Pull to refresh

Comments 27

«Гинденбург» — неплохое название для топовой модели квадрокоптера на водороде.
Такое чувство, что при мало-мальски серьезном ударе эти ячейки треснут или разобьются. Или там не стекло, а ударопрочный пластик?
Наверняка для демонстрации сделали прозрачными. Ничего не мешает использовать любой подходящий материал (композит в виде резервуара, оплетенного снаружи карбоновой нитью — может быть удачным решением по соотношению прочность/вес).

Интересно, если по такому дрону стрелять зажигательными патронами — красивый ба-бах получится? )
Если по ссылкам пройтись, там разработчик как раз и пишет что в серийных моделях будут трубки из углеволокна делать, а прозрачные для презентаций.
Не понимаю правда как они обычные трубки из прозрачного пластика сделали со способностью выдерживать давление газа в 350 атмосфер!
Ну либо демо-модель заправляют гораздо меньшим давлением и время полета у нее намного меньше заявленных, а до 2.5/4 часа полета это еще только собираются довести после замены «баков» на армированные углеволокном.
Я так понял, что 350 атмосфер в баке. А полые трубки — не бак, а элемент каркаса, куда водород поддувается через редуктор.
Ну в оригинале достаточно четко написано, что никакого отдельного (выделенного) бака/баллона нет, а основная идея этого дрона как раз и заключалась в том чтобы использовать пустоты внутри каркаса как накопитель для водорода на чем можно прилично сэкономить массу аппарата:

Unlike any other drones, Hycopter uses its frame to store energy in the form of hydrogen instead of air, eliminating energy storage weight. With less lift power required, Hycopter’s fuel cell turns the hydrogen in its frame into electricity to power its rotors.

“We realized that the structures of these drones were hollow inside,” says CEO Taras Wankewycz. “We’re now able to use that space to instead of filling it with air, fill it with a useful gas, which is hydrogen.”

Hycopter can store 4.2 oz of hydrogen gas in its current structural tubing. The tubes are refillable and will eventually use carbon fiber tubing, according to the company.


А редуктор уже на входе в топливные элементы — судя по их описанию они рассчитаны на давление в 300-350 атмосфер на входе.
Пластик и легче, и проще в изготовлении. Так что там именно он, имхо.
Попробуйте разбить плекс, акрил или фибергласс ;) Кто ж стекло использовать будет, с его-то весом…
Там же давление должно быть нехилое. Какое стекло?!
Не разобьются — в демонстрационной модели это прозрачный акрил, а не стекло. В серийной модели собираются заменить на еще более прочные материалы с армированием углеволокном, чтобы «бак» выдерживал давление газа до 350 атмосфер. При такой прочности стенок можно будет не только ронять, но и молотком бить без особых повреждений.
Но здесь используются три батареи, две из которых сбрасываются к моменту исчерпания их заряда.
Интересно какое там давление водорода и из чего пришлось делать «раму», чтобы она его выдерживала?
Попробуем прикинуть:
Написано что «бак» всего 4 л объемом, при этом 500 Вт водородная ячейка потребляет около 6.5 литров водорода в минуту при полной мощности. Т.е. даже при максимально экономичном полете (просто зависание в воздухе и без груза) дрон кушает не меньше 5 литров водорода в минуту.
При этом заявлен непрерывный полет до 4 часов от одной заправки
За это время будет использовано ~ 4*60*5=1200 л водорода.
Получается в полые трубки рамы водород вкачивают под давлением 300 атмосфер?
Прошел по ссылкам оригинала новости на 2й уровень вложенности, там оказывается есть все подробности.
Я даже недооценил объем водорода и давление: в баки этого дрона за одну заправку закачивается 120 грамм водорода под давлением в 350 атмосфер.
А чем ДВС с электротрансмиссией хуже, кроме шума?
вес двигателя + топлива?
Вот мне тоже стало интересно. Вообще:
В водородных топливных элементах он (водород, прим. ред.) на треть менее энергоёмок, нежели связка «бензин+ДВС» и в два раза проигрывает бензину по пиковой удельной мощности. То есть, переводя это на русский язык — водородные топливные элементы — тяжёлые и гораздо менее мощные, чем бензиновые ДВС.

