой бассейна.

7

А современные коптеры бегают? С какой частотой нужно махать руками, чтобы взлететь или хотя бы развить тягу для движения на колёсах? Каково будет сопротивление воздуха для рук при этой скорости "махания"?
Бассейн - потому что стабилизация в условиях течения требует совершенной программы, которую ещё явно не разработали. Но это не невозможная задача, ведь хорошие коптеры имеют автостабилизацию при ветре, создать аналог для условий течения - пусть и сложнее, но решаемо.

Автор8

****. Пожалуйста, посмотрите внимательно видео. И поймите наконец, что аппарат в подводном положении поворачивается на 90 градусов и винты становятся **** ВЕРТИКАЛЬНО! Создавая такое лобовое сопротивление, которое горизонтально расположенным винтам коптера и не снилось. Они работают как парус для течения. И ни о какой стабилизации тут и речи быть не может. Сопоставима ли площадб проекции горизонтально расположенного винта по отношению ко встречному ветру с площадью винта/паруса, повернутого перпендикулярно течению? Неужели я школьную физику объяснять должен?

Автор9

facepalm. Винт для коптера в воздушной среде расположен параллельно набегающему потоку. И работает в том числе и как крыло самолета. Создава дополнительную подъемную силу. Энергозатраты на движение в воздушной среде даже у вертолета ниже, чем у любого корабля - в водной. Просто потому, что сопротивление этой самой среды в разы меньше. Физика. Школьный уровень.
И никакая программа не поможет 4 винтам с огромной площадью проекции, расположенным перпендикулярно(!) набегающему потоку жидкости, стабилизировать аппарат и уж тем более обеспечить движение вперед с сопоставимым воздушной среде КПД. Понадобятся в разы более мощные двигатели. В разы более емкий аккумулятор. И в разы более тяжелая конструкция. В то время как объект капле/пулевидной формы (хммм... интересно, почему у кораблей и субмарин она именно такая, правда?) энергозатраты для того же действия будут на несколько порядков ниже. А скорость - выше. Внимание вопрос - нахрена изобретать велосипед?

10

А то, что воздушный винт пропускает через себя (перпендикулярно) кубометры воздуха с дикой скоростью, - это не нужно учитывать? А воду с такой скоростью не нужно пропускать.
А велосипед нахрена изобретать? Действительно, для чего столько моделей велосипедов изобретают каждый год?
А автомобилей? Жига ведь ездит - чего ещё нужно? Космос какой-то там осваивать - тоже мне выдумки. Лучше бы мне все деньги, потраченные на это, отдали.

Автор11

Плотность воздуха и его сопротивление ниже чем у воды? Ниже. В десятки раз? Нет. В сотни. Нужно ли его учитывать? Нет.
Ну а от вас, милейший, пошла демагогия. На абсолютно логичные, подкрепленные простейшей физикой аргументы вы несете горячечный бред.

12

На видео видно, что винты в воде крутятся очень медленно, на порядки медленнее, чем в воздухе. А сопротивление среды не только от плотности зависит, но и от скорости передвижения (вращения) в ней. Но я уже всё усвоил, Москалец не может быть неправ. Ну да ладно, пойду напьюсь с горя.
А про неучитывание воздуха вспомните, когда будете на велике против ветра ехать.

Автор13

А может аппарат, скорость движения которого крайне мала даже в стоячей воде (из-за того самого лобового сопротивления) эффективно плыть против течения? Вопрос риторический. Опохмеляться не забудьте.

14

Против горной речки не сможет, а против наших равнинных - вполне. Да и нужна ли будет эта скорость в воде? Там ведь общих планов всё-равно не поснимаешь из-за ограниченной видимости.

Автор15

Как уже сообщалось, Loon Copter по замыслу создателей проектировался для участия в исследовательских миссиях, поисково-спасательных операциях и прочих общественно полезных начинаниях.

- как ваша писанина стыкуется с этим?
Повторю вопрос - зачем нужно создавать аппарат для двух сред, если в одной из них он абсолютно не эффективен? Равнинная речка? Ок. Десна. Удачи с малой скоростью движения поплавать против ее течения. Впрочем как и в Днепре. Физика учит нас, что плыть против течения можно только развивая скорость большую, чем скорость этого самого течения. И никак иначе. Скорость течения Днепра - 1 м/с в среднем. Развивает ли этот аппарат такую скорость даже в спокойной воде? Нет. Помним, что тело такой формы в жидкостях имеет коефициент лобового сопротивления 2. А значит для того, чтобы просто оставаться на месте, квадрокоптеру нужно будет развивать скорость ~2 м/с. А чтобы плыть против течения даже с минимальной скоростью - все 3. Энергозатраты при этом будут просто сумасшедшими. Скорость течения Десны больше в полтора раза. Скорость же морских и океанических подводных течений легко может составлять 5 метров в секунду и выше. Дальше додумайте сами.
P.S.: вот это номер. Оказывается я человеку с якобы инженерным образованием должен азы геометрии под названием сложение векторов пояснять на пальцах. Ну и кинематику. Раздел о лобовом сопротивлении. Беда-беда.

