Antrieb, Steuerung und Flugmanöver eines Quadrocopters
In diesem Artikel der Quadrocopter Fragen und Antworten Reihe geht es um die Steuerungsarten der Quadrocopter. Du erhältst hier nicht nur einen Überblick über die einzelnen Manöver, die eine RC Drohne in der Regel ausführen kann, sondern auch einen kleinen Einblick in die technischen Aspekte der einzelnen Modi.
Der Aufbau eines Quadrocopters
Generell gilt, dass sich die Luftschrauben, auch Rotoren genannt, auf gleicher Höhe befinden. Bei einem Quadrocopter drehen sich zwei der vier Rotoren im Uhrzeigersinn und die restlichen zwei dagegen. Somit können die auf den Rumpf wirkenden Kräfte neutralisiert werden.
Damit ist die Grundvoraussetzung für einen ruhigen Flug geschaffen. Außerdem ist die Rückseite der Multicopter meist farblich gekennzeichnet, damit Du auch bei einiger Entfernung noch weißt, wohin Du Deine Drohne steuern musst.
Die Plus-Form
Die Plus-Form, oder auch +-Form ist die am häufigsten verwendete Bauform der ferngesteuerten Quadrocopter. Die Beliebtheit dieser Konstruktionsform kommt nicht von ungefähr. Bei einem Lenkmanöver wird nur eines der beiden Motorpaare aktiviert. Somit ist die einfache Steuerung besonders für Einsteiger Quadrocopter Piloten geeignet. Leider kann es bei dieser Bauform dazu kommen, dass die Propeller die Kameraaufnahme kreuzen und ein Teil des Bildes verdecken. Doch auch dafür gibt es eine Lösung.
Die X-Form und die H-Form
Die X-Form ist, wie die H-Form auch, seltener von Rotoren im Bild betroffen. Den Kompromiss dieser Quadrocopter Art ist die Steuerung. Möchtest Du lenken, so werden alle Antriebseinheiten gleichzeitig angesteuert. Deshalb wäre es äußerst kompliziert und würde langjährige Erfahrung benötigen, um eine Flugdrohne sauber in der Luft zu halten. Damit die Luftbildaufnahmen sowie die Sicherheit des RC Quadrocopters und dessen Umgebung nicht gefährdet werden, gibt es auch hier eine Technische Unterstützung.
Um die Unfallgefahr zu reduzieren gibt es Stabilisatoren. Diese sorgen während der Quadrocopter Steuerung für eine genaue Ansteuerung der Motoren. Im Gegensatz zu ferngesteuerten Mini-Hubschraubern bricht das Heck der Drohne nicht so leicht aus. Bei einigen Modellen sind durch diese Technik sogar Loopings und Rollen in der Luft möglich. Doch diese Technischen Helferlein musst Du natürlich mitbezahlen.
Die Drohnen Steuerung
Jetzt wo Du einige Grundkenntnisse über den Aufbau der ferngesteuerten Drohnen mit Kamera erworben hast, können wir mit der Quadrocopter Steuerung fortfahren. Doch auch bei der Steuerung von RC Quadrocoptern gibt es einige Grundsätze zu verstehen.
Zum einen ist es wichtig zu wissen, dass Auf- und Abtrieb der RC Drohnen durch Erhöhung oder Absenkung der Drehzahl geschieht. Des Weiteren ist es als kleine Kontrolle nicht schlecht zu prüfen, bei welchem Aufwand das eigene Fluggerät denn überhaupt abhebt. In der Regel sollte der Quadrocopter bei halber Kraft abheben. Somit kannst Du Dir sicher sein, dass Dein Modell noch genug Reserven für den Ernstfall, wie einem unvorhergesehenen Windstoß, hat.
Eine RC Drohne kann sich über drei Achsen bewegen. Diese sind die Gierachse, auch Hochachse genannt, die Längsachse, sowie die Querachse. Die daraus resultierenden Flugmanöver der Quadrocopter Steuerung sind das Pitchen, das Gieren, sowie das Nicken und das Rollen. Das Pitchen
Wie in den Grundsätzen der Quadrocopter Steuerung beschrieben, sind zentrale Flugmanöver das Sinken und Steigen lassen der RC Drohnen. Dieser Modus wird auch Pitch genannt und setzt voraus, dass alle vier Antriebseinheiten auf gleicher Kraft laufen. Dein ferngesteuerter Quadrocopter mit Kamera sollte also gleichmäßig in der Luft schweben, wenn der Pitch nicht verändert wird. Auch hier helfen Stabilisationstechniken aus. Somit können auf Seitenwinde ausgeglichen werden.
