Floater4, meine VTOL Drohne mit 4h Flugzeit

Hallo RC-Network Forum,

bin schon viele Jahre passiver Mitleser, daher zu allererst ein herzliches Dankeschön an alle die hier ihre Erfahrungen, Fachwissen und Begeisterung für unser Hobby teilen!

Ich möchte euch heute mein Winter Eigenbauprojekt von Dezember vorstellen, ein Senkrechtstarter / VTOL Drohne mit 4h Flugzeit!
Habe die sonnigen Wochenenden genutzt die Flugzeit mal aus zu fliegen.

IMG_20200315_171007-Kopie_thumb.jpg

Video:

Meine Homepage dazu:
http://aeroandi.de/planes-drones/floater4-vtol-drone/

Grüße,
Andi
 

UM-RE

User
Hallo,

finde ich absolut beeindruckend dein Projekt. Würde gerne mehr darüber erfahre.

Vielen Dank für die Vorstellung

Gruß,
Uwe
 
Floater4

Floater4

Gratulation.
4,4kg und dann 35min Hovern, da ist bestimmt ein ziemlich großer Akku drin?

Wäre es für Dauerflug da nicht besser ein paar Solarzellen anzubringen und dafür den Akku zu verkleinern?
Hovern braucht man ja nur für Start und Landung, dafür sind 35min bstimmt nicht nötig.
Bei 3m Spannweite passen da sicher 22 C60-Zellen drauf, die dann >70W peak bringen würden und nur ca. 160g zusätzlich wiegen.

Gruß Dietrich
 
Hi Dietrich,

danke für die Anregung! 160g auf die Flügel kleben wäre mal überhaupt kein Stress!
Die Cruise Leistung liegt so bei 70-80W, also auch wenn die Solarzellen nicht für Dauerflug reichen, wenn sie nur 50% der Cruiseleistung bringen würden, könnte ich ja doppelt so lange fliegen, also 8 Stunden dann! Das wäre auch schon ganz geil!

Habe bisher noch keinen Solarflieger gebaut, du scheinst da Erfahrung zu haben.
Gibt es gute käufliche Lösungen für Spannungswandler / Ladeelektronik, die mir die PV Spannung so aufbereiten, dass mein 6S Akku (~24V, ~25,2V Ladeschluss) daraus kontrolliert nachgeladen wird?
Wie schwer ist so etwas?


@Uwe:
Danke für's Feedback!
Habe noch ein paar mehr tech. Daten auf meiner HP ergänzt. Wenn dich etwas interessiert, gerne fragen.

Ciao,
Andi
 
Solar + Akku

Solar + Akku

hast Du sicher schon hier im Forum gesehen:
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/505097-Solarflieger/

Die Idee ist hier allerdings vollkommen ohne Akku zu fliegen, was bei einem Senkrecktstarter ja nicht funktionieren kann.
Ich hatte meinen akkulosen 14-Zellen-Flieger im Winter mal mit einem zusätzlichen kleinen Akku (2S-350mAh) ausgestattet.
Im Winter reicht wegen dem flachen Sonnenwinkel die Leistung nicht aus um auf Höhe zu kommen.
Da Solarzellen und 2S Lipo ganz gut zusammenpassen war die zusätzliche Hardware nur ein 2S 10A Lithium Battery Protection Board mit 1.5g.
https://www.banggood.com/10A1S-4_2V...1.html?rmmds=search&ID=48727&cur_warehouse=CN
Das Board kümmert sich allerdings nur darum das Laden abzuschalten wenn eine LipoZelle zu hohe Spannung bekommt, bzw. die Stromentnahmen abzuschalten wenn eine Zelle zu geringe Spannung hat.
Den eigenbau MPPT-Controller vom Holger hab ich dann so geändert, dass ich in 3 Modi fliegen konnte:
- Null-Gas: Motor aus + Akku Laden mit Solar
- bis Halbgas: Motor 0-100% mit Akku und Solar zusammen
- Halb - Vollgas: Motorsteuerung mit MPPT, Akku vom Rest getrennt

Vielleicht reicht für 6S ein einfacher Step-Up-Converter aus, muß man mal probieren. Da gibt es welche wo max-Spannung und Strom einstellbar sind, z.B.:
https://www.banggood.com/Geekcreit-...=104858042&sc_uid=nT6dwOo4FS&cur_warehouse=CN

Gruß Dietrich
 
Hi Dietrich,
für 7$, ja krass! Wenn ich es richtig sehe sind die 2 Potis auf der Platine für die Ausgangsspannung und das Stromlimit.
Das ist schonmal nicht schlecht, so lange die Solarzellen nie mehr Leistung erzeugen als im Flug verbraucht wird, kann die Akku ja nicht überladen werden.
Wenn aber mal durch Thermik o.ä. wenig verbraucht wird, wäre es schon von Vorteil wenn die Akku vor Überladen geschützt wäre.
Das wäre hier nur durch die eingestellte Spannung der Fall, richtig? Erreicht der Akku die eingestellte Output Spannung vom DC Wandler, lädt er einfach nicht mehr weiter.
Klingt eigentlich simpel, ist das tatsächlich so?

