Versand per DHL Versand am selben Tag, bei Bestellung bis 14:00 Uhr, von Montag bis Donnerstag Hotline: 04181 - 93 47 47

Sind Quadrocopter instabil? – Eine Erklärung wie Drohnen fliegen 14.11.2017 13:42

Photo by Rafal Jedrzejek on Unsplash

Einer der Hauptgründe für die stetig wachsende Beliebtheit der Drohnen nicht nur unter jenen, die professionell mit ihnen arbeiten, ist die Tatsache, dass Sie kinderleicht handzuhaben ist. Drohnen erheben sich spielend einfach in die Lüfte und erwecken dabei den Eindruck, als könne Sie nichts aus der Ruhe bringen, da Sie scheinbar mühelos in der Luft schweben. Aber hätten Sie gewusst, dass das Design eines typischen Quadrocopters für die Stabilität gar nicht so sehr förderlich ist? Während eines Drohnenfluges sind viel mehr als nur der Aufbau und das Design für den Gleitflug verantwortlich. Stattdessen wird der Drohnenpilot durch viele elektronische Systeme im Hintergrund unterstützt, die den Drohnensport passiv erst auf diese Art und Weise möglich gemacht haben. In diesem Beitrag möchten wir uns mit der Technik hinter den fliegenden Gadgets einmal genauer befassen und uns anschauen, was genau dafür sorgt, dass die Drohne so einfach fliegen kann. Haben Sie sich schon immer brennend für Technik interessiert oder möchten einfach mehr über die angesagten Drohnen und Multikopter erfahren, haben wir im Folgenden daher viele spannende und nützliche Infos für Sie.

Die Schwierigkeit liegt in der Luft

Es ist ganz offensichtlich, dass sich einer Drohne beim Flug ganz andere Schwierigkeiten in den Weg stellen, als es praktisch auf dem Boden der Fall ist oder wir es als Menschen gewohnt sind. Auf die Drohne wirken dabei ganz andere physikalische Kräfte, die man häufig erst einmal berücksichtigen muss, um das Flugverhalten zur Gänze zu verstehen. Während wir Menschen mit zwei Füßen auf dem Boden stehen und so die Möglichkeit haben, unsere Balance immer wieder herzustellen, existiert in der Schwebe kein solcher Untergrund, der für die Kalibrierung eingesetzt werden könnte. Kein Anhaltspunkt ist dafür da, der bewirken könnte, dass die Drohne sich orientierungslos im Kreis dreht oder anderes, merkwürdiges Verhalten an den Tag legt. Ein weiterer Unterschied zwischen Land und Luft ist die größere Bewegungsfreiheit in der Höhe. Während wir uns auf dem Grund natürlich vorwärts und seitwärts bewegen können, so kommt in der Luft auch die vertikale Bewegungsachse dazu. Um das Ganze noch komplizierter zu gestalten, kann die Drohne sich nicht nur in jede dieser Richtungen ungehindert bewegen, sondern es sind auch Rotationen möglich.

Wie funktioniert Fortbewegung in der Luft?

Es ist häufig eher schwierig, sich die genauen Bewegungsabläufe eines Objekts in der Luft vorzustellen. Um einen besseren Eindruck zu bekommen kann es hilfreich sein, sich den eigenen Kopf anstelle einer Drohne oder eines ferngesteuerten Flugzeugs vorzustellen. Wie genau würde man vorgehen, um die Richtung zu verändern? Man kann die eigene Nase heben oder senken als würde man nicken, um die Höhe zu verändern. Die Bewegung wie beim Kopfschütteln kann die Richtung der Bewegung ändern. Hälft man den Kopf seitlich, so wird zwar an der allgemeinen Richtung nichts verändert, aber man vollzieht eine Rotationsbewegung. All diese Bewegungsabläufe sind essentiell für die Fortbewegung von Flugobjekten. Kontrolliert werden mit diesen Bewegungen im Falle einer Drohne die Höhe des Fluges, die horizontale Richtung des Fluges und die Tatsache, ob Drehungen vollzogen werden beziehungsweise wie oft sich das Flugobjekt in der Luft dreht.

Ein genauerer Blick auf den Quadcopter

Vergleicht man einen Quadrokopter mit einem Flugzeug, fallen direkt deutliche Unterschiede auf. Quadcopter sind nämlich sehr symmetrisch aufgebaut. Während es bei einem Flugzeug sehr leicht verständlich ist, in welcher Richtung vorwärts ist und mit welcher Seite das Flugzeug sich in die Lüfte erhebt, ist das beim Quadrokopter nicht so leicht. In der Regel hilft uns das Design der Drohne aber weiter, die richtige Seite zu entdecken, indem beispielsweise LED Leuchten die Front des Geräts anzeigen. Das Besondere am Aufbau einer solchen Drohne ist die Tatsache, dass jede der drei zuvor  benannten Bewegungen und Richtungswechsel einzig dadurch erzielt werden können, dass die Geschwindigkeit einzelner Rotoren angepasst wird. Das Interessante ist, dass der Pilot sich beim Steuern gar nicht bewusst ist, welchen Rotor er genau steuert und wo eine Beschleunigung oder Verlangsamung erfolgt. Stattdessen bestimmt der Pilot nur, ob er die Drohne höher fliegen lassen will, diese sich drehen oder rotieren soll. Aber was tut die Drohne, um solche Flugmanöver zu erzielen?

Um eine Höhenveränderung zu vollziehen muss schlicht die Antriebskraft verändert werden. Mehr Schub bewirkt einen Aufstieg, reduziert sich der Schub stattdessen, sinkt die Drohne ab.

Um die Richtung zu verändern, müssen zwei gegenüberliegende Rotoren schneller rotieren als andere. Wenn ein paar schneller rotiert als das andere, folgt eine Drehbewegung statt.

Um eine Rotation zu erzeugen, sollten die Rotoren auf einer Seite leicht stärker rotieren als die auf der anderen Seite, wodurch sich die Drohne zur Seite neigt.

Woher weiß die Drohne, was zu tun ist?

In der Drohne und der Fernsteuerung sind verschiedene Algorithmen aktiv. Diese übersetzen die Befehle des Piloten in eine entsprechende Anpassung der Rotoren-Geschwindigkeit. Interessant ist hier die Tatsache, dass die grundsätzliche Anzahl der Rotoren es nur umso schwieriger macht, die Drohne stabil zu halten. Jeder weitere Rotor erhöht nur den Aufwand, den es braucht, um jedes Rotorblatt in der richtigen Geschwindigkeit rotieren zu lassen. Äußere Einflüsse können da schnell dafür sorgen, dass die Drohne überfordert ist. Ein Windstoß kann die Position verändern oder für eine Neigung sorgen, die vom Gerät erst einmal wieder ausgeglichen werden muss. Innerhalb der Drohne existiert daher ein elektronisches System, das für die Stabilisierung sorgt und jede Ungereimtheit auszugleichen. Dieser Mix aus technischen Errungenschaften und der Kontrolle durch den Menschen macht aus den Drohnen diese ausgeklügelten Geräte, die so einfach in die Luft gleiten, als stelle dies gar keine Mühe dar.

Balancierte Aufnahmen

Zum Abschluss möchten wir noch einen Tipp mit Ihnen teilen: Wollen Sie perfekt ausbalancierte Aufnahmen in der Luft machen, existieren speziell für diesen Zweck sogenannte Gimbals, die kleinste Bewegungen ausgleichen.

Haben Sie noch Fragen, nutzen Sie unsere Kontaktmöglichkeiten.

Hier finden Sie unsere beliebtesten Drohnen.

Hier gibt es Gimbals.