Rotorkopf Eigenbau

[kanngarnix]

Mit einem kleinen Beispiel möchte ich das zuvor geschriebene verdeutlichen.
Der Heli schwebt auf der Stelle. Kommt nun eine Windböe von vorne wird der FBL durch die Windgeschwindigkeit rückwärts geschoben, bleibt aber in der horizontalen Lage. - Der Rigid wird genau so rückwärts geschoben hebt aber dabei die Nase und bekommt auch auf Roll eine Schräglage, das bedeutet die Rotorebene neigt sich nach hinten und quer, der Heli beschleunigt dadurch zusätzlich in beide Neigungsrichtungen.

Grüßle. Thomas

Wenn ich das aus der mich interessierenden Richtung betrachte, also aus der zunächst eher theoretischen, verstehe ich die Diskussion an diesem Punkt nicht. Egal, welches Gefühl jemand hat, wenn sein Heli von Wind erfasst wird :

Alle üblichen Stabilisierungssysteme basieren auf Messung von Beschleunigungswinkel (damit kann man (theoretisch) Neigungswinkel messen), und Drehwinkelbeschleunigung (kein Kreisel, kann aber trotzdem Omega in rad/s^2 erfassen), jeweils meist in 3 Achsen. Physikalisch/technisch kann man mit dieser Messtechnik einen langsamen horizontalen Versatz, wie bei Wind, nicht messen, denke ich. (Und wenn ich's nicht messen kann, kann ich's auch nicht ausregeln. )

Eine völlig andere Geschichte sind natürlich aerodynamische Einflüsse von Wind auf die Rotoren und den Rumpf. Da kann dann schon eine Kraft in irgendeiner Achse eingeleitet werden, und wenn ohne FBL nicht dagegen geregelt wird, dreht sich das halt dann. Stabilisierung ist das aber nicht.

Positionserfassende Systeme (Gps wird genannt, ist aber für wirkliche Positionsstabilisierung völlig untauglich) arbeiten meist optisch, das ist dann aber eine völlig andere Hausnummer und in größeren Höhen recht unzuverlässig. Landen auf definiertem Muster (Kreise, Karo..) geht aber z.B. hervorragend.

[Andrè Bochmann]

GPS-Systeme ermitteln den Standort über Satelliten

[WFEGb]

Hallo Reiner,

ein modernes FBL (oder früher auch ein Headinghold-Kreisel für die Hochachse) kann unterscheiden, ob die veränderte Lage des Hubis von Dir gesteuert wird und wie stark Du steuerst, oder ob die Lageänderung ohne Steuerung erfolgt. Im ersten Fall wird der Ausgang so geregelt, wie er Deinen Wünschen entspricht, im zweiten stabilisiert das FBL "einfach" durch Gegensteuern. Wie gut beides getrennt oder gleichzeitig im Ergebnis umgesetzt wird ist "Geheimnis" guter FBLs.

Beste Grüße,
Werner

[kanngarnix]

" ob die veränderte Lage des Hubis von Dir gesteuert wird und wie stark Du steuerst, oder ob die Lageänderung ohne Steuerung erfolgt. "

Das wage ich zu bezweifeln. Mit Winkelgeschwindigkeitssensorik kann man dynamische Winkeländerungen (=Drehungen) erfassen.
Eine Lageänderung ist aber was anderes, hier dreht kein Winkel. Das Gyro (=Istwert) wird am Ausgang Null zeigen, ein Regler nicht regeln.

Eine Besonderheit ist der HH-Betrieb der Hochachse. Das ist ja eine Drehbewegung ! Die Winkeländerungen bei Wegdrehen des Hecks sind groß und sauber zu messen.
Dagegen kann man schon mal sauber anregeln. Will man jetzt auch noch den Winkel selber, nicht nur seine Drehung, stabilisieren (also das "heading"), muß man im (naiven) Ansatz
nur die Winkelgeschwindigkeit über die Zeit integrieren, schon kommt der Winkel raus. Naiv deshalb, weil beim Integral leider auch die Offsetdrift des Sensors mit aufsummiert wird, und die ist in der "Consumer"-Preisklasse immer deutlich vorhanden.


