Число оборотов двигателя квадрокоптера

Гиростабилизатор — что это такое и нужен ли он мне?

Многие дроны с камерами оборудованы устройствам гироскопической стабилизации изображения (гиростабилизатором, называемым также карданным подвесом). Эти устройства также устраняют передачу вибрации дрона на камеру. Есть устройства, которые осуществляют стабилизацию по всем трём осям.

Более простые, легкие и дешевые устройства стабилизируют только по двум осям. Трехосные стабилизаторы обеспечивают стабильность положения камеры (конечно, в известных пределах) независимо от движения дрона. Эти устройства стабилизации автоматически поддерживают камеру в горизонтальном или ином требуемом положении и устраняют нежелательную тряску камеры из-за случайных перемещений и вибрации корпуса дрона.

Трехосный стабилизатор состоит из следующих узлов:

• антивибрационного крепления, которое демпфирует вибрации, вызванные вращающимися двигателями и пропеллерами,
• трехосного МЭМС вибрационного гироскопа, предоставляющего информацию о поворотах корпуса дрона по трем осям,
• карданова подвеса — шарнирной опоры с тремя бесколлекторными двигателями, позволяющей камере вращаться в трех плоскостях, и
• модуля управления со сложным программным обеспечением, которое устраняет влияние на камеру движения дрона в пространстве.

Поскольку карданов подвес является главной и хорошо видимой частью этих устройств, этот термин часто и используется для описания устройства стабилизации и демпфирования камеры в целом. Оператор дрона использует электродвигатели гиростабилизатора камеры также для управления движением камеры (вертикальное и горизонтальное панорамирование). Дроны без гиростабилизатора позволяют установить угол наклона камеры только вручную перед полетом.

В небольших видеокамерах всегда вместо традиционного обтюратора используется построчное считывание изображения путем быстрого сканирования снимаемой сцены. При этом методе невозможно снять весь кадр одновременно, как это делается в хороших фотокамерах с механическим «глобальным» затвором.

В результате построчного считывания быстро перемещающиеся объекты искажаются. Если камера трясется, искажается вся картинка, что часто и наблюдается в футаже, снятом дронами. При вибрации камеры возникает «эффект желе» или «плавание» изображения. Конечно, неустойчивое изображение можно частично улучшить программно, например, с помощью программной стабилизации в компьютере самого дрона или программного стабилизатора, такого как Adobe Premiere Warp Stabilizer. Однако, конечно, лучшим решением является камера с гиростабилизатором.

Мотор

От того какие моторы вы будете использовать в своей сборке, будет зависеть, какую максимальную нагрузку сможет поднять дрон, а также сколько времени он сможет находиться в полёте. Силовая установка должна обязательно состоять из моторов одной марки и модели, такой подход обеспечит ей сбалансированную работу.

Brushed vs brushless

В коллекторных (Brushed) моторах ротор с обмоткой вращается внутри статора на котором магниты зафиксированы жёстко. В бесколлекторных (Brushless) моторах всё на оборот; обмотка крепится жёстко к внутренней части статора, а магниты установлены на валу и вращаются. В большинстве случаев вы будете рассматривать только бесколлекторные моторы (БК) постоянного тока. Моторы такого типа широко используются в индустрии радиолюбителей при сборке различных продуктов, начиная от вертолётов и самолётов и заканчивая системами привода в автомобилях и катерах.

Бесколлекторные моторы типа «Pancake» имеют больший диаметр, они более плоские и как правило имеют высокий крутящий момент и более низкое значение KV (детали ниже). В БПЛА небольших размеров (обычно размером с ладонь) чаще всего используют маленькие коллекторные моторы из-за более низкой цены и простого двухпроводного контроллера. Несмотря на то, что бесколлекторные моторы могут быть разных размеров и иметь разные характеристики, выбор меньшего размера совсем не означает, что будет дешевле.

Inrunner vs outrunner

Существует несколько типов бесколлекторных моторов постоянного тока:

• Inrunner – внутренний ротор. Обмотка зафиксирована на статоре, магниты установлены на валу ротора, который вращается (как правило используются на радиоуправляемых лодках, вертолётах и автомобилях из-за высокого KV).
• Outrunner – наружный ротор. Магниты зафиксированы на статоре, который вращается вокруг неподвижной обмотки. Нижняя часть мотора зафиксирована. (как правило, у моторов такого типа больше крутящего момента).
• Hybrid Outrunner – технически это «Outrunner», но реализованный в корпусе «Inrunner». Такой подход позволил объединить в одном типе крутящий момент «Outrunner» и отсутствие внешних вращающихся элементов как у моторов типа «Inrunner».

