Hexacopter extrem

[MarcoKalmar]

Guten Abend,

Ich würde gerne mein neustes Projekt vorstellen. Ich versuche einen Hexakopter mit U8 Motoren zu bauen. Parallel zu dem Planen des Frames mache ich Messungen um die optimale Propeller - Akku kombination herauszufinden.
Nun ist es jedoch so, dass ich mit meinem bisherigen Frame nicht wirklich zufrieden bin und glaube das es hier enormes Verbesserungspotential gibt. Die Rohre die ich anfangs verwenden will haben einen Durchmesser von 30 mm und eine Wandstärke von 3mm. Die Centerplatte hat eine Dicke von 3 mm. Aufgrund der 26" Props die zum Einsatz kommen sollen sind die Rohre 700 mm lang. Nun ist es so das laut meinem CAD Programm der Kopterframe ein Gewicht von 3,6 kg hat. Mit Akkus und anderem Zeug komme ich da locker auf um die 12-13 kg...das is zuviel. Die Motoren packen das locker aber da muss doch mehr(bzw weniger) drinn sein. Kann ich an dem Rohrdurchmesser was machen? Eventuell an der Dicke der Centerplatten?

PS: Eventuell fällt auf das die 2 Centerplatten sich unterscheiden. Da die obere eher auf Druck und die untere eher auf Zug beansprucht wird, dacht ich an Einsparung an Gewicht bei der unteren Platte durch "Löcher".


Für Tipps am Frameaufbau bin ich auch dankbar =)
lg
Marco

 

[uija]

Ich denke, dass du mit der Wandstärke runter gehen kannst. Die Heckrohre von 700er-Helis sind lange nicht so dick und haben ja auch einiges auszuhalten. Ich würde da ggf. einfach mal Belastungstest machen. Nimm das Rohr, pack was rein, damit du es einklemmen kannst, und dann häng so lange Gewichte dran, bis es knickt ;-)

Denk dran, dass du den letztendlich nur mit Sondergenehmigung oder auf entsprechenden Flugplätzen fliegen darfst!

 

[MarcoKalmar]

Danke für die Antwort.
Flugplatz ja und mit Sondergenehmigung auch ja. Habe mich diesbezüglich bereits informiert =)
Ja das mit dem Belastungstest ist so ne Sache hab gehofft es gibt eine schnellere Möglichkeit das "optimale" Rohr herauszufinden. Jedesmal ein Rohrbestellen einen Test machen und dann eventuell eine Größe höher oder tiefer nehmen um dann den selben Test zu machen kostet viel Zeit...
Achja was haltet ihr von Titanrohren? Im Projekt 30mm hab ich mal davon was gelesen ist aber irgendwie nicht mehr genauer drauf eingegangen worden. Hat jemand damit Erfahrung? Würde ich damit Gewicht einsparen können?
lg

 

[FerdinandK]

Hast Du da Schellen und Schrauben schon dazugerechnet? 3mm CFK 0,35m² 4,2m 30/24 Rohr

Also die Rohre haben 400gr/lm sind jedenfalls ausreichend dimensioniert. 30/26 ev auch noch. Mit 1m 30/24 richtig eingespannt kannst Du Klimmzüge machen.

Die Centerplate ist sehr massiv und sehr groß, hier könntest Du sicher nicht eine Nummer kleiner auf 400mm Druchmesser und sehr viel mehr Erleichterungsbohrungen anbringen.

Jedenfalls ist das einer der Gründe warum ich gerne X8 baue, das Frame kann viel kleiner und leichter werden als das von einem vergleichbaren Hex.

lg Ferdl

 

[HSH]

Mal ne (blöde?) Frage: Warum so extrem stabil? Im Prinzip wirken ja keine sonderlich großen Kräfte, die Arme müssen ja nur den Kopter heben und die Motoren auf Abstand halten. Dazu muß man an den Armen keine Klimmzüge machen können.

 

[MarcoKalmar]

Das ist eh eine meiner großen Fragen:

Woher wisst ihr wo und wie groß ihr die Erleichterungsbohrungen machen könnt?
Lasst ihr da ne FEM drüber laufen und schaut an welchen Stellen der Centerplatte "keine" Belastung aufritt? Ich kann mit meiner Solidworks-Version keine FEM an Carbon machen da dieses Material bidirektional ist und mein Materialeditor das scheinbar nicht hinbekommt. Ich hab auch versucht mich an bereits vorhanden Projekten zu orierentieren bei den Erleichterungsbohrungen doch hab ich, da Carbon nicht sonderlich gut bei Druckbelastung ist, angst, dass es bei der oberen Centerplatte zu schwächen kommt, wenn ich dort Material wegnehme. Außerdem besteht Carbon doch aus Fasern, ist es nicht "gefährlich" da rum zu schneiden? Stört das nicht die Kraftverteilung komplett?

