Frage:
Was ist der Vorteil eines gestreckten X-Rahmens gegenüber einem True-X- oder Squished-X-Design für den Rennsport?
Ben Wilson
2020-04-19 11:14:33 UTC
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Die meisten Rennrahmen auf dem Markt scheinen gestreckt zu sein (länger als breit).

Ich habe das Argument gehört, dass ein gestreckter X aufgrund der physischen Entfernung einen besseren Luftstrom zu den hinteren Stützen ermöglicht, aber in einer Rennumgebung fliegen die Quads normalerweise in einem viel steileren Nickwinkel als jede andere Form des Fliegens, was den hinteren Requisiten viel sauberere Luft geben sollte.

Nach meiner Erfahrung scheinen gestreckte X-Rahmen mehr Pitch-Autorität zu haben als Rollen, was das Gegenteil von dem zu sein scheint, was wäre Wünschenswert für einen Rennfahrer.

Abgesehen von der Tatsache, dass sie etwas schmaler sind, damit sie besser durch die Tore passen, kann jemand einen Rat geben, warum Stretched-X-Rahmen so beliebt sind?

Zwei antworten:
#1
+3
ifconfig
2020-04-19 11:49:17 UTC
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Ich bin kein Rahmendesigner, aber ein Unterscheidungsmerkmal fällt mir ein, warum gestreckte X-Rahmen häufiger vorkommen.

Wie Sie bereits erwähnt haben, hat ein gestreckter X-Rahmen eine längere Front- Dimension von hinten nach hinten als die Dimension von links nach rechts. Dies führt nicht nur dazu, dass die hinteren Propeller bei Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung einen saubereren Luftstrom erhalten, sondern auch dazu, dass das Trägheitsmoment um die Nickachse höher ist, was bedeutet, dass mehr Arbeit für eine externe Kraft erforderlich ist ( z. B. Wind ) em>), um die Tonhöhe des Quad-Inflight zu ändern.

enter image description here ( cit.)

Dies bedeutet auch Wie Sie bereits bemerkt haben, verfügt die Nickachse über eine größere Steuerungsbefugnis ( aufgrund des längeren Momentarms ), wodurch das Quad schneller auf die Befehle des Piloten reagieren kann. Die Unterschiede in der Steuerbefugnis, auf die der Pilot zugreifen kann, können durch Ratenprofile und PID-Abstimmung ausgeglichen werden, sodass das Quad die Stabilität beibehält, die es durch das Stretched-X-Design erhält, während es gleichmäßig auf Nick- und Rollbefehle reagiert.