Цитата отсюда если интересуетесь темой энергетики, научного прогресса и т.п. — всячески рекомендую цикл статей этого автора.

В случае с коптером, добавится ещё вес электро-генератора. Учитывая что сами водородные ячейки заявляются изобретателями как супер-легкие, не знаю… Мне кажется, тут может играть роль ограничений в размерах. Может эффективность двс+бензин+генератор уменьшается, при необходимости уложиться в небольшой вес/объем? Или просто такой миниатюрный двс становится ненадежен.

В больших масштабах (вертолет) по-любому лучше ДВС — за счет большей энергоемкости и пиковой мощности.
В коптерах, с другой стороны, понятно почему чисто ДВС не ставят — в отличии от вертолета с 2-3 винтами, у коптера их больше и они дальше разнесены. Слишком сложно передавать и регулировать механическую энергию. А вот почему не слышно (по крайней мере в общем потоке) про коптеры формата ДВС+генератор, действительно интересно.
С другой стороны, городить двс+генератор + электромоторы — усложнение конструкции, хуже надежность, выше цена. Тут водородные ячейки в чем-то проще (если оставить за скобками «простоту» обращения с водородом под давлением 350 атмосфер)) ) — нету лишнего звена в виде механического генератора электроэнергии. Кроме того, сам по себе ДВС с трансмиссией, особенно миниатюрные — весьма сложны.
Конечно, механическая трансмиссия не вариант — дорого, сложно и не очень надежно. Но электротрансмиссия вида ДВС -> Г -> ЭД должна быть не так уж и дорога и вполне надежна. Зато как здорово можно увеличить автономность! Можно делать самые натуральные большие автономные коптердроны под задачи вроде сторожевого патрулирования нежилых территорий или, например, слежения за перемещением диких животных.
Интересная идея. Нужно попробовать.
Основная причина по которой на коптерах не используются двс напрямую — для коптера нужно быстрое и точное управление оборотами. Причем каждого из двигателей по отдельности.
По этой причине зачастую даже ESC для коптеров специфичные а не «самолетные» — они обеспечивают лучшую точность управления оборотами.
На сколько я понял, толку мало. Плюсы коптеров в плавности и легкости(?) управления, возможности неподвижно зависать, тишине и отсутствии вибраций.

С ДВСом коптер приобретет преимущества моделей вертолетов на ДВС, при этом потеряв почти все преимущества коптеров.
Получится практически те же самые чисто ДВС-ные модели вертолетов, только более сложные и менее эффективные.
Проще уж не терять КПД на генерации электричества, а юзать сразу двс и классическую вертолетную схему.

В этом плане, вариант из статьи уже не кажется таким странным. Их топливные ячейки сразу вырабатывают электричество, при этом легкие. Не смотря на сложности с водородом и его меньшую энергоплотность и удельную мощность, удается избежать критичных проблем схемы с ДВСом.
Я бегло погуглил после того, как предыдущее сообщение написал.

Оказывается любительских вариантов довольно много, при чем с разным конструктивом. Много как раз по схеме ДВС+генератор+электромоторы, кто-то предлагает, а может и сделал — основной несущий винт с ДВСа, а рулить уже винтами на электромоторах и т.п.

Но по факту, получаются довольно дорогие изделия, при этом на схеме ДВС -> Г -> ЭД сделать долгое время полета оказалось не проще, чем при грамотном подборе аккумов, двигателей и облегчения конструкции. Вроде как считается 40 минут хорошее время.
Проблемя связки с ДВС — в резком увеличении веса, относительно всей конструкции. В общем этот резкий рост веса съедает все преимущества гибридной схемы. Вся выигранная энергия и мощности уходит на компенсацию этого добавочного веса.
По крайней мере в привычных габаритах дронов.