Peinlicher Korrekturbeitrag : Ich hatte oben irgendwo nicht nachgedacht, und geschrieben, ein Gyro würde die Winkelbeschleunigung messen. Das ist FALSCH, es bildet die Winkelgeschwindigkeit (rad/s) ab. Hat aber wohl keiner bemerkt...

[WFEGb]

Hallo Reiner,

die FBLs arbeiten mit (drei oder mehr) Sensoren, die "gyro-ähnlich" arbeiten. Jede Achse hat ihren "HH-Gyro". Dein Einwand wäre richtig, wenn der Hubi seine 3-Achsen-Ausrichtung bei jeder Störung beibehält, dann kann das FBL wirklich nicht korrigieren. Das ist aber normalerweise nicht der Fall.
Wenn das FBL auch die Höhe stabil halten soll, braucht es dafür eine andere Art der Steuerung. Aber Störungen von außen oder gewollte Änderungen durch Steuern werden (fast) immer eine Lageänderung mit Drehung um mindestens eine der drei Raumachsen mit sich bringen... und bei jede dieser Änderungen ist nur durch Veränderung der Lage/aktuellen Bewegung möglich, wodurch Beschleunigungen unvermeidlich sind...

Beste Grüße,
Werner

[kanngarnix]

Da bin ich völlig bei dir.

Ich gehe oben von einer reinen Lageänderung aus. Sollte das Lüftchen von der Seite das System aber um eine Achse kippen, kann der entsprechende integrierende Gyro das ausregeln (natürlich nicht der Gyro, sondern der PID dahinter).

Höhenänderungen im Feinbereich sind sicher kritisch. Die vertikale Bewegung ist durch Differenzieren der Beschleunigungsachse natürlich theoretisch ermittelbar. Allerdings ungestört nur, wenn der Rest der Regelmimik den Heli wirklich ständig absolut horizontal hält. Jeder Kippwinkel schaut für den Sensor aus wie eine Höhenänderung. Gut gemachte Systeme können da sicher einiges rauskompensieren. Luftdruck ist im Feinbereich (cm) und über längere Zeit (u.a. wegen Temperaturdrift) unbrauchbar. Laufzeitmessungen nur in geringen Höhen.


Na ja, und jetzt zusammenfassend : ich denke, ich hatte schon recht, das ist 1:1 die Technik aus dem Quadrocopter. (Wie die Flugmechanik dann aussieht ist völlig egal dafür.)
Ich kann den Flug mit diesen Technologien soweit automatisieren, daß ich bloß noch zuschauen muß.

Auch ein ehrenhaftes Ziel, auf dem Weg dahin gibt es massig interessante Probleme zu lösen.
Aber beim Hubi möcht ich "bare metal". darum die vielen Fragen zur Rotorkopftechnik.

[Heli87]

Wer mit Paddelkopf keinen Rundflug hin bekommt, schafft das auch nicht mit einem normalen FBL.
Theorie und Praxis halt.

[DernetteMann1982]

Das ganze sehe ich nicht ganz so. Rigid oder FBL, beide driften im Wind, das FBL hält dabei die Lage des Helis, der Rigid - Heli ändert auch die Lage, das bedeutet, Drift und Lageänderung beschleunigen den Heli schneller von der Schwebeposition weg, wenn nicht korrigiert wird. Ich bin der Meinung, dass Rigid und FBL ziemlich unterschiedlich fliegen. Habe beide Systeme ziemlich lange geflogen.

Grüßle Thomas

Ja, habe mich etwas blöd ausgedrückt.

Verhält sich halt ähnlich wie ein Paddelheli.
Der Rigid Heli driftet auf Roll und Nick und man muss aktiv gegensteuern/trimmen.

Der FBL Heli driftet in dem Sinne nicht, er wird einfach vom Wind weggeschoben. Behält aber bestmöglich die Fluglage.