Habe mal kurz gegoogelt, er hier verwendet ein paar verschiedene Chargecontroller für seinen Solarflieger:
https://youtu.be/m-MgBWgba-I?t=539
Irgendwelche Erfahrungen damit?
Was können diese besser als so ein günstiger DC-Wandler mit Strombegrenzung?

Danke!

Grüße,
Andi
 
Unterschied einfacher Regler - MPTT-Regler

Unterschied einfacher Regler - MPTT-Regler

Normale Spannungsregler sind eigentlich nicht so gut für Solarzellen geeignet, weil die versuchen die eingestellte Spannung am Ausgang des Reglers zu erreichen, ohne darauf Rücksicht zu nehmen, was die Quelle so liefern kann. D.h. der Regler versucht zu viel aus der Solarzelle rauszuziehen, wodurch die in einen schlechten Wirkungsgrad gerät bzw. der Regler dann wahrscheinlich auch abschalten wird. Wenn der Regler aber eine Strombegrenzung hat kann man vielleicht eine Einstellung fingen die einigermassen funktioniert.

Für Solarzellenanwendungen ist es besser den Spannungsregler in Abhängigkeit der Eingangsspannung (nicht Ausgangsspannung) zu steuern, was die MPPT-Regler machen.
Der Aufwand ist auch nicht größer, aber da gibt es noch nicht so viele fertige Chips für.
Wenn der einfache Regler nicht brauchbar funktioniert, dann könnte man vielleicht den Steuererchip auslöten und den durch einen kleinen Microcontroller ersetzen. Die Hochstromkomponenten sind bei den Reglern ja eigentlich gleich.
 
Hallo Andi,

super Konzept! Mit Solar sicher der Überflieger!

Ein paar Fakten bezüglicher Segler, Auslegung, Profil und Antriebe wäre noch schön.

Grüße, Bernd
 

moze

User
Spannend!

Ich muss auch sagen, die Bilder sind schön, Details wären halt toll! Welche Antriebe stecken drin, wonach hast du optimiert, wie entwickelt und entworfen, wie wurde gebaut?
Fragen über Fragen :D:D:D

Grüße

Tim
 
Hi,

vielen Dank für das Interesse und positiven Rückmeldungen!
Der Grund für meine späte Rückmeldung ist die Geburt meiner kleinen Tochter! Drohnen Projekte gerade auf hold! :-)

Hier noch ein paar mehr Hintergrund Infos zum Floater4, was, wie, warum!

Warum hat dieses Flugzeug so eine lange Flugzeit für ein E-VTOL?

1. Antrieb
Natürlich macht es letztendlich das Komplettpaket aus allem.
Trotzdem würde ich sagen die Abstimmung der Antriebskomponenten Motor, Regler und Propeller war das Kernthema, sie einfach alle nahe an ihrem effizientesten Betriebspunkt zu betreiben.
Der Wirkungsgrad ist keine Konstante, sondern eine Kurve über mehrere Parameter. Und jede Komponente hat ihre eigenen Kurven.
Es ist die Herausforderung, sie alle zusammenzubringen und alle nahe an ihrem Optimum zu betreiben.
Ich habe in den letzten Jahren mit einem Motorprüfstand viel über diese Eigenschaften gelernt und gemessen.

Was zur Optimierung des Antriebs entscheidend beiträgt, sind mit Sicherheit auch die getrennten Schwebe- und Cruise-Motoren.
Auf diese Weise kann man jeden einzelnen perfekt optimieren, um unter Cruise-Bedingungen optimal zu sein, oder Schwebemotoren zum Schweben. SMan muss keine Kompromisse eingehen.

Ich habe in den letzten 5 Jahre verschiedene VTOL-Konzepte gebaut, siehe auch meine Homepage.
Als mein erstes VTOL-Flugzeug 2015 habe ich ein Tilt-Motor Konzept gebaut. Denn auf den ersten Blick erscheint es schlau zum Cruisen die gleichen Motoren zu verwenden wie zum Schweben.
Ich habe auch einen Tailsitter und verschiedene weitere Arten von VTOLs mit Tilt-Motoren gebaut.
Auf den zweiten Blick ist umso deutlicher zu erkennen, dass ein Tilt-Motor-Konzept immer einen Kompromiss bedeutet, je detailierter man sich damit beschäftigt, und je mehr Dimensionierungsberechnungen und -optimierungen man macht.
Die Cruisebedingungen unterscheiden sich erheblich von den Schwebebedingungen. Man muss bei einem Tilt-Motor VTOL oder Tailsitter einen Punkt dazwischen wählen, der dann für beide niemals perfekt sein wird.

Einfaches Beispiel:
Das Liliums-Flugzeug soll 300 km/h fliegen, daher muss der Propellerstrom des Cruiseantriebs etwas schneller sein, z.B. 360 km/h.
Zum Schweben benötigt man mehr Leistung, um das Eigengewicht zu tragen. Bedeutet, dass man beim Schweben einen Propellerstrom schneller als 400km/h erhalten wird! Das wird verdammt ineffizient sein! Ein äußerst effizienter Schwebeflugantrieb hat bekanntlich große Propeller und einen super langsamen Propellerstrom.

Was ich sagen möchte ist:
Einfache VTOL-Konzepte mit getrenntem Schwebeflug und Cruiseantrieb sind besser als Sie auf den ersten Blick erscheinen!

Aus meiner Entwicklungserfahrung habe ich gelernt, dass es nie nur eine „beste Lösung“ gibt. Es gibt nur eine beste Lösung für einen Anforderungssatz.
Unterschiedliche Anforderungen, unterschiedliche Lösung. Deshalb sieht eine Biene anders aus als ein Eta-Segelflugzeug.

Wenn man Tilt-Motoren verwendet und diese besser anpassen kann, z.B. durch Verstellpropeller kann das Ergebnis besser aussehen. Z.B. Joby Aviation macht das.
In der Gesamtbilanz muss man jedoch das zusätzliche Gewicht und den zusätzlichen Aufwand für Kippaktuatoren und Propelleraktuatoren mit einberechnen. Gewicht, zusätzlicher Stromverbrauch der Aktorik, Zuverlässigkeit etc..


2. Batterie
Offensichtlicherweise sind Zellen mit hoher Energiedichte erwünscht, aber oft sind diese bekanntlich in den maximalen Strömen begrenzt. Wenn man einen ineffizienten Schwebeflugantrieb hat, wie dies bei vielen VTOLs mit Tilt-Motoren der Fall ist, verbrauchen sie z.T. 2 mal mehr Strom als mein einigermaßen guter Schwebeflug Antrieb (bei Lilium ist es sicherlich noch viel mehr als Faktor 2). Man muss also Zellen mit höherer Leistung und damit geringerer Energiedichte verwenden.

Die halbwegs effizienten Schwebeantriebe ermöglichten es mir, Zellen mit höherer Energiedichte zu verwenden, als ich für einen Tilt-Motor VTOL oder einen Tailsitter hätte wählen können.


3. Das Flugzeug selbst
Ein effizientes und leichtes Flugzeug gehört natürlich dazu.
In diesem Bereich bin ich halbwegs geübt, da ich als Luft- und Raumfahrtingenieur mein ganzes Leben lang in der Produktentwicklung von „fliegenden Dingen“ zu Gange bin. Eigene Flugzeugkonstruktionen ab 14 Jahren, 10 Jahre professionelle Kiteentwicklung, Hydrofoils zum Kiten, elektrische Hydrofoilboards, Kiteboards, Drohnen…
Wenn ich Leichtbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen baue und die Aerodynamik optimiere, fühle ich mich zu Hause.


4. Auto-straight Propeller Ausrichte Vorrichtung
Wenn man die großen Schwebe-Props zum Cruisen gerade ausrichtet spart das offensichtlich Luftwiderstand.
Doch wie viel ist das wirklich? Ich habe ein paar Vergleiche mit meiner kleineren 5-Motor-VTOL Drohne gemacht, indem ich sie mit 1. geraden Props und im Vergleich 2. allen Props quer zur Flugrichtung von Hand gestartet habe.
Der Unterschied ist signifikant! Aus meinen Tests rund 10% Cruiseleistung!


Das 4-Stunden-Endurance-Video das ich gepostet habe, war übrigens noch ohne die Auto-straight-Props.
Und es war ein windigerer Nachmittag als ich gehofft hatte. Der Motor lief oft viele Minuten mit der dreifachen normalen Cruiseleistung! Ich dachte zuerst, dieser Flug würde nicht sehr lang werden.
Ich bin mir also ziemlich sicher, dass es unter ruhigeren Bedingungen und inkl. mit den Auto-straight-Props würde er sicher länger fliegen.

Anbei übrigens noch ein paar Screenshots vom GPS Track des 4h Testflugs. Habe im Kreisverkehr die Ausfahrt nicht gefunden! :-)

Ciao,
Andi
 

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Solar-Wandler-Umbau

Solar-Wandler-Umbau

Glückwunsch zur Tochter.

Nochmal wegen dem Solar-Wandler:
Ich hatte mir mal den Step-Up-Down Wandler besorgt ( https://www.banggood.com/Geekcreit-...n-p-969195.html?rmmds=search&cur_warehouse=CN ).
Da ist eine kleine zusätzliche Schaltung (OPV) drauf um den Strom begrenzen zu können.
Das brauchsts für Solarzellen ja nicht, man will ja den maximalen Strom der Solarzellen nutzen.
Die Schaltung hab ich mal etwas modifiziert um den Ausgang entsprechen der Eingangsspannung regeln zu können (MPPT).
Man braucht dafür 2 zusätzliche Widerstände und ein paar Leitungen (siehe Bild).
Ich nutze die Schaltung wenn mein Solarflieger mal am Boden liegt um einen 4S Akku für andere E-Flieger nachzuladen.
SolarreglerUmbau.jpg
Gruß Dietrich
 
Servus Dietrich,

du bist ein echter Solarfreak, supergeil! :-D
Bei Gelegenheit muss ich mal so etwas anbauen!

Ciao,
Andi
 
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