Двигатели для квадрокоптеров характеристики

Бензиновый квадрокоптер

Бензиновый квадрокоптер — Детям, -Игрушки и игры

Покупатель почувствует себя неуверенно, первый раз оказавшись в магазине, торгующем квадрокоптерами. Cложно с первого раза выбрать технику, которая удовлетворяет потребности.

Особенности выбора несущих винтов

Как вы помните, квадрокоптер держится в воздухе при помощи двух пар несущих винтов, которые вращаются в противоположных направлениях. Основными характеристиками несущих винтов являются шаг и диаметр, увеличение которых приводит к повышенному потреблению энергии двигателями квадрокоптера.

Кроме того, шаг определяет дистанцию, которая преодолевается за время одного оборота винта. Кратко говоря, больший шаг винта предполагает меньшую скорость его вращения, но увеличивает скорость летательного аппарата что, увы, повышает расход энергии.

Зависимость проходимой дистанции от шага винта

Соотношение диаметра и шага винта должно быть сбалансированным. Меньший шаг винтов приведет к созданию большего крутящего момента и снижению потребляемой двигателями мощности. Если вы планируете использовать ваш квадрокоптер для аэробатики, вам просто необходимы пропеллеры с большим крутящим моментом. Они которые обеспечат большую скорость и меньшую нагрузку на источник энергии. Кроме того, пропеллеры с меньшим шагом увеличивают стабильность полета.

Пропеллер с большим шагом перемещает больший объем воздуха, что может вызвать турбулентность и привести к вибрации. Если это происходит, просто выберите несущие винты с меньшим шагом.

Что касается диаметра несущего винта, то его эффективность напрямую связана с площадью контакта с воздухом. Таким образом, даже небольшое увеличение диаметра пропеллера приводит к увеличению его эффективности. В качестве примера можно привести большую скорость плаванья пловцов с крупными кистями и ступнями, которые, однако, затрачивают при этом больше сил.

Вращение пропеллера с меньшим диаметром легче ускорить или остановить (сказывается инерция). Пропеллер с меньшим диаметром также предполагает меньшее потребление энергии двигателями. Именно из-за этого, при построении шести- или восьмикоптеров в основном используются несущие винты с пропеллерами, меньшими по диаметру чем в квадрокоптерах сравнимых размеров.

Для крупных квадрокоптеров с большой грузоподъемностью рекомендовано использовать большие по диаметру несущие винты и двигателя с повышенным крутящим моментом для улучшения стабильности полета.

Мотор и пропеллер: муки выбора

Автор предлагает идти двумя путями:

• Наблюдения и исследования. Займитесь просмотром роликов на YouTube. В результате, вы не только истечете слюной по чужим квадрокоптерам ознакомитесь с конструкциями, но и подсмотрите, какие моторы и несущие винты используют ваши коллеги по хобби. Важно использовать в своей работе чужой опыт, поскольку за него уже заплачено посторонними.
• Вникание в физику процесса и эксперименты. Если вы задрот имеете математический склад ума и лишние деньги, не смогли найти информации о винтомоторного группе, действительно необходимой в вашей работе, вы можете открыть исследовательскую программу с разными комбинациями мотор-пропеллер. Однако помните, что исследования окупаются не сразу, так что будьте готовы к трате времени и денежным вливаниям.

В конце — концов, созданы и выложены в Интернет превосходные программы для расчета полетных характеристик и деталей квадрокоптеров. Именно они могут поставить последний штрих в получении максимально возможных полетных характеристик.

Заключение

Помните! Сбалансированная винтомоторная группа не только повышает летные характеристики вашего квадрокоптера и увеличивает полетное время, но и доставляет удовольствие пилоту.

Автор надеется, что статья была или будет полезна вам при выборе винтомоторной группы, и призывает заходить на огонек не медлить делиться с ним опытом или обсуждать возникшие вопросы и мировые проблемы .

UPD: Пример полета квадрокоптера на видео, снятом sTs:

Решать делать самостоятельно из покупных запчастей или же купить готовый квадрокоптер — решать вам! Удачи!

На что нужно обращать внимание

Бюджет

Если вы думаете, что дроны доступны только богачам и профессионалам, вы не правы. Простейшие дроны для новичков продаются от 400$.

Назначение

Подумайте зачем вам нужен дрон и как вы будете его использовать. Процессы спортивной и художественной съёмки сильно отличатся друг от друга. Если вы будете снимать пейзажи, вам подойдёт стандартны дрон для новичка, если же вы собирайтесь снимать какой-либо спорт, например, лыжи, вам понадобится более шустрый дрон, способный снимать на большой скорости.

Бренд

Дроны DJI знамениты своим качеством. Менее известные бренды экономят на производстве дронов, из-за чего они так быстро ломаются.

Принцип действия [ править | править код ]

По принципу управления мультикоптеры бывают [3] :

• автономные
• дистанционно-управляемые (беспилотные)

Мультикоптеры имеют 3 или более винтов постоянного шага (автомата перекоса, в отличие от одно- и двухвинтовых аппаратов, нет). Каждый винт приводится в движение собственным двигателем. Половина винтов вращается по часовой стрелке, половина — против, поэтому рулевой винт мультикоптеру не нужен. Маневрируют мультикоптеры путём изменения скорости вращения винтов. Например:

• ускорить все винты — подъём;
• ускорить винты с одной стороны и замедлить с другой — движение в сторону;
• ускорить винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедлить вращающиеся против — поворот в плоскости.