Auf jeden Fall fliegt der Rigid-Heli ohne FBL beim Schweben sehr gut und es kann im Endeffekt jeder, der auch Paddel-Heli fliegen kann auch ohne Probleme beherrschen.
Erst mit Fahrt ändert sich das extrem. Da muss man plötzlich ganz ungewohnt steuern.

[<<Philipp>>]

Heutige Systeme registrieren Rotation über drei Achsen, dazu Translation (geradlinige Bewegung) über drei Achsen. Deswegen werden die gerne als "6-Achs-Kreisel", oder so ähnlich bezeichnet.

Die Sensoren sprechen primär auf Beschleunigungen an, zur direkten Messung von Geschwindigkeiten bzw. Strecken bräuchten sie sie äußere Bezugspunkte, die sie drin im stockdunklen Gehäuse nicht haben.
Per Integration über die Zeit wird aus Beschleunigung Geschwindigkeit, nocheinmal über die Zeit integrieren liefert Strecke. Die erste Integration kann schon in den Sensoren mechanisch stattfinden, der Rest läuft rechnerisch.

Die Linearsensorik kann so sehr präzise selbst kleinste Bewegungen im Raum feststellen, damit exakt die Position regeln. Das nennt man Trägheitsnavigation oder INS, Inertial Navigation System. Sie wird üblicherweise gemeinsam mit Satellitennavigation eingesetzt, diese ist bei großen Strecken genauer.
Über die auf der z-Achse permanent anliegende Erdbeschleunigung erkennen die Systeme dann auch noch, wo unten ist. Damit wissen sie (hoffentlich), wohin sie retten müssen ...

LG Philipp

[kanngarnix]

Hallo Philipp,

deine Ausführung interessiert mich sehr.

Meine eigene (berufliche) Erfahrung mit Inertialsensorik liegt ein paar Jahre zurück,. Damals war es nicht möglich, ein Flugobjekt durch rechnerische Auswertung (siehe Sensorfusion) in der Position (Position ! nicht Drehwinkel) zu stabilisieren. Drehwinkel und Änderung ging schon länger ganz gut, da hatte man vor allem mit den Reglern für self-balancing platforms ("Segway") viel gelernt. Kennst du Colton ? Aber linear ? Das war nur wenige Sekunden stabil.

Ich hab mal nachgeblättert. in einer aktuellen Veröffentlichung des IPA lese ich :
• Die Positionsmessung mit Interialsensorik ist nur kurzzeitig genau.
• Inertiale Sensoren haben einen Drift im Nullpunkt.
• Die Korrektur von Positionsfehlern macht einen weiteren Sensorinput oder ein hinterlegtes dynamisches Systemmodell erforderlich.

.. das sind die alten Probleme ! Gerade die Offsetdrift macht die theoretisch nötige Integration leider unmöglich. Und so wird also wie schon bisher auf ein nicht inertiales Sensorsignal zurückgegriffen. Dazu wurde früher mit Computermäusen und auf den Meßbereich angepasste Optik rumgebastelt, basierend auf ein Autokorrelationsverfahren in 2 Achsen. Das geht, ist aber natürlich extrem von der Sicht und der Zieloberfläche abhängig. Bei unseren Versuchen war schon z.b. auf einem Fußballplatz Schluß, das Gras war nicht als Struktur zu erfassen.

So mein Stand. Damit höre ich natürlich extrem gespannt zu, wenn jemand berichtet, daß das heute geht. Noch dazu im Preissegment von Spielzeug, das ein paar Zehnerpotenzen z.b. unter militärischer Flugtechnik oder Anordnungen für die Fertigungsautomatisierung liegt. Kannst du mir ein Beispiel für einen Baustein nennen, oder einen Link zu einer Veröffentlichung, Masterarbeit oder was immer ?

Hätte nicht gedacht, daß hier so tief gebohrt wird, chapeau !

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Für "Rotorkopf bauen" ein wenig off-topic auf den ersten Blick. Aber das initime Verständnis der FBL-Funktion ist da schon wesentlich !