Kv

Рейтинг KV – макс. число оборотов, которое может развить мотор без потери в мощности при заданном напряжении. Для большинства многороторных БЛА актуально низкое значение KV (например, от 500 до 1000), поскольку это способствует обеспечению стабильности. В то время как для акробатического полёта будет актуальным значение KV между 1000 и 1500, в тандеме с несущими винтами (пропеллерами) меньшего диаметра. Допустим, значение KV для конкретного мотора составляет 650 об/вольт, то при напряжении в 11.1В мотор будет вращаться со скоростью: 11.1 × 650 = 7215 об/мин, а если вы будете использовать мотор при более низком напряжении (скажем, 7.4В), то частота вращения составит: 7.4 × 650 = 4810 об/мин. При этом важно отметить, что использование низкого напряжения, как правило означает, что потребление тока будет выше (Мощность = Ток × Напряжение).

Тяга

Некоторые производители бесколлекторных моторов могут указывать в спецификации информацию о максимально возможной тяге (Thrust) создаваемой мотором в купе с рекомендуемым несущим винтом. Единицей измерения тяги, как правило, являются килограмм (Кг/Kg), фунт (Lbs) или Ньютон (N). Например, если вы строите квадрокоптер и вам известно, значение тяги отдельно взятого мотора = до 0.5кг в купе с 11-дюймовым несущим винтом, то на выходе четыре таких мотора смогут поднять на максимальной тяге: 0.5кг × 4 = 2кг. Соответственно, если общий вес вашего квадрокоптера составляет чуть менее 2кг, то c такой силовой установкой он будет взлетать только на максимальных оборотах (макс. тяге). В данном случае будет актуальным, либо выбрать более мощную связку «мотор несущий винт», которые позволят обеспечить большую тягу, либо уменьшить общую массу беспилотника. При макс. тяге силовой установки = 2кг, вес дрона должен составлять не более половины этого значения (1кг, включая вес самих моторов). Аналогичный расчёт можно сделать для любой конфигурации. Предположим, что вес гексакоптера (включая раму, моторы, электронику, аксессуары и т.д.) составляет — 2.5кг. Значит каждый двигатель для такой сборки должен обеспечивать (2.5кг ÷ 6 моторов) × 2 = 0.83кг тяги (или более). Теперь вы знаете как рассчитать оптимальную тягу моторов исходя из общего веса, но прежде чем принимать решение, предлагаем ознакомиться с разделами ниже.

Дополнительные соображения

• Разъёмы: у коллекторных моторов постоянного тока доступно два разъёма « » и «-». Смена проводов местами меняет направление вращения мотора.
• Разъёмы: бесколлекторные моторы постоянного тока имеют три разъёма. Чтобы узнать как их подключить, а также как изменить направление вращения, обратитесь к разделу «ESC» ниже.
• Обмотки: обмотки влияют на KV моторов. Если вам необходимо наиболее низкое значение KV, но при этом в приоритете крутящий момент, будет лучшим обратить своё внимание на бесколлекторные моторы постоянного тока типа «Pancake».
• Монтаж: у большинства производителей есть общая схема монтажа для БК моторов постоянного тока, которая позволяет компаниям, производящим рамы не прибегать к изготовлению так называемых адаптеров. Шаблон как правило метрический, с двумя отверстиями разнесёнными на 16мм друг от друга, и ещё двумя отверстиями, разнесёнными на 19мм (под углом 90° к первому).
• Резьба: монтажная резьба, используемая для крепления бесколлекторного мотора к раме, может варьироваться. Обычные метрические размеры винтов М1, М2 и М3, имперские размеры могут быть 2-56 и 4-40.

Несущие винты (Пропеллеры)

Несущие винты (пропеллеры, сокр. пропы) для многороторных БЛА берут своё начало от винтов радиоуправляемых самолётов. Многие спросят: почему бы не использовать лопасти вертолёта? Несмотря на то, что это уже было сделано, представьте себе размеры гексакоптера с лопастями от вертолёта. Также стоит отметить, что вертолётная система требует изменения шага лопастей, а это существенно усложняет конструкцию.

Вы также можете спросить, почему бы не использовать турбореактивный двигатель, турбовентиляторный двигатель, турбовинтовой двигатель и т.д? Безусловно они невероятно хороши для обеспечения большой тяги, но при этом требуют большое количество энергии.