Ich (85 kg) hab gerade auf dem Rohr Liegestützen ohne Probleme machen können (Rohrmittelpunkt lag auf einer Hantel). Das Rohr ist so glaub ich überqualifiziert Hab auch eine Seite eingespannt und 25 kg Scheiben auf die die andere Seite gepackt...das Rohr hält bombenfest.

Schrauben habe ich nicht dazugerechnet, Schellen ja.
Wenn ich die Centerplatte vom Durchmesser kleiner mache erhöht sich doch das Drehmoment bzw die Kraft übertragung auf die Platte durch Hebelwirkung. Müsste ich sie dann nicht Dicker machen um dem entgegenzuwirken? Ist die Angabe von 400mm für die Dicke von 3 mm gedacht?
Ich glaub ich steh auf dem Schlauch...Der Hexa kann doch aufgrund seiner 6 Motoren viel kleinere Arme haben als ein Okto ==> weniger Hebelwirkung ==> geringere Dicke und Durchmesser bei der Auslegung der Centerplatte ==> leichter
Oder hab ich einen Denkfehler?

@HSH: Pro Motor sind bis zu 7 kg geplant. Über die Hebelwirkung kann die Kraft die auf die Centerplatte wirken kann relativ hoch sein. Ich selber weiß ja auch nicht ob meine Maße nicht übertrieben sicher sind, desshalb frage ich ja hier.

lg
Marco

 

[FerdinandK]

Also es gab auch eine Zeit vor FEM, da wurde einfach überlegt, ... Wenn Du die Rohre mit Schellen befestigst muss die Centerplate vor allem Zug/Druck in Richtung der Arme aufnehmen (weil ja da kein Rohr ist). Deshalb halte ich es immer für lustig, wenn die Leute in der Mitte der Centerplate ein Loch bohren, Ein "Stern" würde darfür reichen". Dazu kommt noch die Belastung die durch ev. Vibrationen hinzukommt, diese muss durch Stege zwischen den Auslegern auf Höhe der Schellen abgestützt werden. Überall wo das nicht zutrifft kannst Du Material wegnehmen. Ein FEM-Simulation ist auch nur so gut wie die Qualität der zu erwartenden Lasten.

(natürlich runder dicker und schöner)

Ein X8 hat ja nur 4 Arme, die können kürzer sein, weil kürzer ist auch der Hebel kürzer und das Material kann schwächer sein.

lg Ferdl

 

[HSH]

@HSH: Pro Motor sind bis zu 7 kg geplant. Über die Hebelwirkung kann die Kraft die auf die Centerplatte wirken kann relativ hoch sein. Ich selber weiß ja auch nicht ob meine Maße nicht übertrieben sicher sind, desshalb frage ich ja hier.
lg
Marco

Ja, aber das sind keine statischen Kräfte. Ich hab mal aus Spaß einen Quad-Rahmen aus 20x20mm Aluvierkant mit passendem (Kunststoff) Vierkantrohrverbinder (anstelle der Centerplatten) aus dem Baumarkt gebastelt. Motorabstand diagonal 1m. Hab den an den Motormontagepunkten gelagert und dann mittig belastet. Hat problemlos 15kg getragen.

Der Hexa kann doch aufgrund seiner 6 Motoren viel kleinere Arme haben als eine Okto ==> weniger Hebelarmwirkung ==> geringere Dicke und Durchmesser bei der Auslegung der Centerplatte ==> leichter
Oder hab ich einen Denkfehler?

Ja, denn Ferdl meint keinen Flat Okto sondern einen X8, also einen Quad mit Tandemrotoren.

 

[FerdinandK]

@HSH

Hab meinen Motorprüfstand mit 20x20Alu 1m aufgebaut, in der Mitte gelagert, ein Ende hat den Motor mit Prop, das andere Ende drückt auf eine Waage, bei den U8 mit 28" habe ich mit nicht getraut 12S (8kg max Schub) zu verwenden weil die Durchbiegung bei 4kg schon deutlich zu sehen war. Dazu kommt noch, dass die "Kraft" nicht das Problem ist, sonder (wodurch auch immer ausgelöste) Vibrationen, deren Amplituden die statische Kraft um ein vielfaches übersteigen. 20x20 Alu wäre auch meiner Sicht definitiv NICHT ausreichend.

lg Ferdl

 

[HSH]

Ferdl, das sind aber statische Lasten. Der Kopter würde, im Gegensatz zur Waage, ja der Kraft ausweichen. Das trifft zum großen Teil auch auf die Vibrationen/Resonazschwingungen zu. Schnall mal einen Heli fest und mach dann ähnliche Schubtests. Den Heli wirds dir durch die Resonanzen dabei vermutlich zerreißen, auch wenn er ansonsten einwandfrei fliegen würde.