Nicken und Rollen
Nachdem Deine RC Drohne nun in den Himmel aufgestiegen ist, kommen weitere zentrale Steuerungselemente ins Spiel. Das Vorwärts und Rückwärts fliegen, auch Nicken genannt, sowie das Seitwärtsfliegen, welches auch als Rollen bezeichnet wird.
Da es verschiedene Bauformen der beliebten Drohnen gibt, laufen diese Vorgänge nicht immer identisch ab. Doch die Grundsätze der verschiedenen Bauformen werden hierbei stets eingehalten. So kommt es in der Plus-Form dazu, dass lediglich zwei Motoren pro Manöver angesteuert werden und bei der X- bzw. H-Form immer alle Motoren gleichzeitig. Aus diesem Grund sorgen Stabilisierungstechniken auch hier für eine genaue Ansteuerung der Motoren.
Das Nicken
Der Begriff des Nickens im rahmen der Drohnen Steuerung entsteht durch die geneigte Haltung der Drohne beim vorwärts oder rückwärts fliegen. Um den Flug nach vorne einzuleiten, muss die Drehzahl der vorderen Antriebseinheiten des Multicopters reduziert werden. Die Spitze hängt nun ein wenig nach unten. Damit die ferngesteuerte Flugdrohne nun nicht an Höhe verliert, muss die Drehzahl der hinteren Luftschrauben proportional zur Reduktion der Drehzahl vorne erhöht werden. Somit kannst du Deine Drohne kontrolliert, nach vorne geneigt, vorwärts fliegen lassen, ohne an Höhe zu verlieren.
Das Rollen
Den Seitwärtsflug kannst Du Dir wie das Fahren auf zwei Rädern bei einem Stuntfilm vorstellen. Das Flugmanöver des Rollens basiert auf ähnlichem Ablauf wie beim Nicken. Bei diesem Quadrocopter Steuerungsmodus werden die Propeller links und rechts an die Neigung zur gewünschten Seite angepasst. Möchtest Du als quasi „auf der rechten Seite“ fliegen, so wird die Drehzahl links erhöht. Natürlich soll die Summe aller Kräfte auch hierbei konstant bleiben. Deshalb müssen sich die Antriebseinheiten der rechten Seite etwas zurücknehmen.
Das Gieren
Ein beliebter Modus im Kunstflug ist das Drehen um die eigene Achse. Dieses Flugmanöver der Drohnen Steuerung wird auch als Gieren bezeichnet. Wie in dem Abschnitt weiter oben schon angesprochen, Drehen zwei der vier Rotoren gegen den Uhrzeigersinn. Damit Du Deinen eigenen Quadrocopter um die eigene Achse drehen kannst, muss die Drehzahl zweier gleichdrehender Propeller erhöht werden. Die Kunst hierbei ist es, die Drehzahlen der andersdrehenden Luftschrauben proportional dazu zu senken. Somit kann Dein Quadrocopter die Höhe halten, und sich dabei um die eigene Achse drehen.
Zum Ende diesen Quadrocopter Steuern Artikels möchten wir Dir noch etwas über die Stabilisatoren erzählen. Wie Dir während des gesamten Artikels sicherlich schon mehrfach aufgefallen ist, sind diese enorm wichtig. Doch nicht nur für riskante Manöver, sondern auch für das scheinbar einfache Schweben Deiner ferngesteuerten Drohne mit Kamera werden sie benötigt.
Das Piezokreiselsystem
Das Kreiselsystem, auch Gryosystem, beinhaltet Lagesensoren. Diese sind in der Lage die Winkelgeschwindigkeiten an den einzelnen Rotoren zu messen. Durch die Messergebnisse können die nötigen Drehzahlanpassungen zum Ausgleich von Störeinflüssen berechnet werden. Wie Du Dir sicherlich denken kannst, muss das Ganze in kürzester Zeit geschehen. Technisch gesehen echt eine Meisterleitung.
Der Trend bei aktuellen Drohnen geht in Richtung MEMS-Kreisel. Diese sind in der Anschaffung zwar teurer, reagieren aber unempfindlicher auf Temperaturschwankungen. Somit können sie Dir bessere Flugeigenschaften während der Quadrocopter Steuerung ermöglichen.