Думаю, что если масштабировать дрон до чего-то среднего между одноменстным вертолетом и дронами — в этом случае прибавочный вес от двс к общему весу коптера будет не таким критичным. Но это предположение только, таких примеров не видел (правда специально и не искал).

А ещё, коптеры с ДВСом просто адски шумят — натурально вертолет. По видео точно конечно не понятно, но когда запускают коптер — ничего кроме него в принципе не слышно.
В общем, я бы например, крепко задумался, даже если схема с ДВСом оказалась ощутимо лучше аккумуляторов. Хоть и не видел никогда в живую летающий коптер, после видео проникся бесшумностью и плавностью полета коптеров на аккумуляторах.

И да, ещё двс передает вибрации на корпус (повышает требования к прочности и прочие проблемы). Что так же серьезно усложняет или вообще делает невозможной качественную съемку с коптера…
Далеко не все что там пишут грамотно(хотя встречаются и отличные материалы), некоторые на АШ вообще целенаправленной пропагандой угледоводородной энергетики зачем-то занимаются в ущерб достоверности и точности того что пишут… (натягивают/подгоняют на нужные выводы). Хотя конкретно этот автор обычно хорошо пишет лишь изредка подгоняя под свое давным давно сформировавшееся мнение. (его первые статьи еще 3-4 года назад читал, еще в его ЖЖ)

Например насчет заявления, что топливные ячейки всегда менее мощные чем ДВС — очень спорное утверждение. Все зависит от конкретной технологии и масштаба и прочих особенностей(например нужно ли выдаваемую ДВС механическую вращательную энергию как-то преобразовывать или можно использовать напрямую — пример нужна ли коробка передач или генератор). На небольших мощностях топливные ячейки уже сейчас не хуже ДВС. Например если сходить по ссылке из обсуждаемой статьи можно посмотреть примеры серийных топливных ячеек наподобие тех что использовались в этом дроне:
http://www.hes.sg/#!ultra-light-pem-fuel-cells/c10tm
Кто-нибудь может привести примеры серийных ДВС с мощностью 0.5 кВт (~0.7 л.с.) с массой в 1 кг или меньше? (причем (включая по массе все его обязательные вспомогательные системы — топливный насос, систему впрыска, систему зажигания, систему охлаждения)
Или мощностью 1 кВт (~ 1.36 л.с.) и массой всего 2 кг или меньше?

При больших мощностях мощности правда преимущество пока переходит к ДВС, т.к. зависимость масштабирования по мощности у ДВС и ячеек отличаются (особенно преимущество на больших мощностях уходит к разнообразным турбинам, классические поршневые ДВС не намного по удельной мощности отрываются), но для подобных дронов большая мощность и не нужна.

А по энергоемкости самого топлива (водорода или бензина) — это тоже смотря как считать, картина меняется кардинально:
— если по емкости (на 1 литр или кубический метр) — да, водород сильно проигрывает, даже в жидком(криогенном) виде или при сжатии под огромными давлениями
— а вот по массе все наоборот: водород — самое энергоемкое топливо в природе, его массовая энергетическая плотность почти в 3 раза выше чем у бензина/дизеля (поэтому например в верхних ступенях космических ракет стараются всегда водород использовать в качестве топлива, несмотря на то что это сложнее чем вариант с керосином)

Т.е. тоже все не так однозначно как «фанаты» нефти пишут:
— если в конкретном механизме или транспортном средстве критическим является занимаемый «баком» объем, тогда действительно рулит традиционное топливо — бензин/дизель/керосин.
— но если важнее масса топлива, а не его объем — то водород рвет нефтяную горючку как тузик грелку (с). Правда часть этого огромного преимущества по массе самого топлива, теряется на более тяжелых баках(баллонах) для топлива.