16

Зачем? Потому что это, как минимум, интересно. Если вам это слово чуждо - не равняйте на себя всех других.
Если дело выгорит - все будут довольны: разработчики загребут кучу бабосов, а мы получим много интересных видосов. А если не выгорит - в выигрыше будет только один человек. А я, видимо, сопьюсь от горя.

Автор17

Ок. Давайте изобретать автомобиль с парусом и атомным двигателем за одно. Зачем? Просто потому, что это как минимум интересно. Если выгорит, то можно грести кучу бабосов. И снимать интересные видосы. Уровень обоснования - Бог...

18

Почитал и решил присоединится к вашей дискуссии. Высказывая коротко своё мнение, Москалец, вы немного не правы.
Далее подробней...
Лобовое сопротивление винтов, да оно есть. Что бы узнать его в виде силы нам нужно знать площадь проекции винта, коэффициент для среды и скорость набегания среды (берём простейший вариант). И тут получаем ту самую собаку которая зарыта, для появления силы сопротивления мы должны УДЕРЖИВАТЬ винт НЕПОДВИЖНО в момент набегания потока. Но это же не корпус, это винт который вращается, то есть движитель который будет удерживать корпус к которому есть пока ещё вопросы, спишем на тестовый образец.
Для движения в неподвижной среде винт вращаясь создаёт поток и вследствии реактивной силы... То есть давление создаётся на тыльной части винта, но не на фронтальной.
Вопрос не в том какое лобовое сопротивление у винта, а какое у корпуса. Вот тут лишь бы движков хватило...

Едем дальше, видим мост...
Другой вопрос что ребята пока что показали прототип с винтами от коптера которые нихренашеньки не канают для воды. Взять любую модель катера или подводной лодки, а интересней на настоящих кораблях и лодках. Для того что б пропихнуть тушу корабля используется винт с более короткими, широкими, многочисленными и более круто наклоненными лопастями в отличии от воздушных винтов. Скорость ниже, но мощность прилаживается больше. Только не нужно забывать что работа и мощность не одно и тоже. Да, в воде работа по перемещению больше, так и корабли со звуком не тягаются кто быстрее.
Сюда припишем что двигатели нужны которые могут дать достаточную можность как на высоких оборотах, так и на низких в воде. Какие они там нужны, то вопрос не по мою душу.

А что касательно ограничения скорости воздушного транспорта с пропелером, на сколько мне известно (а я не есть правда в последней инстанции) проблема в том, что:
Вертолёт - при горизонтальном полёте получается что винт с одной стороны движется назад, а с другой как ни странно вперёд. Значит есть два случая, сложения и вычитания скоростей. Так вот в случае с движением вперёд доходит до ситуации когда края лопастей начинают кратковременно достигать скорости в 1М, а при этом происходит изменения в аэродинамике от которых ничего хорошего ждать не стоит.
Самолёт - для достижения необходимой тяги обороты необходимо наращивать и мы в итоге приходим к тому же, но по всему периметру винта. Хотя в данном случае с самолётом не всё так однозначно.

Вот, это мои соображения на тему так что можно обсуждать далее :)

Автор19

ненаучная фантастика. И вот почему:
1. вращающийся винт для встречного течения фактически является твердым телом. Кругом. И учитывать здесь нужно именно лобовое сопротивление именно такого круглого и плоского тела. А именно - фронтальной его проекции.
2. Таких плоских, сплошных и круглых тел у нас 4. Не считая соотв. проекцию корпуса.
3. Ни о какой реактивной(!) силе речи не идет. Потому как аппарат не обретает импульс за счет отбрасывания части своей массы. Применять такой термин здесь вбсолютно некорректно.
4. Применение для водной среды иных винтов, чем для воздушной автоматически приводит нас к тому, что к ним в пару должны идти и другие двигатели. А теперь внимание вопрос - зачем тогда нужен такой псевдоуниверсальный агрегат?
5. ограничение скорости в воздушном пространстве обсуждалось применительно к самолетам. Приплетать сюда вертолет никто даже не пробовал. А проблема с самолетом как раз весьма однозначна. То самое лобовое сопротивление окружности винта.

В дальнейшем обсуждении просто не вижу ни малейшего смысла.