Eine Sache, die Sie in Ihrem Beitrag bearbeiten könnten: Diese größere Kontrollbefugnis über die Tonhöhe ermöglicht eine schnellere Beschleunigung in die positive Vorwärtsrichtung (dh Sie können vorwärts und schneller vorwärts beschleunigen als jemand mit einer niedrigeren Tonhöhenrate), was unglaublich nützlich ist.
Das habe ich mit "ermöglicht dem Quad eine schnellere Reaktion" gemeint. Ich werde den Wortlaut bearbeiten.
Eigentlich ist das genau rückwärts. Aufgrund der längeren Rotationsachse dauert es tatsächlich länger, bis sich die Nickachse auf einem Streck-X-Quad ändert, als dies bei einem kürzeren Abstand der Fall wäre. Was es erlaubt, ist eine präzisere Steuerung auf der Nickachse, weshalb Rennfahrer es mögen. Dies bedeutet auch, dass kleine Änderungen der Steuerknüppelbewegung zur Steuerung weniger wahrscheinlich zu großen Änderungen der Höhe führen, wenn Sie sehr schnell fahren. Was ein sehr reales Problem ist, wenn Sie in einem Winkel von 85 Grad nach vorne geneigt sind: D.
@QuadMcFly Das Drehmoment steigt jedoch auch mit zunehmender Armlänge des Moments. Ich glaube nicht, dass der Trägheitsmoment des Renn-Quad hauptsächlich von den Motoren bestimmt wird.
Es ist keine Frage des Drehmoments, es ist eine Frage der Geschwindigkeit pro Rotationsgrad. Der Motor ist von Natur aus in der Lage, eine bestimmte Änderungsrate und maximale Geschwindigkeit zu erreichen. Wenn Sie den Abstand vergrößern, muss der Motor pro Umdrehungsgrad mehr Abstand zurücklegen. Wenn Sie den Hebelarm erhöhen, verlangsamt sich daher die Rotationsrate. Der Drehmomentanstieg (weniger Kraft erforderlich, um gegen äußere Einflüsse zu halten) und die effektiv höhere Auflösung führen zu mehr Kontrolle. Ich schreibe unten eine vollständigere Antwort.
@QuadMcFly Uh ... * Fd = Iα *. Mit einem erhöhten Hebelarm und einem Trägheitsmoment, das nicht so stark zunimmt, ist die Winkelbeschleunigung für eine gegebene Motorkraft größer. AFAIK, Motoren sind weder für eine maximale Winkeldrehzahl ausgelegt, die sie auf den Quad-Frame anwenden können, noch für eine maximale Lineargeschwindigkeit.
Sie sind möglicherweise nicht dafür ausgelegt, aber es gibt eine Hardwarebeschränkung dafür, wie viel sie basierend auf der Propellersteigung, dem Motordrehmoment und dem Kv erzeugen können.
Entschuldigung, ich wollte damit sagen, dass diese Mengen der Motor-Prop-Kombination * nicht inhärent * sind. Sie sind Eigenschaften des Motor-Propeller-Quad-Systems als Ganzes. Somit spielen die Abmessungen des Rahmens bei der Berechnung dieser Werte eine Rolle. Denken Sie daran, dass die lineare Kraft, die das Motor-Prop-System erzeugt, in direktem Zusammenhang mit der Winkelbeschleunigung des Quad durch das Drehmoment steht, * nicht mit der linearen Beschleunigung des Quad *.
Du hast recht. Ich habe den verteilten Trägheitsmoment anfangs nicht berücksichtigt. Dies gilt jedoch für die Beschleunigung, jedoch nicht für die Rotationsgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit ist für eine bestimmte lineare Geschwindigkeit immer noch niedriger, aber sie wird schneller dort ankommen.
Ich fürchte, Sie verwechseln hier die Terminologie der Physik. Ich stehe hier zu meinem Anspruch.
Lassen Sie uns [diese Diskussion im Chat fortsetzen] (https://chat.stackexchange.com/rooms/106965/discussion-between-quadmcfly-and-ifconfig).
#2
+2
QuadMcFly
2020-04-20 23:03:35 UTC
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Hier sind verschiedene Dinge im Gange. Sie können in drei Komponenten unterteilt werden.

  1. Drehmomenthebelarm
  2. Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung
  3. Trägheitsmoment
  4. ol >

    Drehmomenthebelarm

    Im Wesentlichen ist der Abstand auf der Achse direkt proportional zum Drehmomenthebelarm. Dies bedeutet, dass der Motor weniger Kraft auf das System ausüben muss, um äußeren Einflüssen auf das System entgegenzuwirken.

    torque equations

    Winkelgeschwindigkeit

    Auch aufgrund des vergrößerten Abstands vom Rotationszentrum eine gegebene Geschwindigkeit des Motors erzeugt eine geringere Drehzahl aufgrund des vergrößerten Winkelabstands, der zum Fahren benötigt wird. Der Motor hat eine feste Lineargeschwindigkeit für eine gegebene Drehzahl, die durch die Drehmomenterzeugung des Motors, die Geschwindigkeitskonstante und die Steigung der Stütze definiert ist. Tatsächlich bedeutet dies, dass je länger der Hebelarm ist, desto langsamer die Drehzahl für eine gegebene Lineargeschwindigkeit des Motors ist.

    angular velocity

    Beachten Sie, dass Winkelgeschwindigkeit und Lineargeschwindigkeit direkt proportional sind, da die Motorgeschwindigkeit eine Konstante ist, die durch die Kombination aus Motor und Propeller definiert wird, nicht vom Radius beeinflusst. Infolgedessen ist die Winkelgeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Radius (w = v / r).