20x20 Alu wäre auch meiner Sicht definitiv NICHT ausreichend.

Hab ja nicht gesagt das er seinen Kopter daraus bauen soll. Wobei ich den Rahmen aber für Testzwecke spenden würde.
Ich bastel grad an einem Ultraleichtrahmen für die RCT 5010 mit 17x5.5. Ähnlich deinem "Projekt 12mm". Für die Arme ist 10x10 Alu vorgesehen.

 

[MarcoKalmar]

@Ferdl: Ich hab mich bezüglich Koax (ich hoffe ich verwechsel nicht was) im Forum schon informiert und da hieß es, (einer hat jedoch scheinbar keine Verluste gehabt, er hat zwei Kopter komplett gleich aufgebaut nur einen mit Koax und einen Flat) dass es bis zu 20% Verlusten kommen kann. Bei 7*3*0.2 wären das 4,2 kg Verlust und das würde ja die X8 Konstruktion nicht an Gewicht einsparen. Ich habe bei Koax nicht wirklich Erfahrung, desshalb kann es gut sein, dass ich einen Denkfehler habe.

PS: Ich mach mich mal an den neuen Frame und zeig ihn euch dann
Vielen Dank für die Tipps!

lg
Marco

 

[muvid]

Hallo Marco,

ich würde von einem Hexa mit U8 abraten.....das Teil wird ein Monster von der Größe....das Tranportieren wird schon immer eine herausforderung.
Ich würde zu einem X8 tendieren und die angeblichen verluste sind in diesem Fall zu vernachlässigen.
Wäre zu schade wenn du die Props beim transport beschädigts....sind ja auch nicht gerade günstig und deswegen habe ich mein Copter mit U8 Steckbar gebaut.
Siehe hier:
http://fpv-community.de/showthread.php?33814-Projekt-30mm&p=502048&viewfull=1#post502048

Gruß Ertan

 

[MarcoKalmar]

Warum sind die Verluste zu vernachlässigen?
lg

 

[zerosight]

CFK ist nur richtig stark, wenn es entlang der Faserrichtung belastet wird. Treten die Kräfte versetzt hierzu auf, lässt die Steifigkeit extrem nach, da dann nur noch die Eigenschaften des relativ weichen Harzes zum Tragen kommen. Relevant bei der Konstruktion sind die auftretenden Kräfte zwischen den einzelnen Krafteinleitungen. Meine Prinzipdarstellung zeigt das Ganze mal stark vereinfacht - die inneren Schellen fehlen und pro Krafteinleitung ist nur eine Schraube angedacht. Die Linien sollte man als "Gurte" konstruieren. Die Breite hängt dabei vom Material und dem Gefühl für die ausreichende Dimensionierung ab. Berechnen kann ich das leider nicht. Entscheidend ist natürlich, dass das Material entsprechend verlegt Faserrichtungen aufweisen muss. Üblicherweise werden solche Platten aus 0/90 Grad Prepregs hergestellt die entsprechend übereinandergelegt, verpresst werden. Das Material müsste also aus mindestens drei 0/90 Prepregs bestehen, die gegeneinander um 30 Grad verdreht sind. Ich bin mir jedenfalls ziemlich sicher, dass eine korrekt konfigurierte Platte, die nur halb so dick ist wie Deine, deutlich steifer ist.

Bei den Rohren ist der Aufbau ebenfalls entscheidend. Meine Idee wäre eine unidirektionale Schicht in Längsrichtung und drumherum eine +45/-45 Grad Torsionslage. Wenn möglich mit speziellen Hochmodul-Fasern die nochmal eine Runde steifer als das übliche CFK sind. Allerdings habe ich derzeit noch keine blasse Ahnung, wie man den ganzen Kram berechnet. Ich stelle mir das auch recht schwer vor, da neben den eigentlich, statischen Kräften, die z.Bl. durch das Eigengewicht, Schub etc. nochs icher eine ganze Reihe dynamischer Kräfte, wie Vibrationen dazukommen.

Edit:
Apropos Rohre - die U8 haben einen 30er M3 Lochkreis zur Befestigung. Da würde gerade noch ein 18er Rohr (http://shop1.r-g.de/art/740908-HM) dazwischenpassen, was eine sehr leichte Motorbefestigung zulassen würde.

