Multicopter – Quadrocopter – wie geht das ?

In diesem Einführungsartikel zum Thema Multicopter erkläre ich erst mal dem Laien, wie so ein Teil fliegt und woraus es besteht. Ein kurzen Artikel und du hast ausreichendes Grundlagenwissen um dich mal sicher in der Multicopterszene zu bewegen. 

Was ist ein Multicopter

Ein Multicopter ist ein ferngesteuertes Fluggerät, das mit waagrechten Propellern (ähnlich einem Helikopter) fliegt. Im Gegensatz zum Helikopter hat es aber mehrere Rotoren (=multi). Dies bringt den grossen Vorteil, dass sich der Multicopter nur mit Drehzahlverstellung von Motoren perfekt steuern lässt. Aufwändige und teure Rotorblattverstellung etc. wie beim Helikopter entfallen. Dadurch ist ein Multicopter im Gegensatz zum Hubschrauber leicht fliegbar, billig realisierbar, wenig anfällig für Schäden und wenn doch mal was kaputt ist leicht repariert. So wird die Welt des Schwebens auch für den Laien realisierbar.

Wie fliegt ein Multicopter

Die einfachste Variante eines Multicopters ist der Quadrocopter (auch Quadcopter). Wie der Name schon sagt hat der Quadrocopter 4 Rotoren. Wird der Quadrosopter in Plusstellung geflogen, so befindet sich ein Rotor vorne, einer links, einer rechts und einer hinten. Steuert man jetzt nach vorne, so dreht sich kurzzeitig der hintere Propeller schneller und kippt den Copter so leicht nach vorne. Dadurch beginnt der Copter sich nach vorne zu bewegen. So funktioniert das in alle Richtungen gleich. Der Quadrocopter ist somit in alle Richtungen gleich gut zu steuern.

Rotoren üben durch ihre Drehbewegung eine Drehkraft (Giermoment) auf das Modell aus. Beim Hubschrauber wird diese meist durch den kleinen Rotor am Heck ausgeglichen, sonst würde der Hubschrauber unkontrollierbar zu Drehen beginnen. Beim Multicopter verwenden man einfacherweise eine gerade Zahl von Rotoren und lässt die eine Hälfte im Uhrzeigersinn drehen, die andere gegen den Uhrzeigersinn. So heben sich die Kräfte auf das Modell gegenseitig auf. Will man das Modell absichtlich drehen, so beschleunigt der Copter die Rotoren, die in die eine Richtung drehen und verlangsamt die anderen. Dadurch werden die Momente in eine Richtung grösser und der Copter dreht sich.

Somit kann der Multicopter mit 4 oder mehr Motoren rein durch Verstellung der Motordrehzahl in alle Richtungen perfekt steuern.

Quadrocopter, Hexacopter, Tricopter, Oktocopter

Multicopter steht für alle diese Fluggeräte mit mehreren Rotoren. Je nach Anzahl der Rotoren haben die Copter jetzt verschiedene Namen. Quadrocopter = 4 Rotoren, Hexacopter = 6 Rotoren, Oktocopter = 8 Rotoren. Im Prinzip funktionieren diese alle gleich. Ein Quadrocopter kann das gleiche wie ein Oktocopter. Grund für die Erhöhung der Rotorenanzahl ist lediglich, die höhere Ausfallssicherheit. Gerade im Bereich von Filmaufnahmen hängen manchmal schwere Kameras um zig tausende Euro am Copter. Nachdem ein Quadrocopter bei Ausfall eines Motors unweigerlich abstürzt, hat man für professionellere Geräte die Zahl der Rotoren erhöht. Ein Hexacopter lässt sich anscheinend noch halbwegs mit 5 funktionierenden Motoren fliegen, ein Oktocopter verkraftet den Ausfall eines Motors relativ gut. Ausserdem versucht man durch die höhere Rotorenzahl einerseits die Laufruhe, andererseits die Hebeleistung zu erhöhen. Professionelle Oktocopter mit guter Kameraaufhängung (Gimbal) kosten so auch mal 20.000 Euro. Für den Anfang tut es ein Quadrocopter. Man kann Quadros bauen, die ohne weiters eine kleine Kamera heben und Steigleistungen besitzen, dass einem schwummrig wird.

Woraus besteht der Quadrocopter

Für Bau und Reparaturen ist es wichtig die wesentlichen Bestandteile eines Multicopter zu verstehen und zu kennen. Der Aufbau eines Multicopters ist prinzipiell auch einfach.

