¿Las hélices de los cuadricópteros rompen la barrera del sonido?

Recientemente compré un cuadricóptero y noté que cada vez que lo vuelo hay un zumbido extraño. He escuchado este ruido en otros cuadricópteros del mismo tamaño que el mío (4 pulgadas por 4 pulgadas). En el motor de un turboventilador de un avión, a veces puede escuchar este extraño zumbido de los motores, que este sonido es el ventilador n1 girando más rápido que la velocidad del sonido y dando como resultado este fuerte zumbido. Entonces, ¿los motores de mi pequeño cuadricóptero se están volviendo supersónicos o es algo más? ingrese la descripción de la imagen aquíFuente: (dynomodels.co.uk)

No puedo encontrar buenas etiquetas para esta pregunta. Si hay una buena etiqueta para esta pregunta además de supersónica, agréguela a la pregunta, gracias.
@mins significa eso longitud de la hoja. Si es que medí 0.5in de largo de cada una de las 16 aspas.
@El diámetro de Ethan significa el doble del radio (es decir, el ancho de todo el círculo a través del cual giran las palas). Si tiene un número par de palas en la hélice, puede medir esto como la distancia desde la punta de una pala hasta la punta de la cuchilla opuesta. De lo contrario, puede medirlo como 2 veces la distancia desde el centro de la gota hasta la punta de la hoja.
El ruido de "sierra circular" de los ventiladores de los motores a reacción es creado por las altas amplitudes de vibración en las aspas, no por el flujo de aire supersónico. Una causa común es el aleteo aerodinámico que crea un circuito de retroalimentación que excita los modos de vibración. Esto no ocurre necesariamente a la velocidad máxima N1. Eliminar estos problemas puede ser un desafío; por ejemplo, una vez estuve involucrado en una situación en la que menos de 1 parte en 1 millón de la potencia total de salida del motor estaba "entrando en el lugar equivocado" y generando el ruido desagradable.
¿Es ese tu cuadricóptero real en la foto?
@mins Sí, es el mismo modelo.
Encontré este EDF (ventilador con conductos eléctricos) donde las puntas del rotor alcanzan Mach 0.6. Más allá de los problemas de aerodinámica, debe considerar cuánta fuerza se requiere para girar esas palas sin que exploten. He volado accesorios baratos de 6" haciéndolos funcionar a aproximadamente 25000 RPM (esa también es una velocidad máxima de casi M 0.6, ahora que lo calculo... y eso solo me costó alrededor de ~ $ 17 en lugar de $ 170 por eso ) FED).

Respuestas (3)

Casi seguro que no. Dados los comentarios que especifican un 0.5 pulgada de radio (longitud de la hoja), lo que significa que la circunferencia de la trayectoria de las puntas de la hoja sería entonces

2 π ⋅ 0.5 pulgadas ≈ 3.1415 pulgadas ≈ 0.2618 pies

Para llegar a la velocidad del sonido (que es aproximadamente 1 , 126 pie s al nivel del mar), eso significa que necesitaría tener el ventilador girando a

1 , 126 0.2618 ≈ 4 , 301 Hz ≈ 258 , 060 rpm

No hace falta decir que eso no sucederá a menos que tenga un cuadricóptero muy caro.

El zumbido que escucha es probablemente la frecuencia a la que gira el motor o, quizás, la frecuencia de alguna oscilación de las aspas del ventilador. Sin embargo, lo más probable es que sea solo la frecuencia del motor/ventilador.