 

[Upgrade 08/15]

Hallo; kurze offtopic Frage:
Mit welchem Programm/ wie hast du die beiden Slizzen im ersten Post gemacht?
MfG

 

[FerdinandK]

@zerosight

0° 60° 120° Platten sind super, aber 0° 90° ist nicht viel schlechter, die entsprechenden Kennzahlen sind etwas schlechter, aber nicht den Aufwand wert selber eine Platte zu laminieren. Vor allem muss aber die Centerplate auch noch eventuelle Toleranzen in den Bohrungen, Elastizitäten der POM-Schellen abfangen, daher würde ich auch eine 3mm Platte verwenden, oder falls dünner müssen noch Distanzhalter verbaut werden.

Dein Kraftleitungsdiagramm ist prinzipiell richtig, nur brauchst Du die Gurte die einen Ausleger überspannen nicht, weil sie schon von den "primären" (in Form von gleichseitigen Dreiecken abgefangen werden), aber eben die hintere Verschraubung der Ausleger muss auch abgestützt werden.

18mm Rohre wäre mir zu dünn, denn da muss man mit Wandstärke ausgleichen was an Durchmesser fehlt, vor allem auf die Länge der Ausleger. Mit der Befestigung und Zugänglichkeit der Schrauben gibt es ohnehin keine Probleme, da der Motor zwischen Windungen und Lager "offen" ist, also nur Verstrebungen hat und man in diesem Bereich "durchschrauben" kann.

Bei den Rohren gilt auch das gleiche wie bei den Platten, super wären Fasern in Längsrichtung und dann wieder 60° und 120° dazu, aber 0 90° wird meist als -45° 45°gelegt, ist nicht viel schlechter.

lg Ferdl

 

[MarcoKalmar]

@Upgrade: Die Skizze habe ich mit Solidworks gemacht. Eine Baugruppe erstellt und dann in den Skizzenmodus gewechselt.
Der Koax hat schon seine Vorteile und trotzdem würde mich interessieren warum die Verluste zu vernachlässigen sind. Wenn die wirklich zu vernachlässigen sind wäre der x8 Koax meine erste Wahl aber aufgrund der Verluste ist bei höherer Drehzahl der 6er Flat effektiver als der x8 Koax der seine Vorteile im niedrigerem Bereich hat (hochgerechnet mit einem Datenblatt von T-Motors)
lg
Marco

 

[ThinMan]

Hallo!

Wären diese, solche für den Kopter besser geeignete Rohre? Ich hab die zwar mal an einem Kopter verbaut, aber nicht geflogen und auch nicht mit normalen 3K-Rohren verglichen.

http://www.carbon-team.de/cfk-rohre+100.htm

ThinMan

 

[ThinMan]

Die Gewichtseinsparung kompensiert quasi die Effizienverluste, dafür ist er kompakter/transportabler, im Prinzip nicht ganz so stabil und etwas weniger flexibel, was die Anbringung einer Kamera anbelangt.

ThinMan

 

[muvid]

@Upgrade: Die Skizze habe ich mit Solidworks gemacht. Eine Baugruppe erstellt und dann in den Skizzenmodus gewechselt.
Der Koax hat schon seine Vorteile und trotzdem würde mich interessieren warum die Verluste zu vernachlässigen sind. Wenn die wirklich zu vernachlässigen sind wäre der x8 Koax meine erste Wahl aber aufgrund der Verluste ist bei höherer Drehzahl der 6er Flat effektiver als der x8 Koax der seine Vorteile im niedrigerem Bereich hat (hochgerechnet mit einem Datenblatt von T-Motors)
lg
Marco

Hallo Marco,
ich habe mich vielleicht falsch ausgedrückt....bei so einem Mammut-Projekt mit den U8 Motoren ist dies in meinen Augen ein vernachlässiger Verlust den du in kauf nimmst bei einem X8 ....wenn es denn wirklich 20% sind.
Irgendwann werde ich mir mal den spass machen einen Flat und X8 Setupgleich auf zu bauen und es selbst testen.

Ich muss ganz ehrlich zugeben das ich beim meinem U8 Quad nicht unbedingt auf das Gewicht geachtet habe. Er ist zwar mit 3,9kg ohne Lipo schwer aber dennoch später mit Payload denke ich noch mit 30 Minuten gut unterwegs.
Test´s mit meinem stehen ja noch aus....bin aber selbst schon gespannt.
Meine Ergebnise werde ich dann im passenden Thread posten.

Gruß Ertan