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Wie fliegen Multicopter?

WISSEN – Teil 2: Multicopter nutzen zwei einfache Prinzipien: Schub und Drehung. Ihre Steuerung funktioniert nach dem physikalischen Grundsatz: Jede Aktion erzeugt eine gleichwertige und gegensätzliche Reaktion. Der Grundlagen Beitrag erklärt, wie Copter fliegen und was Yaw, Tilt, Pitch und hovern bedeuten.

Bei einem Helicopter dreht sich der Rotor stets in eine Richtung. Ein Heckrotor erzeugt die entsprechende Gegenkraft bzw den nötigen Gegenschub zur Stabilisierung. Anderenfalls würde sich der Helikopter unentwegt um die Achse des Hauptrotors drehen.

Ein Multicopter erzeugt die nötige Gegenkraft zur Stabilisierung durch entgegengesetzt drehende Propeller. Bei einem Quadrocopter mit vier Propellern drehen zwei sich diagonal gegenüberstehende Propeller linksherum, während die anderen beiden rechtsherum drehen. Die Drehzahl jedes Propellers wird über die den Motoren vorgeschalteten ESCs (Electronic Speed Controller) geregelt.

Rotationsachsen: Pitch, Yaw & Roll
Ein Multicopter wird wie andere Fluggeräte auch um die drei Hauptachsen Pitch (oder Nicken), Yaw (oder Gieren) & Roll (Rollen) bewegt. Eine Lageänderung des Copters um eine oder mehrere dieser Achsen ermöglicht die Fortbewegung in alle Richtungen. Ein Multicopter kann vorwärts und rückwärts fliegen, nach rechts und links, sich drehen sowie steigen und sinken.

Yaw: Drehung um die eigene Achse
Über Yaw kannst du simpel ausgedrückt beeinflussen, wohin die Nase deines Multicopters zeigt. Das funktioniert bei einem Quadrocopter gemäss folgender Skizze so: Propeller 1 & 3 drehen in eine Richtung, während sich Propeller 2 & 4 dazu entgegengesetzt drehen. Im englischen steht CW für Clock-Wise (Urzeigersinn), CCW für Counter-Clock-Wise (entgegen dem Urzeigersinn). Der Copter dreht sich nach links, indem die Propeller 1 und 3 langsamer drehen und Propeller 2 und 4 schneller. Das funktioniert umgekehrt ebenso: Soll sich der Copter nach rechts drehen, rotieren Propeller 1 und 3 schneller, während Propeller 2und 4 langsamer drehen.

Steigen, hovern, sinken
Ein Multicopter steigt, wenn die Motoren schneller drehen und die Propeller damit mehr Schub erzeugen, als der Copter wiegt. Das Luftvolumen, das die Propeller nach unten drücken ist grösser als das Gewicht des Copters.  Umgekehrt sinkt der Copter, wenn die Propeller langsamer drehen und weniger Luft nach unten gedrückt wird als der Copter wiegt.

Ein Multicopter kann aber auch seine Höhe beibehalten, quasi in der Luft stehen. Dieser Zustand, hovern genannt, wird erreicht, wenn der Schub gerade so gross ist wie das Gewicht des Copters.

Tilt: vor, zurück, rechts & links
Aufgrund der gleichen Symmetrie von Multicoptern, fühlt sich ein vorwärts und rückwärts fliegen genauso an wie das fliegen nach rechts und links. Ein Multicopter fliegt vorwärts, indem die vorderen Propeller langsamer drehen und die hinteren schneller. Dadurch wird die Nase leicht nach unten gesenkt, das Heck kommt nach oben. Somit wird nicht nur Luft nach unten gedrückt, sondern auch nach hinten.

Das Prinzip ist für alle Bewegungsrichtungen gleich. Je nachdem, wohin der Multicopter nach unten neigt, in diese Richtung wird er fliegen.

Multicopter: Fliegende Computer
Eigentlich recht simpel. Es erfordert halt, dass die Drehzahl jedes einzelnen Motors eines Multicopters genauestens geregelt wird. Das war allerdings vor ein paar Jahren weder in kompakter Form noch mit der Power und dem Speed möglich, den hochintegrierte Flugcontroller und ESCs (Electronic Speed Controller) heute bieten.

Und genau das soll im nächsten Copter Basics Beitrag Thema sein: Link folgt ,-)

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