Лопасти и диаметр

Несущие винты большинства мультироторных БЛА имеют две, либо три лопасти. Наибольшее применение получили винты с двумя лопастями. Не думайте, что добавление большего количества лопастей автоматически приведёт к увеличению тяги; каждая лопасть работает в потоке, возмущенном предыдущей лопастью, снижая КПД пропеллера. Несущий винт малого диаметра имеет меньшую инерцию и следовательно его легче ускорять и замедлять, что актуально при акробатическом полёте.

Шаг/угол атаки/эффективность/тяга

Тяга, создаваемая несущим винтом, зависит от плотности воздуха, числа оборотов винта, его диаметра, формы и площади лопастей, а также от его шага. Эффективность винта связана с углом атаки, который определяется как шаг лопасти минус угол спирали (угол между результирующей относительной скоростью и направлением вращения лопасти). Сама эффективность — это отношение выходной мощности к входной. Большинство хорошо спроектированных винтов имеют КПД более 80%. На угол атаки влияет относительная скорость, поэтому пропеллер будет иметь разную эффективность при разных скоростях мотора. На эффективность также сильно влияет передний край лопасти несущего винта, и очень важно, чтобы он был максимально гладким. Несмотря на то, что конструкция с переменным шагом была бы наилучшей, дополнительная сложность, необходимая по сравнению с присущей многороторной простотой, означает, что пропеллер с переменным шагом почти никогда не используется.

Вращение

Несущие винты рассчитаны на вращение по часовой стрелке (CW), либо против часовой стрелки (CCW). На направление вращения указывает наклон лопасти (смотреть на пропеллер с торца). Если правая кромка лопасти выше — CCW, если левая кромка — CW. Если конструкция вашего беспилотника подразумевает перевёрнутое расположение моторов (как в случае с конфигурациями Vtail, Y6, X8) обязательно измените направление вращения несущих винтов, чтобы тяга была направлена вниз. Лицевая сторона несущего винта всегда должна быть обращена к небу. Документация которая идёт с контроллером полёта как правило содержит информацию о направлении вращения каждого винта, для каждой поддерживаемой контроллером многомоторной конфигурации.

Материалы исполнения

Материал(ы), используемые для изготовления несущих винтов (пропеллеров), могут оказывать умеренное влияние на лётные характеристики, но безопасность должна быть главным приоритетом, особенно, если вы новичок и не опытны.

• Пластмасса (ABS/Нейлон и т.д.) — является самым популярным выбором, когда речь заходит о многомоторных БЛА. Во многом это связано с низкой стоимостью, достойными лётными характеристиками и показательной долговечностью. Как правило в случае краша, по крайней мере, один пропеллер оказывается сломанным, и пока вы осваиваете дрон и учитесь летать, у вас всегда будет много сломанных пропов. Жёсткость и ударопрочность пластикового винта может быть улучшена посредством усиления углеродным волокном (карбон), такой подход макс. результативен и не так дорог по сравнению с винтом полноценно исполненным и карбона.

• Фиброармированный полимер (углеродное волокно, нейлон усиленный карбоном и т.д.) — является «передовой» технологией во многих отношениях. Детали из углеродного волокна всё ещё не очень просты в изготовлении, и поэтому вы платите за них больше, чем за обычный пластиковый винт с аналогичными параметрами. Пропеллер изготовленный из углеродного волокна сложнее сломать или согнуть, и, следовательно, при краше, он нанесёт больший ущерб всему, с чем соприкоснётся. Одновременно с этим, карбоновые винты, как правило, хорошо сделаны, более жёсткие (обеспечивают минимальные потери в эффективности), редко требуют балансировки и имеют более лёгкий вес по сравнению с любыми другими материалами исполнения. Такие винты рекомендуется рассматривать только после того, как уровень пилотирования пользователя станет комфортным.

• Дерево — редко используемый материал для производства несущих винтов многороторных БЛА, поскольку для их изготовления требуется механическая обработка, которая в последствии делает деревянные пропеллеры дороже пластиковых. При этом дерево вполне прочное и никогда не гнётся. Отметим, что деревянные пропеллеры всё ещё применяют на радиоуправляемых самолётах.