Микропроцессорная система переводит команды радиоуправления в команды двигателям. Чтобы обеспечить стабильное зависание, мультикоптеры в обязательном порядке снабжают тремя гироскопами, фиксирующими крен аппарата. Как вспомогательный инструмент, иногда, также используется акселерометр, данные от которого позволяют процессору устанавливать абсолютно горизонтальное положение, и бародатчик, который позволяет фиксировать аппарат на нужной высоте. Также, применяют сонар для автоматической посадки и удержания небольшой высоты, а также для облёта препятствий. Использование GPS-приемника позволят записывать маршрут полёта заранее, с компьютера, а также, возвращать аппарат в точку взлёта, в случае потери управляющего радиосигнала, или снимать параметры полёта оперативно или потом [4] .

Винты могут быть установлены непосредственно на вал двигателя, либо через редуктор.

В любительских и профессиональных мультикоптерах используются коллекторные и бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии [5] . Это накладывает определённые ограничения на полётные характеристики: типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг, при времени полёта от 10 до 30 минут [6] [7] (30—50 минут у уникальных единичных экземпляров). Запас энергии батарей позволяет отдельным моделям мультикоптеров улетать на расстояние до 7—12 км, на практике же радиус действия (максимальное расстояние, на которое они способны улететь с последующим возвратом в точку взлёта) обычно ограничено прямой видимостью (100—200 м при ручном управлении) либо дальностью действия аппаратуры радиоуправления и видеолинка. При этом лучшие образцы подобной аппаратуры, использующие усилители мощности радиосигнала и систему направленных антенн, способны обеспечивать стабильные радиоуправление и видеолинк на расстояния до 100 км. Таким образом, наибольшее ограничение на радиус действия мультикоптеров накладывает именно время полёта.
Эти ограничения приводят к тому, что мультикоптеры обычно используются как аппараты «ближнего радиуса действия»: для любительских полётов недалеко от себя, для фото-видеосъёмки близко расположенных объектов и так далее (для сравнения, беспилотные самолёты с аккумулятором аналогичной ёмкости могут улетать на 10—15 км при высоте полёта 1—2 км).

Поднимаемый полезный груз моделями мультикоптеров среднего размера и грузоподъёмности — от 500 г до 2—3 кг, что позволяет поднять в воздух небольшую фото или видеокамеру (обычно экшн-камера в более дешёвых моделях, либо зеркальные камеры в профессиональных). Существуют и достаточно крупные модели мультикоптеров, с количеством роторов порядка 6—8 (гекса- и октокоптеры), способные поднять в воздух груз массой до 20—30 кг. Для увеличения грузоподъёмности применяют соосное расположение несущих роторов, что в случае гексакоптера, например, даёт 12 моторов и 12 пропеллеров, расположенных попарно на 6 несущих лучах.

Скорость полёта мультикоптера может быть от нуля (неподвижное висение в точке) до 100—110 км/ч.

Существуют также трёх- и пятивинтовые вертолёты (три- и пентакоптеры). Один из моторов там располагается на нанизанной на ось подвижной платформе, угол поворота которой изменяется сервоприводом — так и осуществляется поворот аппарата вокруг своей оси [8] . Отдельно стоит отметить экспериментальные аппараты: бикоптеры, квадрокоптеры с изменяемым шагом пропеллеров, квадрокоптеры с двигателями на импеллерах, однако они не получили какого-либо распространения.

По вариантам размещения винтов в отношении оси движения и в зависимости от их направления вращения различают несколько типов мультикоптеров:

Характеристики двигателя

Мощность (потребляемая)

Измеряется в ваттах. Чем больше мощность, тем быстрее кончится батарея. Тут всё просто

Чем больше вес, тем мощнее и медленнее (обычно). Важно помнить, что вес самого движка нужно учитывать при расчёте веса, который он должен поднять.

Энергоэффективность (КПД)

Комплексное понятие, которое зависит ещё и от батареи, контроллера, пропеллера, и даже проводов. Тут подробно останавливаться не буду- чем выше, тем лучше. Двигатель с КПД 70% тратит 70% потреблённой энергии на полёт, а 30% на обогрев окружающей среды и приближение тепловой смерти вселенной. Для бесколлекторных нормой является 90%, а для коллекторных 70%.

Температура нагрева в работе

Как ты уже понял- напрямую зависит от КПД. Чем больше греется, тем больше тратит энергии впустую.

Балансировка и уровень вибрации

По сути, это качество исполнения. Есть такая вещь как допуск. Этот те пределы, в которых отклонение от идеала не считается проблемой. Чем выше точность изготовления, тем более соосной будет система, и тем меньше будет вибраций. Иногда лучше не брать самое дешёвое.

Вибрация в двигателе ускоряет его износ, износ прочих деталей, раскручивает винтики и шумит. Неприятное явление.