20

Вот ваш довод под номером один и не есть верным.
Ну почему вы упёрто считаете винт за неподвижное тело? Он ведь вращается! И это всё меняет.
Исходя из того что винт вращается и лопасти у него в отличии от проекций не перпендикулярно движению, а под углом. Отсюда следует что при взаимном движении изменяется направление в котором необходимо рассматривать проекцию и мы получим проекцию чуток больше нежели толщина лопасти, а не её ширина, а это меньше чем просто её ширина. И мешать это всё будет именно двигателю вращать винт.

Не, ну вы же разумный человек, разложите всё движение на самые малые составляющие.
Ну или как вы поясните происходящие процессы при движении подводной лодки? Как считать сопротивление подводной лодки и в чём будет разница с квадрокоптером?

Ну или скажите что из нижесказанного не верно.
1 Винт приводимый двигателем создаёт тягу, не двигатель тянет вперёд коптер, а винт, который уже в свою очередь тянет через ось всю нагрузку.
2 Квадрокоптер в реке с выключенным двигателем не испытывает никакого сопротивления будто находится в басейне. Он движется относительно берега, но не относительно воды.

К вашим доводам о ограничении скорости воздушных судов с винтами, раздел"Положительные и отрицательные стороны воздушного винта"
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D1%83%D1%88%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D1%82

так же вполне неплохо описан процес движения в начале статьи:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D1%82

Ни одного упоминания о лобовом сопротивлении. Приведите пожалуйста более развёрнутые аргументы своей теории о том что фронтальная проекция винта создаёт препятствие движению коптера в воде.

Надеюсь на ваше понимание, ради этого и пишу =)

Автор21

существует простейший термин - частота вращения. Именно этот термин и дает мне право считать воздушный винт не неподвижным, но условно твердым(!) телом при вращении. Остальное написанное вами автоматически становится отсебятиной и бредом. Ведь именно потому лобовое сопротивление вращающегося винта превосходит таковое для неподвижного в количество раз, равное частоте вращения! Так, трехлопастный винт, совершающий к примеру 70 оборотов в секунду, в каждую 10-ю долю секунды можно представить как неподвижный винт с 21-й лопастью. Таким образом в каждую 10-ю долю секунды его лобовое сопротивление в 7 раз выше такового у неподвижного винта. Пожалуйста, учите физику и математику. Спасибо за интерес к теме. Всего хорошего.

P.S.: буду очень благодарен, если вы избавите меня от необходимости и далее вести абсолютно не интересную мне беседу.

22

Да, я так и предполагал, что Москалец считает 4 винта - четырьмя плоскими круглыми фанерами, но очень надеялся, что ошибаюсь. Печаль... 19neilA, спорить бесполезно, как вы поняли.

Автор23

Да, я так и предполагал, что человек не знающий простейшего сложения векторов и банального метода упрощения в решении физических задач и уличённых в этом ранее,будет пытаться подвякивать ещё одному человеку, называющему набегающим подок от винта реактивной силой. Жгите ещё, ребята. Москальца забавляют ваши бредни. :)))
P.S.: если парус в твоём мире делают из фанеры, то многое становится понятным. Ну а вообще маркетоиды aimp ничем не отличаются от других маркетоидов. Громкие заявления, куча пафоса и полный ноль на выходе.

24

Кто бы рассказывал про упрощение. Закон Ома ведь не катит Москальцу?
А плеер отлично приплели к квадрокоптеру. Давайте уже вашу разоблачительную статью, устали ждать.

Автор25

Помимо плеера у меня есть огромное количество других, ничуть не менее важных задач. Так что, дорогой маркетоид, для того, чтобы пропиарить своё детище (как тебе кажется) страницах кеддра ты будешь ждать столько, сколько нужно.

26

Тут все про вес пекутся или ещё что-то, а меня вот положение камеры смущает. Не торт, если можно так сказать. Максимум пирожок. Невкусный такой пирожок.

Автор27

пардон, а где на видео вообще показано это самое нетортовое расположение камеры на этом дроне? Либо я слеп, либо этой камеры на нем еще нет. От слова совсем. При такой конструкции вообще логично предположить, что камер будет две. Одна - подвесная для полета и плаванья. Вторая - в "макушке". Для подводных съемок.

28

10 лет это слишком категорично. Все проблемы сейчас решаются лёгким и ёмким акумулятором, и прогресс в этой сфере надеюсь случится быстрее. А тогда можно будет тупо увеличить мощность и всё. И, вообще, все беды електроники сейчас из-за слабых акумуляторов, вот в каком направлении надо двигаться.

Автор29

емкий аккумулятор всех проблем, которые в предыдущих комментариях озвучены, к сожалению, не решит. Но и без него плохо

30

И как его достать если утонет? Тот что летает найти можно и подобоать с земли, а как этот со дна поднять?

31

Доставать? Умер Максим - да и ....

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

Modal box

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: