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Wie funktioniert ein Quadropcopter?

Fliegendes QuadrocopterEin Quadrocopter stellt eine Sonderform unter den Hubschraubern dar. Mit ihm kann man ebenfalls senkrecht starten und landen.

Wie der Name Quadro schon sagt, besitzt ein Quadrocopter 4 senkrecht nach unten wirkende Rotoren. Diese sitzen in einer Ebene an 4 Auslegern. Die Rotoren bestehen jeweils aus einer Luftschraube und einem (zumeist) bürstenlosen Elektromotor. Diese BLDC-Motoren zeichnen sich durch geringen Verschleiß, hohe Drehzahlen und hohe Drehmomente bei kleinstem Raum aus, benötigen aber im Gegenzug eine aufwendigere elektronische Ansteuerung als herkömmliche Gleichstrommotoren.

Bei Quadrocoptern gibt es grundsätzlich 2 verschieden Konfigurationen je nach Anordnung der Rotoren. Zum einen die „H“ oder „X“-Form und zum anderen die „+“-Form. Die Form richtete sich danach, wie die Ausrichtung des Fluggerätes geartet ist. Auf der einen Seite spricht man von der „H“ oder „X“-Form, wenn 2 Rotoren vorn und 2 Rotoren hinten angeordnet sind. Auf der anderen Seite handelt sich um die „+“-Form, wenn vorn, hinten, links und rechts jeweils ein Rotor vorhanden ist. Im Folgenden wird die Funktionsweise der „+“-Form näher beschrieben.

Wie eingangs erwähnt, besitzt der beschriebene Multicopter 4 Rotoren. Grundsätzlich drehen zwei der Rotoren paarweise rechts herum und 2 Rotoren paarweise links herum. Die Rotoren vorn und hinten bilden ein Paar und die Rotoren links und rechts bilden ein entgegengesetzt drehendes Paar. Dabei weisen die rechtsdrehenden Luftschrauben eine rechtsdrehende Steigung auf und die linksdrehenden Luftschrauben eine linksdrehende Steigung. Dies ist notwendig, damit sich die Drehimpulse der 4 Rotoren aufheben. Durch diese Maßnahme verhindert man, dass der Multicopter im Schwebeflug nicht anfängt unkontrolliert von allein um seine Hochachse zu rotieren.

Des Weiteren besitzt ein Multicopter eine Steuerelektronik. Diese ist mittig im Schwerpunkt platziert. Sie setzt die Steuersignale einer Fernbedienung oder zusätzlicher Lagesensoren (GPS, Beschleunigung, Gyroskop usw.) um und ist verantwortlich für die Regelung der 4 Rotoren. Mittels Drehzahldifferenzen der 4 Rotoren erfolgt die Steuerfunktionen für Höhe und Flugrichtung.

Wenn alle 4 Rotoren gleich schnell drehen und die Drehzahl ausreichend hoch ist, sprich genügend Auftrieb erzeugt wird, dann beginnt der Multicopter zu schweben. Erhöht man die Drehzahlen, dann steigt er. Umgekehrt sinkt er, wenn man die Drehzahlen verringert.

Mit dem Quadropcopter “Nicken”

Um den Quadrocopter nach vorn zu bewegen, muss er durch Neigung Vortrieb erzeugen. Dazu muss sich der hintere Rotor schneller drehen als der vordere. Analog dazu fliegt er nach hinten, wenn sich der vordere Rotor schneller dreht als der hintere.

Mit dem Quadropcopter “Rollen”

Für den Flug nach links und rechts gilt ähnliches. Dreht sich der linke Rotor schnelle als der rechte, dann neigt sich der Multicopter nach rechts und fliegt folglich nach rechts. Umgekehrt fliegt er nach links, wenn sich der rechte Rotor schnelle dreht als der linke.

Mit dem Quadropcopter “Gieren”

Soll sich der Quadrocopter um die Hochachse drehen, dann müssen die Drehzahlen der beiden Rotorpaare unterschiedlich sein. Drehen die linksdrehenden Rotoren schneller als die rechtsdrehenden Rotoren, dann dreht er sich nach links. Umgekehrt dreht sich der Multicopter nach rechts, wenn sich die rechtsdrehenden Rotoren schneller drehen als die linksdrehenden Rotoren.

Somit kann sich ein Quadrocopter/Quadcopter frei im Raum steuern und fliegen lassen.