Квадрокоптеры и дроны как раз ближе ко 2му случаю (когда масса важнее чем объем).
Кто-нибудь может привести примеры серийных ДВС с мощностью 0.5 кВт (~0.7 л.с.) с массой в 1 кг или меньше? (причем (включая по массе все его обязательные вспомогательные системы — топливный насос, систему впрыска, систему зажигания, систему охлаждения)
— Если не ставить дополнительных ограничений, то вот первый попавшийся мотор с Hobbyking: 310 грамм, 2.6 лс
Спасибо за ссылку.
Сначала даже впечатлился — 2.6 лошади с 3.5 кубиков уложили в 310 грамм(хотя в другом месте написано что он 460грамм, но возможно это уже с упаковкой). При том что сравнимой мощности движки стоят например на небольших скутерах или газонокосилках, только рабочий объем движка там почему-то делают раз в 10 выше, а масса их 10-20 раз выше.
Чудо инженерной мысли? Новые технологии?

Но погулив и почитав про этот и подобные движки понял что нет, никакого чуда нет
— вопервых это не полный вес, для работы ему нужно как минимум еще систему зажигания и систему водяного охлаждения добавить нужно, без 1й не работает в принципе, а без 2й запустится, но с такой удельной энергоплотностью и выделением тепла без принудительного охлаждения он просто не жилец — быстрый перегрев и клин гарантированы. А система охлаждения к нему будет не меньше самого двигателя по массе(радиаторы, соединительные трубки и залитая в них вода/антифриз). Тогда как в указанных массах топливных элементов, которые я приводил охлаждение уже включено изначально (там она кстати тоже порядка половины веса занимает).
— второе и главное главное это не движок, а скорее игрушка — КПД никакой (в районе 5%-7%), срок службы еще более никакой (от 10 до 40 часов работы).

Да и в способности заявленную мощность(2.6 лошади) выдавать хотя бы на пиковом «форсаже», любители с такими движками в моделях работающие на практике сильно сомневаются: www.parkflyer.ru/product/1197828

В общем почти одноразовая, хотя и интересная игрушка.
И дело даже не в «одноразовости» — десяток-другой часов службы до кап. ремонта хоть и очень мало, но для некоторых применений сгодится (типа радиоуправляемых моделей, для которых такие движки обычно и используются), а больше в КПД и связанной с ними энергоемкостью с которой собственно началось обсуждение ДВС vs топливные элементы.
Что толку от очень легкого движка, если это достигнуто за счет очень низкого КПД? Ведь в этом случае весь освобождаемый за счет двигателя вес перекрывается весом дополнительных объемов топлива которые придется брать «на борт», чтобы компенсировать низкий КПД такого «облегченного» и форсированного двигателя.
На примере из статьи — если попытаться обеспечить за счет подобного ДВС 4(2.5 с нагрузкой) часа полета для дрона (забудем пока про проблемы с трансмиссией, допустим это был бы не квадрокоптер, а классический мини-самолет или мини-вертолет только с одним основным винтом), то вместо 120гр водорода используемого с КПД не менее 30% (суммарный для связки топливные ячейки+электродвигатель, ячейки отдельно 40-45%) то придется взять намного больше топлива:
120гр водорода = 14,4 МДж энергии топлива = 4.3 Мдж полезной работы (суммарный КПД ~30%)
4.3 Мдж работы = 71 МДж энергии топлива = 1700 гр бензина (КПД ~6%)
Т.е. выиграли на легкости двигателя, но все что выиграли проиграли на тяжести топлива сжигаемого при очень низком КПД.

Применения для таких сверхфорсированных ДВС довольно узкое:
— нужна максимальная мощность при минимально возможных объеме и массе
— КПД не важен
— срок службы и надежность особо не важны
— автономность и запас хода тоже особой роли не играют (достаточно десятков минут-1 часа от одной заправки)
— можно обойтись без сложной механической трансмиссии
— денег на дорогие комплектующие особо нет

В основном сюда попадают разные игрушки и радиоуправляемые модели самолетов или лодок с небольшими запасами хода. Даже квадрокоптеры хоть и довольно близки к этому сегменту уже несколько выбиваются — при небольшой автономности эффективней обычно оказывается связка электродвигатели + аккумуляторы. А при большой автономности связка электродвигатели + топливные ячейки.
Вообще-то я согласен с вашей идеей, я только отвечал на конкретный вопрос.