[kanngarnix]

wie vergrößerst du den Hilleranteil ? Durch vergrößern des Hiller-Anteil nimmst du dem Hiller-Anteil aber auch gleichzeitig Kraft. Man sollte berücksichtigen, dass gewisse Verhältnisse gewahrt bleiben.

Grüßle Thomas

Ich bastle gerade einen der 450er zusammen, den mit dem Alukopf.
Ich habe vor, den Hebelarm am Pitchkompensator so zu verändern, daß der Weg an der Anlenkung zur Hillerebene länger wird.
Die nötige Kraft wird größer, sehe ich auch so, aber an dieser Stelle kommt sie ja direkt vom Servo (Taumelscheibe), ich denke, das müßte klappen.

Einen solchen Arm hab ich schon mal ausgebaut und vermessen, jetzt muß ich noch schauen, ob ich mit meinen zwei linken Händen die Fräserei auf meiner Minimaschine hinkriege.
Ich werd mal Messing nehmen, Alu hab ich keins und auch keine Erfahrung damit.

[<<Philipp>>]

Hallo Reiner,
zu INS siehe u.a. https://de.m.wikipedia.org/wiki/Tr%C...igationssystem. Damit hat man schon in den 1970ern in der Luftfahrt nach Ozeanüberquerungen problemlos das nächste Funkfeuer gefunden.
Aktuelle Anwendung siehe https://ardupilot.org/. Hat schon vor 10 Jahren durch Kombination von INS, GPS, Magnetkompass und barometrischer Höhe Multikopter auch bei stürmischem Wind wie angenagelt an Ort und Stelle schweben lassen.

Und mit den tiefen Bohrungen klappt es hier nicht immer ...

LG Philipp

[Thomas L.]

Die nötige Kraft wird größer, sehe ich auch so, aber an dieser Stelle kommt sie ja direkt vom Servo (Taumelscheibe), ich denke, das müßte klappen.

Ich kenne diesen Kopf (Aufbau) nicht, weiß nicht was das für ein Kopf ist, aber die Hiller-Kraft kommt eigentlich aus den Paddeln, nicht vom Servo.
Grüßle Thomas

[kanngarnix]

Hallo Philipp,

da nähern wir uns noch nicht.

Trägheitsnavigation usw. ist um Zehnerpotenzen ungenauer als eine zur Ortsstabilisierung im cm-Bereich nötige Sensorik.
Ardupilot nutzt zu diesem Zweck nicht die IMUs, sondern eine Sensorik, die von denen als "optical flow" bezeichnet wird.
Dahinter steckt good old Autokorrelation, es gibt vom Ardupilot-Projekt sogar eine Realisierung auf Basis einer optischen Maus.
In geringer Höhe hatten wir mal versucht, Magnetfeldmuster zu messen, oder natürlich, wie es die aktiven Differential-GPS tun, mit eigenen Sendern zu navigieren.
Geht alles, aber ist eben nicht das Gewünschte.

Es müßte ein Datenblatt her, in dem ein renomierter Hersteller einen Sensor unter 100€ anbietet, der im cm-Bereich stabil eine einachsige Translation mit befriedigender Genauigkeit mißt. Ich hab ein solches noch nicht gesehen ...

Trotz Allem : kollegiale Grüße, Reiner

[kanngarnix]

Ich kenne diesen Kopf (Aufbau) nicht, weiß nicht was das für ein Kopf ist, aber die Hiller-Kraft kommt eigentlich aus den Paddeln, nicht vom Servo.
Grüßle Thomas

Das ist auch bei dem Chinesen-Nachbau der ganz "normale" T-Rex Kopf :
image.png
Von der Taumelscheibe geht's auf die (hier) linke Seite des Mischerarms, drüber.
(Davor zu sehen der direkte Anlenkarm von Taumelscheibe zur Rotormischebene.)
Wenn ich den rechten Teil dieses Hebels verlängere, steigt der Ausschlag oben : das ist der Hiller-Einfluß.

Im Prinzip (bis auf die Funktion des Pitchkompensators) die Verstellung des Anstellwinkels des Hillerpaddels durch die Taumelscheibe.
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