    Dies ist jedoch bei der Beschleunigung nicht unbedingt der Fall. Man könnte versucht sein zu glauben, dass:

    F r = I a (Kraft x Radius = Trägheitsmoment x Winkelbeschleunigung)

    der Winkel ist Die Beschleunigung kann auch gleich sein, da sich die r- und I-Komponenten dieser Gleichung per Definition gegenseitig aufheben. Der Trägheitsmomentanstieg hebt den Drehmomentanstieg aufgrund des Abstands in dieser Gleichung wie geschrieben auf. Dies führt zu einer neutralen Nettogleichung, da sich r auf beiden Seiten der Gleichung gleichmäßig ändert.

      F * r = m * r ^ 2 * am * dv / dt * r = m * r ^ 2 * dw / dtm * dv / dt * r = m * r * r * (dv / r) / dtm * dv / dt * r = m * r * dv / dt  

    Dies ist jedoch eine übermäßige Vereinfachung, da es sich nicht um ein durch diese Gleichung definiertes Punktmomentsystem handelt. Die Motoren machen nur einen kleinen Teil der gesamten verteilten Masse und des daraus resultierenden Gesamtträgheitsmoments aus. Da die verteilten Abstände auf der rechten Seite nicht gleich dem Punktkraftabstand auf der linken Seite der Gleichung sind, beschleunigt sich der Radius am Kraftpunkt mit der Geschwindigkeit, mit der die Motoren die definierte Winkelgeschwindigkeit erreichen. Im Wesentlichen ist ihre Wirkung gegen das systemweite Trägheitsmoment größer. Dies führt zu einer interessanten Kombination eines stabileren Systems aufgrund sowohl einer geringeren Dauergeschwindigkeit bei äquivalenter Stabablenkung als auch schnellerer anfänglicher Änderungsraten. Aufgrund der sehr schnellen Änderungsrate, die die Motoren bereits erzeugen können, ist die konstante Winkelgeschwindigkeit für die Steuerung der Raten für den Piloten wichtiger, während die Winkelbeschleunigung für den PID-Regler und die daraus resultierende Stabilität wichtiger ist. Daher ist diese Kombination besonders effektiv. Wenn Sie zu einem längeren Hebelarm auf einer Achse gehen, wird diese Achse "beruhigt".

    Weitere Informationen finden Sie in dieser Lektion zur Winkelgeschwindigkeit und in dieser Lektion zur Winkelbeschleunigung bei Lumen Learning

    Eine wichtige Überlegung, insbesondere bei Renn- und Freestyle-Quads, ist, dass die Beschleunigungskomponente so schnell (im Bereich von 100 ms) erfolgt, dass sie bei der Pilotensteuerung des Fahrzeugs keine große Rolle spielt. Der Beschleunigungsfaktor wirkt sich hauptsächlich auf die Abstimmung und die PID-Autorität aus. Wenn Sie sich die Flugprotokolle eines Strecken-X-Quad ansehen, sehen Sie, dass die gestreckte Achse der Motoren mit einem höheren Prozentsatz läuft, um die äquivalente Rotationsrate zur nicht gedehnten Achse zu erreichen (vorausgesetzt, die Flugsteuerungsraten sind auf beiden gleich ). Wenn Sie die FC-Raten so einstellen, dass die Motorleistung auf beiden Achsen gleich ist, dreht sich die gestreckte Achse langsamer als die nicht gestreckte Achse. Die Geschwindigkeitssysteme gleichen dies im Allgemeinen aus, aber es gibt immer noch Änderungen im System, die sich auf die effektive Auflösung auf der gestreckten Achse gegenüber der nicht gestreckten auswirken. Das Endergebnis ist, dass sich die gestreckte Achse bei feinerer Kontrolle weniger nervös anfühlt als die nicht gestreckte Achse. Grundsätzlich hat es eine größere Steuerbefugnis mit effektiveren Schritten der Motordrosselauflösung pro Rotationsgrad.

    Trägheitsmoment

    Trägheitsmoment spielt auch eine zweite weniger offensichtliche Rolle. Bei den meisten Quads ist die Massenverteilung von der Nickachse tatsächlich größer als die Rollachse. Die Kamera und der Akku sind typischerweise so angeordnet, dass ihr maximaler Abstand vom Rotationszentrum auf der Nickachse größer ist als auf der Rollachse. Dies gilt insbesondere für Freestyle-Quads mit einem oben montierten Akku. Dies trifft weniger zu, gilt jedoch bis zu einem gewissen Grad für Rennquads mit Bottom-Mount-Batterien. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass die Nickachse unter der Annahme von null äußeren Kräften bereits langsamer auf Kräfte reagiert, die versuchen, die Winkelgeschwindigkeit zu ändern, als die Rollachse, selbst bei einem genau symmetrischen Rahmen.

