Systémy stabilizace eVTOL prostředků pomocí trysek

Abstract

Malé drony využívají ke své stabilizaci změnu otáček vrtulí. Tyto změny musí být rychlé, což by u eVTOL, kde se počítá s využitím více velikých vrtulí, byl problém. Rychlými změnami rychlosti by docházelo u velkých vrtulí, z důvodu setrvačných sil, k velkému namáhání. Pokud by bylo takové vrtule, které by namáhání vydržely, možné vyrobit, muselo by dojít i ke zvětšení výkonu motorů oproti potřebnému výkonu v klidném stavu a příslušných dílů s tím spojených. To vede k myšlence využití řízení pomocí trysek pro rychlé změny v kombinaci s řízením rychlosti jednotlivých rotorů. Jako aktuátory by bylo možno využít reakční trysky. Podobný způsob řízení náklonu se využívá u už existujících letadel s kolmým vzletem a přistáním, kde je odváděn plyn z proudového motoru a pouštěn do trysek na konci křídel. Pokud by se zdroj plynu nahradil zásobníkem, dal by se tento princip využít i u eVTOL. Regulace samotného tahu trysek by byla komplikovaná a neefektivní, proto samotné trysky mají pouze dva stavy on-off. Z toho důvodu musí být regulace realizovaná on-off řízením. Jako nejvhodnější se ukazuje použít BANG-OFF-BANG řízení, které je robustní, dostatečně rychlé a snadné na implementaci z pohledu senzoriky. Naproti tomu, PWM řízení se ukazuje jako nevhodné.

Small drones use change in a propeller speed to stabilise themselves. These changes need to be fast, which would be a problem for eVTOL, where multiple large propellers are expected to be used. Rapid changes in speed would put a lot of stress on the large propellers, due to inertial forces, and if such propellers that could withstand the stresses could be produced, there must also be an increase in the power of the motors and the associated parts, compared to the power required for flight. This leads to the idea of using reaction nozzle control for rapid changes in combination with rotor speed control. Reaction jets could be used as actuators. A similar method of pitch control is used on existing vertical take-off and landing aircraft, where the gas is drawn off the jet engine and released into nozzles at the wingtips. If the gas source were replaced by a reservoir, this principle could also be applied to eVTOL. Controlling the thrust of the jets themselves would be complicated and inefficient, so the jets themselves have only two on-off states. For this reason, the regulation must be implemented by on-off control. The BANG-OFF-BANG control appears to be the most suitable, as it is robust, fast enough and with easy to implement sensorics. On the other hand, PWM control proves to be unsuitable.