А по деталям:
1. Да, этот и подобные двигатели предназначены исключительно для моделей. Но мы вроде тут о них и говорим?
2. Подобные моторы бывают в 2 основных исполнениях: авиационном и морском/автомобильном. У авиационного охлаждение воздушное. У автомобильных может быть воздушное или водяное. Конкретно этот, да, морской (я же говорю, первый попавшийся), но есть аналогичные авиационные с возд охлаждеинем.
3. Это калильный мотор, «система зажигания» для него состоит из батарейки и проводка.
4. И да, КПД конечно очень низок, никто не спорит. Хотя есть и модельные 4-х тактные бензиновые моторы (этот — не бензиновый) с лучшим КПД, но и тяжелее.
5. ДВС в моделях сейчас практически вытеснены электромоторами, остались вроде в основном в крупных вертолётах.

Кстати, ДВС для квадрокоптеров совсем не годятся. Как вы думаете, почему модельные вертолёты существуют много десятилетий, в мультикоптеры получили распространение совсем недавно? Потому как раз что них совсем другие требования к моторам: у мультикоптеров нужно точно и быстро независимо менять скороть вращения пропеллеров. Что с ДВС невозможно. В традиционных вертолётах же задача управляемости возложена на сложную механику автомата перекоса. То есть переход вертолёт->мультикоптер это замена сложной механики на сложную электронику.
Ок, принимается. За исключением того, что квадрики все-таки не равно модели, т.к. квадро это не только развлечения как моделизм, но и практическое применение их начинается (примеры — съемки журналистами и СМИ с необычных или недоступных в обычных условиях ракурсов, дистанционная инспекция труднодоступных сооружений, наблюдения за животными у биологов чему малошумность помогает, разведка малого радиуса действия для военных, попытки использовать для доставки легких товаров и т.д.)

Да, про квадро я написал что забудем пока про трансмиссию и управление (пытаться выполнить механический ее аналог вместо независимого электронного управления каждым винтом эту будет сущий ад для инженера) допустим был бы более простой с точки зрения трансмиссии и управления дрон (самолетной или вертолетной схемы). Или как выше во ветке комментариев несколько человек (realscorp, Mist8 и alexk24) обсуждали схему: 1 маленький но мощный ДВС + бак с энергоемким и простым топливом (типа бензина или спирта) + 1 эл.генератор на валу этого ДВС + 4 электродвигателя (управляемых электроникой как в классических коптерах)
В надежде что это позволит просто и недорого значительно увеличить автономность полета таких «гибридных» квадрокоптеров. Хотя он и не гибридный, обычно подобное обозначают термином «электрическая трансмиссия».

Это позволяет обойти стороной проблемы с трансмиссией и управляемостью, но ИМХО идея все-равно «не взлетит».
Т.к. связка из ДВС + генератор + электродвигатели + сильно увеличенный запас топлива (из-за низкого КПД подобных мелких и легких ДВС) окажется в итоге тяжелее чем связка топливные ячейки + электродвигатели + водород + утяжеление бака из-за повышенных требований к его прочности. И в результате итоговый уровень автономности полета у варианта с ДВС окажется ниже. Хотя и выше чем у классических простых квадрокоптеров на схеме аккумулятор+электродвигатели.
Да хочется уже чтобы сделали нормальный серийный вертель чтобы летал хотя бы час с запасом, тогда не жалко отдать за него пару килобаксов, но то что сейчас есть, летает 15 минут, да еще и крышу периодически сносит. В общем я рад что немного сдвинулось развитие коптеров в этом направлении. Навороченная систетма которую подняв на 500м уже нужно сажать чтобы не упала — удовольствия мало.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.