Cada rotor tiene su propio motor, por lo que cada hélice girará casi pero no necesariamente a la misma velocidad. Esto puede producir una nota de ritmo que podría ser el artefacto audible que está notando el OP.
Para dar una idea de lo que son 258.000 RPM: los electrones en el Gran Colisionador de Hadrones están haciendo alrededor de 666.666 RPM (0,00 009 segundos por rotación).
@NateKerkhofs: ¿No es eso principalmente una función del tamaño del LHC? Esperaría que los aceleradores más pequeños tuvieran RPM mucho más altas, ya que la pista es mucho más corta.
@DigitalTrauma Sí, definitivamente esa es otra posibilidad. Con toda probabilidad, es una combinación de varias cosas diferentes, incluida la fundamental de cada motor, algunos armónicos, algunas oscilaciones adicionales de los ventiladores (que probablemente no estén perfectamente equilibradas) y varios patrones de interferencia entre todo lo anterior, pero un Beat es definitivamente una posibilidad clara para la fuente del zumbido.
@ user2357112 Sí, eso es solo c / circunferencia del LHC. Tiene razón en que cualquier acelerador de partículas tendrá velocidades de partículas cercanas a c y, por lo tanto, tendrá circuitos por minuto casi iguales a c / su circunferencia. Además, como un pequeño detalle, el LHC normalmente (¿o nunca?) acelera la electrónica. Utilizan principalmente protones y núcleos de plomo.
Arg. Eso debería decir "acelerar electrones", no "acelerar electrónica". Uno esperaría que no aceleren su electrónica. :)
Comparar RPM entre X e Y, es decir, un rotor y el LHC, no es realmente justo a menos que mencione el diámetro.
@NickT Sí, hay una gran diferencia entre preocuparse por si algo alcanzará Mach 1 o no y preocuparse por lo cerca que está de c .
@NateKerkhofs: Por otro lado la velocidad del sonido se puede lograr en el LHC a 0.01 rpm , esto da una idea de cual es la velocidad del sonido con diámetros grandes (9 km). Ahora, ¿qué pasa con un CD de música? ¡No puede! Se destruye antes de alcanzar esta velocidad, según este tipo.
@mins Si realmente contuviera presión de aire a nivel del mar (supongo que no), Mach 1 sería de aproximadamente 0,75 circuitos por minuto en el LHC, ya que Mach 1 es un poco más de 12 millas por minuto al nivel del mar. Aún así, el punto sigue siendo que el LHC es muy grande.
@reirab: Ahhh sí, tomé 27 km/mn por 27 km/s. Y sí, sería mejor restaurar un poco de ambiente para la ocasión. Y algo de calefacción.
Por otro lado, si los números se ajustaran a una hélice de 12" (6" de radio), un aumento de 12x, el motor era un motor de 1000kv y se conectaba en 8s, entonces la velocidad teórica a 4,2v por celda sería 1,5x. la velocidad del sonido, pero esto aún no es realista ya que la fuerza del aire reduciría significativamente la velocidad, y no estoy seguro de cómo se relaciona la eficiencia del motor con las RPM (es decir, disminuye la velocidad o simplemente consume más energía) - solo algo para pensar que, en teoría, es posible que una combinación de hélice / motor de quadcopter lo suficientemente potente rompa la velocidad del sonido
@ user2813274 Para 12 "de diámetro, Mach 1 aún sería de 21,506 rpm. Dudo mucho que cualquier quadcopter alcance eso con cuchillas de 6". Es más cuando te metes en cuchillas de 60 " donde encuentras puntas supersónicas.
@mins kv no está relacionado con la potencia, solo está relacionado con la velocidad (1000 RPM por voltio, que en 8x4.2 es 33.6, por lo tanto, 33600 RPM teóricos); si quisiera incluir la potencia, entonces el paso de la hélice, la densidad del aire, etc. todo entraría en juego, mientras que quería mantenerlo simple, así que lo ignoré y me concentré solo en la velocidad descargada
@mins Kv, no kV - constante confusa
@user2813274: Ah, eso es completamente diferente. No sabía de este Kv. Borro mis comentarios anteriores que ya no son relevantes. Perdón por la confusión y gracias por el enlace.
Nitpick, LHC acelera protones (que son hadrones), no electrones (que son leptones).
Agregaría que dado que los ventiladores están envueltos, lo que probablemente sucede es que el puntal está rozando contra la cubierta. A pesar de que hay un espacio entre el puntal y la cubierta, tenga en cuenta que la cubierta tiene la forma de un perfil aerodinámico, lo que produce "elevación" hacia el centro de la puntal y está asegurada solo en la parte inferior. El accesorio es una especie de plástico moldeado por lo que puedo ver, y se expande por las fuerzas centrífugas. El resultado puede ser un contacto a altas RPM, lo que genera un zumbido.

