So funktionieren Multicopter

Fliegende Hightech

Quadrocopter, Hexacopter, Octocopter – der Himmel schwirrt voller Multicopter könnte man meinen. Ganz so arg ist es natürlich nicht, aber mal ganz von untenan gefragt, was sind das eigentlich für fliegende Dinger?

Aufs Simpelste erklärt, ist ein Multicopter eine mit – und nur durch – viel Technik fliegende Plattform. Ein Rahmen mit mindestens drei senkrecht unabhängig voneinander hebenden Luftschrauben. Äußerst sensible und präzise Sensoren registrieren jede, auch die selbsttätige Bewegung des Geräts, geben die Beschleunigungs- und Richtungssignale an einen Rechner weiter, der wiederum, um die Abweichungen zu korrigieren, Leistungsbefehle an die Motoren schickt. Somit kann der Multicopter schweben. Und wir können fliegen, indem wir die automatisierten Stabilitätssignale übersteuern.

Werner Frings

Der Rahmen

besteht im Prinzip aus einer Plattform, die die Steuerungstechnik aufnimmt und in der Regel vier, sechs, oder acht Auslegern, die die Motorgondeln und Regler tragen. Der Rahmen muss – wie alle anderen Bauteile auch – selbstverständlich möglichst leicht und dennoch verwindungsstabil sein. Materialien sind durchweg faserverstärkte Kunststoffe, gelegentlich Aluminium oder CFK. Unten oder obenauf wird der Antriebsakku möglichst nahe am Schwerpunkt platziert, dazwischen ist Raum für Kabel, Sonderzubehör und Weiteres.

Die Motoren –

meist brushless – müssen äußerst schnell auf Spannungsänderungen reagieren. Das funktioniert mit überaus schnell taktenden Reglern. Gute Wirkungsgrade sind wichtig, um den insgesamt hohen Strombedarf nicht unnötig auf Flugzeitkosten zu verbraten.

LIPO-Akkus

haben eine praxisgerechte Energiedichte, bedürfen aber stets einer genauen Kontrolle. Einmal um wenige Zehntel-Volt tiefentladen, und schon ist der empfindliche Stromklotz für immer erledigt. Auch bezüglich der Sicherheit sollte äußerste Sorgfalt beachtet werden. Doppelte Akkuleistung bringt doppeltes Gewicht und somit nicht die doppelte Flugleistung. Gewichtsparen ist hier das beste Feintuning.

Das Fliegen

macht eine gut abgestimmte Elektronik recht einfach; sie kann unterstützen, aber auch die Hauptsteuerung übernehmen. Vom Prinzip her ist ein Multicopter anfängertauglich. Zaubern kann die Technik allerdings nicht, wer es mit der Fliegekunst übertreibt oder bei den Kontrollen schlampt, findet seine Multireste – wenn überhaupt – über die Weide verteilt wieder. Die Lageerkennung eines jeden Multicopters ist gewöhnungsbedürftig. Die meist gleichmäßige Geometrie erschwert oft bereits im Nahbereich die optische Peilung. Somit macht es Sinn, Vorne und Hinten auffällig unterschiedlich zu markieren; hilfreich ist es auch, weiße und rote Leuchtdioden sinngemäß am Rahmen anzubringen. Wer gerne im Dunkeln fliegt, hat unzählbare Möglichkeiten, neben Positionslichtern auch mit anderen Lichteffekten zu spielen.

Die computerisierte Steuerung –

auch Flight Control genannt – ist das Hirn des Flugmodells. Im Schnitt sechs Bewegungssensoren für Lage und Beschleunigung, ein barometrischer Höhensensor und ein elektronischer Kompass im Verbund mit dem GPS registrieren jede Bewegung dreidimensional. Die Zentrale verarbeitet all diese Datenmengen und errechnet daraus die benötigten Leistungsdaten für jeden Motor und zwar zum Lageerhalt und zur Steuerbefehlausführung. Die Motoren reagieren über ihren jeweiligen Regler spontan darauf, woraus sich ein stabiles Schweben ergibt, das nicht nur jeden äußeren Störungseinfluss korrigiert, sondern auch Steuerfehler wortwörtlich abfangen kann. Voraussetzung für eine genaue Kontrollfunktion ist das geometrisch richtige und vibrationsfreie Anbringen des Controllers. Wird auf GPS zugegriffen und mit Kompassunterstützung geflogen, muss diese Spezialantenne oben und lagerichtig montiert werden. Stromversorger und LED-Anzeigen vervollständigen je nach Aufwand die Mess- und Regeltechnik.