Тяга, она же подъёмная сила. Это тот вес, который может поднять двигатель (включая самого себя). Но это не значит, что для двухкилограммового квадрокоптера нужно четыре двигателя. Нужен запас тяги, нужно учесть помехи, и банальную не идеальность моторов.

Формула будет примерно следующей.

Тяга одного мотора = (вес коптера * 2)/ кол-во движков
В итоге, для квадрокоптера весом 1 кг нужно 4 двигателя с тягой 500 грамм.

Это достаточно сложный параметр – обороты на вольт без нагрузки. То есть если мы имеем моторчик в 1000 kv, то при подключении его к источнику тока с напряжением 12 вольт, он выдаст 12 000 оборотов в минуту (KV*U). Однако, это всё крайне теоретически.

На практике есть нагрузка, которую создаёт пропеллер, и создаваемое им сопротивление воздуха. Из этого следует, что обороты будут ниже, или их не будет вообще, так как от КВ зависит крутящий момент. Чем выше параметр КВ, тем меньшее усилие развивает электродвигатель.

Для понимания процесса (грубый пример).

Так как электродвигатель работает из-за перемены полярности электромагнитов с определённой частотой, то кв, по сути, характеризует частоту, с которой изменяется полярность магнитов, к которым притягивается постоянный магнит. для простоты примем, что постоянный магнит на роторе. Если всё идёт по плану, то ротор проходит путь от одного переменного магнита до другого, после полярность меняется, и он идёт дальше.

Если слишком часто менять полярность, или увеличивать нагрузку, то ротор просто не успеет разогнаться и преодолеть нужный путь, и его начнёт притягивать обратно, или же он вообще не сдвинется с места. Это похоже на пробуксовку колеса авто на льду. Чем выше скорость вращения и вес авто, тем больше оно будет проскальзывать, и меньшее усилие развивать.

В итоге, никто не знает сколько нужно, ибо параметр не поддаётся простому определению. Можно просто ориентироваться на следующие цифры. Лёгкий гоночный коптер с маленькими пропеллерами имеет KV 2100—2500, а для тяжёлых, многокилограммовых аппаратов нужно брать что-то в районе 200-900 KV.

Виды квадрокоптеров

1. TriCopter — 3 винта
2. QuadCopter — 4 винта
3. XCopter — 4 винта в X-образном положении направления полета
4. Y4Copter и Y6Copter — 3-х позиционный коптер с допорлнительными винтами, вращающимися в противоположную сторону для большей устойчивости и маневренности
5. HexaCopter и OctoCopter — 6-ти и 8-ми винтовые коптеры
6. H6Copter — 6 винтов по 3 параллельных пары
7. ButterflyCopter и TwinQuadCopter — усложненные конструкции, состоящие из двух независымых винтовых комплексов.

Также квадрокоптеры можно поделить на 3 вида по сборке:

1. Полностью готовы к запуску. Покупные устройства уже собраны и готовы к полету. Они удобны тем, что достав мультикоптер из коробки, его можно сразу использовать: он настроен, откалиброван, не смещен центр тяжести.

Устройства бывают разных ценовых категорий. Брендовые аппараты имеют высокую цену. Такие конструкции можно смело назвать «полноценными». Использовать такие устройства уместно для видеосъемки, фото с воздуха. Дорогие брендовые модели оснащены хорошей камерой, GPS-приемником и многим другим. Бюджетные модели создаются из материала невысокого качества, детские квадрокоптеры делают из пластика. Такие модели подходят новичкам, детям.

1. Нуждаются в частичной сборке. Такая конструкция практически готова к полету. Обычно это частично собранный аппарат. Иногда некоторые части нужно докупить, укомплектовать и смело пользоваться. Такой комплект обычно стоит дешевле брендового готового устройства.
2. Комплект для сборки с нуля. Такая конструкция содержит в себе лишь самые необходимые комплектующие. В комплект не входит камера, передатчик. Управление таким устройством осуществляется с земли.

Как собрать квадрокоптер своими руками: инструкция для начинающих

Чтобы упростить покупку первого квадрокоптера, но дать основы его создания, стоит брать комплекты дронов, в которые уже включены все необходимые детали аппарата. Их прочность, мощность и возможности уже выбраны согласно строению и весу итогового БПЛА.

Подбор материалов и комплектующих

Готовые комплекты, с элементами, подобранными производителем, рассчитаны на определенные характеристики аппарата. Среди них – максимальная дальность полета и нахождения от оператора, потолок высоты и скорости. Обязательно указывается полезный вес нагрузки – грузоподъемность дрона.

Ориентируясь по ним, и производят выбор комплекта.

Детали с Али экспресса

Один из бюджетных вариантов, представленный на Aliexpress для самостоятельной сборки, без ухудшения функциональности квадрокоптера – Flysky i6 F450. Его цена находится в районе 12086 рублей.

В наборе находятся все компоненты, позволяющие создать собственного дрона, кроме аккумулятора и навесного оборудования – камеры, хотя ее крепление предусмотрено конструкцией рамы устройства. Что идет в комплекте