Es posible, pero diría improbable. Las puntas de hélice supersónicas realmente interfieren con la eficiencia.

La velocidad de punta de muchas hélices de aviones es casi supersónica y, si no se controla adecuadamente, puede superar la velocidad del sonido, pero la mayoría de los modelos no se elevan tan rápido (y las puntas de las palas no tienen que ser supersónicas para ser molestamente ruidosas). ).

Hay una fórmula para calcular la velocidad de la punta de la hoja. Para su cuadricóptero, multiplique las RPM de la pala por el diámetro (en pulgadas) y multiplíquelo por 0,00426

T i pag S pag mi mi d = R PAG METRO ∗ D i a metro mi t mi r ∗ 0.00426

El resultado está en pies por segundo.
Algo más de 1125 pies por segundo (343 metros por segundo) y sus puntas son supersónicas.
Algo más de 650 pies por segundo (200 metros por segundo) y la hélice es probablemente muy ruidosa y molesta .

¿Puede proporcionar esta ecuación en metros también? ¡Gracias!
¿Cómo encuentro las rpm de la cuchilla?
@GabrielBrito Como estadounidense perezoso, sería más fácil para mí convertir metros a pulgadas (multiplicar por 39,36) y conectarlo a la fórmula que conozco
@Ethan ... la forma habitual es con un tacómetro .
Es bastante ruidoso por lo que debe ser más de 650 pies por segundo. También se dispara en el aire a toda potencia por lo que tiene que estar a más de 650 pies por segundo.
@Ethan Con una longitud de hoja de 0,5 ", eso es extremadamente poco probable. Vea mi respuesta. Lo actualicé para reflejar la longitud de hoja de 0,5" que mencionó recientemente en un comentario.
@reirab Acabo de medir la longitud de la hoja. ¿Medí bien el diámetro?
@Ethan La longitud de una hoja debe ser el radio (suponiendo que midió la longitud de la hoja desde el centro del puntal hasta la punta de la hoja). El diámetro es el doble del radio, es decir, 1 "en este caso, la distancia desde la punta de una hoja a la punta de la hoja opuesta.
@reirab Entonces es 1 entonces.
¿Qué es este número mágico 0.00426?
@Brad: Está pidividido por 60y 12. Requerido para convertir rpma rps, luego ina ft. en meters: 3.14 * d * rpm / 60.
@mins Bueno, es 3.14 * d * rpm / 60independientemente de si está usando metros, pies, estadios o megapársecs. :)
@reirab: Sí, si el diámetro y la velocidad usan la misma unidad de longitud. No fue el caso en la respuesta (diámetro en pulgadas, velocidad en pies / s, por lo que la división adicional por 12).
Sí, esta es la fórmula "conveniente" para las hélices modelo RC que solía usar. Hay una fórmula mejor (que también tiene altitud y temperatura y tiene menos conversiones de unidades "mágicas"), pero yo era muy perezoso y tomé la fórmula fácil de su sitio web :-)

Definitivamente no. Vuelo un quad con accesorios de tamaño similar (los míos tienen un diámetro de 2,5 pulgadas), y NO HAY MANERA de que rompan la barrera del sonido, incluso a plena potencia, decenas de miles de RPM. En realidad es muy silencioso. Creo que podrías estar escuchando algo suelto en el quad. Comprueba que todo esté bien apretado. Saqué con la mitad de la placa inferior colgando de mi quad hace unos días y escuché exactamente el sonido que estás describiendo. No pude ver que estaba colgando porque vuelo FPV, y tenía las gafas puestas. Aprenda cómo suena su quad con todo seguro para que pueda escucharlo cuando algo está mal. Me salvó de romper la placa inferior durante un vuelo acrobático.

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