    Schlussfolgerungen

    Die Kombination dieser Faktoren bringt uns zum Kern der Frage, warum Frames Stretch- oder Wide-Konfigurationen wählen können.

    Stretch X

    Race Frame bevorzugen die Stretch X-Konfiguration. Dies erhöht die effektive Steuerung auf der Nickachse. Denken Sie daran, dass Quads keinen Vektorschub haben (der Schub ist immer normal zur Ebene der Motoren). Sie müssen nach vorne kippen, um an Geschwindigkeit zu gewinnen.

    enter image description here

    Dies bedeutet effektiv, dass sehr kleine Änderungen der Tonhöhe große Änderungen der Höhe bewirken, wenn sich die vertikale Komponente des Schubes ändert. Je größer der Vorwärtswinkel ist, desto größer ist die horizontale Schubkomponente, desto mehr Höhe wird pro Rotationsgrad gewonnen / verloren. Dies macht eine stabilere und weniger "zuckende" Nickachse zu einem sehr attraktiven Angebot für ein Rennquad, bei dem eine genaue Kontrolle der Höhe entscheidend ist. Denken Sie auch daran, dass Rollen und Gieren beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit und den daraus resultierenden hohen Vorwärtswinkeln weitgehend invertiert sind und dass eine proportional höhere anhaltende Rotationsrate auf der Rollachse ebenfalls wichtig wird. Das Verfolgen in Ecken fühlt sich direkter an und die Tonhöhe fühlt sich stabiler an.

    Breites X

    Freestyle-Frames bevorzugen eine breitere Rollachse. Im Wesentlichen kompensiert die breitere Rollachse und die daraus resultierende Erhöhung der effektiven Auflösung das Trägheitsmoment auf der Nickachse, wodurch eine feinere Kontrolle auf der Rollachse und ein ähnlicheres Gefühl wie auf der Nickachse erzielt werden. Am Ende haben Sie eine viel gleichmäßigere Kontrolle über Roll und Pitch, was für Freestyle-Piloten wichtig ist, die mehr Tricks und ballistische Manöver ausführen, die auf einer symmetrischen Kontrolle über Roll und Pitch beruhen.

    Es ist auch erwähnenswert, dass ein Hauptgrund für die breite X-Konfiguration bei Freestyle-Quads darin besteht, die Requisiten aus der Sicht des HD-Filmmaterials herauszuhalten. Ich glaube, dies war der ursprüngliche Grund, und die Kontrollgewinne waren nur ein glücklicher Zufall.

Ich glaube nicht, dass das richtig ist. Sie vermissen die Tatsache, dass das vom Motor aufgebrachte Drehmoment direkt zu einer Winkelbeschleunigung führt, nicht zu einer linearen Beschleunigung gemäß * Fd = Iα *. Dies macht das Argument der Bogenlänge umstritten.
Sie haben Recht, wir haben es nicht mit einfachen Punktkräften zu tun, der Kern der Trägheit ändert sich nicht so sehr. Das habe ich anfangs nicht berücksichtigt. Ich habe aktualisiert, um das widerzuspiegeln.
Um dies zu verfolgen, berücksichtigt die Beschleunigung nur die ersten 50 bis 100 ms der Drehung, danach übernimmt die langsamere Drehung in Grad pro Sekunde bei einem bestimmten Drosselsignal / Motorausgang. Das FC-Raten-System übernimmt und gleicht den Ate aus. Sie können jedoch die Flugprotokolle einsehen und die höhere Motorleistung für die äquivalente Rotationsrate auf der gestreckten Achse anzeigen. Ich habe dies mit mehreren Quellen und Protokolllesungen bestätigt. Das Endergebnis ist eine höhere effektive Auflösung in Bezug auf den Drosselprozentsatz pro Grad pro Sekunde und eine niedrigere absolute maximale Rotationsrate auf der gestreckten Achse.


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