Flight Control

Einen Copter mit Geschick in der Luft zu halten ist völlig unmöglich. Es bedarf eines Mikroprozessors, der stets den Überblick über die Fluglage und die eingehenden  Steuersignale hat. Dieser Prozessor berechnet dann wie schnell die einzelnen Motoren drehen müssen. An Daten benötigt die Steuerplatine einerseits die Fluglage. Diese bekommt sie von kleinen Kreiseln und ev. auch Beschleunigungssensoren. Gute Platinen haben 3 Kreisel und 3 Beschleunigungssensoren. Hier gibt’s auch Unterschiede in der Qualität, was sich natürlich in verbesserten Flugeigenschaften bemerkbar macht. Weiters benötigt die Platine die Daten der Fernsteuerung. Der Empfänger der Fernsteueranlage wird daher über mindestens 4 Kanäle mit der Platine verbunden. Ausgänge besitzt die Platine zwischen 4 und 8, mit denen die einzelnen Motoren angesteuert werden. Die Rechenarbeit dazwischen übernimmt die Platine. Bei besseren Flight Controls kann man noch Zusatzgeräte anhängen. Möglich sind hier Barometer zur exakten Höhenmessung, GPS, Ultraschallsensoren usw. Gute Platinen für den professionellen Einsatz kann man per GPS vorprogrammieren, und sie fliegen einen exakten Kurs von GPS Punkten automatisch ab. Viele Platinen mit GPS besitzen die „Coming Home“ Funktion. Wird diese aktiviert fliegt der Copter automatisch an den Startort zurück und wartet in wenigen Metern Höhe auf weitere Steuerbefehle. Dann gibt es noch eine „Carefree“ Funktion (wird von verschiedenen Herstellern verschieden genannt). Wird diese aktiviert, so ist „vorne“ beim Copter nicht von der aktuellen Drehung des Copters abhängig, sondern bleibt immer in der selben Himmelsrichtung. Für Fluglaien, die Probleme haben links und rechts von der Fluglage abhängig zu machen, ist dies eine sehr einfache Möglichkeit. So bleibt „vorne“ immer in der selben Richtung, egal wie man den Copter verdreht hat.

Flight Controls sind bereits in guter Qualität ab ca. 25 Euro zu haben. Nach oben gibt es kaum Grenzen. Im 1000 Euro Bereich bewegen sich Profigeräte, die aber für den Hobbybastler völlig unnötig sind.

Motoren

Man braucht mindestens 4 Motoren. Bei den ganz kleinen Minidingern, die man jetzt zum überhöhten Preis im Modellbauladen bekommt sind es Bürstenmotoren. Bei vernünftigen Modellen sind meist brushless Aussenläufer montiert. Von den meisten Miniteilen möchte ich auch abraten. Die Lebensdauer ist sehr gering, Reparaturen kaum möglich. Für diese Leistung sind die Teile überteuert. Einzige Ausnahme die ich kenne ist der Blade MQX.

Regler

Für ordentliche Brushlessmotoren benötigt man Stellregler, die den Motor ansteuern. Diese Regler müssen im Prinzip nur ausreichend stark sein. (Leistung des Motors +min 20%).

Rahmen

Der Rahmen ist aus Alu, Carbon, Glasfaser oder was auch immer. Im Prinzip ist es nur ein möglichst leichtes und stabiles Gerüst, an dem die Teile befestigt sind.

Akku

Nachdem das Leistungs/Gewichtsverhältnis beim Multicopter sehr wichtig ist, kommen eigentlich nur LiPo Akkus zum Einsatz. Hier beginnen die kleinen Miniteile mit 1s 500mA Akkus, grosse Copter haben natürlich entsprechend leistungsstärkere Akkus. Im Hobbybereich arbeiten Quadrocopter meist mit 3s Akkus (11,1V)

Empfänger

Man benötigt einen zur Fernsteueranlage passenden Empfänger mit mindestens 4 Kanälen. Will man Funktionen wie Coming-Home, Wechsel des Flugmodus, Licht ein/aus usw. realisieren, braucht man entsprechend mehr Kanäle. Der Empfänger wird über die im Modellbau üblichen Stecker mit der Flight Control verbunden.

Fernsteueranlage

Viele Modellpiloten werden bereits „Ihre“ Anlage haben und diese natürlich auch nützen. Sollte man sich eine neue Anlage zulegen, so hat ein Multicopter erfreulicherweise recht geringe Anforderungen. Grund dafür ist, dass eine ordentliche Flight Control die Steuersignale ohnehin beliebig adaptiert. So kann eigentlich in der Flight Control das Flugverhalten beliebig modifiziert werden. In der Fernsteuerung ist somit ein Mischen von Kanälen, Expos etc. nicht wirklich notwendig. Man kann somit mit einer Billiganlage einen Copter toll fliegen. Ich kann z.B. den 6 Kanal Apparat von FlySky sehr empfehlen. Wer gleich etwas mit mehr Kanälen will, der kann auf die 9-Kanal Variante zurückgreifen. Markengeräte bei uns kosten mit vergleichbarer Leistung ohne weiters mal das 5 Fache. Auf jeden Fall möchte ich aber jedem Anfänger nahelegen eine Mode-2 Fernbedienung zu kaufen. Für einen Multicopter ist die Mode-2 Belegung die einzig vernünftige. Wenn wer eingefleischter Mode-1 Pilot ist wird es das vielleicht anders sehen, aber selbst da wäre ein Wechsel für den Multi auf Mode-2 nicht das dümmste 😉

Damit hat man alles, was zum Multirotoren Glück notwendig ist. In weiteren Artikeln werde ich Modelle, die ich gebaut habe vorstellen. Mit dem Grundlagenwissen sollte man aber wenigstens einen Überblick haben worum es geht.


  1. Lars P

    Moin, moin,
    ich habe gerade den Bericht über die Multikopter gelesen. Da ich im Rahmen meiner Masterarbeit einen Hexakoter verwende bin ich auf der Suche nach wissenschaftlichen Quellen bezüglich der Funktionsweise von Multikoptern. Der Beitrag hier ist fürs erste schon sehr gut für die Grundkenntnisse. Ich müsste diese Aussagen jetzt nur noch wissenschaftlich belegen. Hat hier irgendjemand einen Tipp wo ich Quellen finden kann?

    Gruß Lars

    Antworten

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