Складные

Складные пропы имеют центральную часть, которая соединяется с двумя поворотными лопастями. Когда центр (который соединен с выходным валом мотора) вращается, центробежные силы действуют на лопасти, выталкивая их наружу и по существу делая пропеллер «жёстким», с тем же эффектом, что и классический не складываемый винт. Из-за низкого спроса и большого количества требуемых деталей, складные пропеллеры встречаются реже. Основное преимущество складных пропов это компактность, а в сочетании со складной рамой, транспортировочные размеры дрона могут быть значительно меньше полётных. Сопутствующим преимуществом складного механизма является отсутствие необходимости, при краше, менять винт целиком, достаточно будет заменить только повреждённую лопасть.

Установка

Как и БЛА, несущие винты могут имеют широкий диапазон размеров. Таким образом, в этой отрасли существует целый ряд «стандартных» диаметров вала двигателя. В связи с чем несущие винты часто поставляются с небольшим набором переходных колец (выглядят как шайбы с отверстиями разного диаметра в центре), которые устанавливают в центральное посадочное отверстие пропа, в случае если диаметр отверстия несущего винта оказался больше диаметра вала используемого мотора. Так как не все разработчики комплектуют пропы набором таких переходных колец, рекомендуется заблаговременно сверять диаметр отверстия приобретаемых пропов с диаметров вала вашего мотора.

Фиксироваться винт на моторе может исходя из того, какой из способов крепления поддерживает ваш мотор. Если вал мотора не подразумевает никаких вариантов крепежа (резьб. соединение, различные приспособления для крепления и т.д.), в таком случае применяются специальные адаптеры, такие как пропсейверы и цанговые зажимы.

Бесколлекторные моторы с наружным ротором (типа «Outrunner») как правило, в верхней его части, имеют несколько резьбовых отверстий рассчитанных под установку различных адаптеров и креплений. Не менее популярным вариантом крепления пропеллера на валу БК мотора является самозатягивающая гайка. Вал такого мотора на конце имеет резьбу, направление которой противоположно направлению вращения ротора. Такой подход исключает самопроизвольное откручивание фиксирующей гайки, обеспечивая безопасную и надежную эксплуатацию дрона.

Защита несущих винтов

Защита несущих винтов – призвана исключить прямой контакт силовой установки БЛА с встречным объектом, сохранив тем самым её целостность и работоспособность, а также не допустить получение травм о быстро вращающиеся пропеллеры в результате столкновения с людьми и животными. Защита пропеллеров крепится к основной раме. В зависимости от варианта исполнения может как частично перекрывать рабочую зону силовой установки, так и полностью (кольцевая защита). Защита винтов чаще всего применяется на небольших (игрушечных) БЛА. Применение в сборке элементов защиты несёт и ряд компромиссов, среди которых:

• Может вызывать избыточную вибрацию.
• Как правило выдерживает не сильные удары.
• Может понизить тягу, если под пропеллером размещено слишком много крепёжных опор.

Балансировка

Неудовлетворительная балансировка имеет место быть у большинства недорогих пропеллеров. Чтобы в этом убедиться, далеко ходить не надо, достаточно вставить в центральное посадочное отверстие винта карандаш (как правило при дисбалансе одна сторона будет тяжелее другой). В связи с чем настоятельно рекомендуется проводить балансировку своих пропов, перед тем как устанавливать их на моторы. Несбалансированный пропеллер будет вызывать избыточные вибрации, которые в свою очередь отрицательно влияют на работу полётного контролера (проявляется в некорректном поведении дрона в полёте), не говоря уже об увеличении шумности, повышенном износе элементов силовой установки и ухудшении качества съёмки подвешенной камеры.

Пропеллер может быть уравновешен разными способами, но если вы строите беспилотник с нуля, то в арсенале инструментов обязательно должен быть недорогой балансир пропеллеров, позволяющий легко и просто определять дисбаланс веса в винте. Для выравнивания веса, вы можете либо отшлифовать наиболее тяжёлую часть пропа (равномерно шлифуется центральная часть лопасти, и не в коем случае не отрезайте часть пропеллера), также можно балансировать путём наклеивания отрезка скотча (тонкий) на более лёгкую лопасть (добавляете отрезки равномерно до тех пор пока не будет достигнут баланс). Обратите внимание, что чем дальше от центра вы делаете балансировочную модернизацию (шлифование или добавление ленты) пропеллера, тем больше будет эффект, основанный на принципе крутящего момента.

ESC

ESC (англ. Electronic Speed Controller; рус. электронный контроллер скорости) — позволяет полётному контроллеру управлять скоростью и направлением вращения мотора. При правильном напряжении, ESC должен выдерживать макс. ток, который может потреблять мотор, а также ограничивать ток проходящий через фазу при коммутации. Большинство ESC, применяемых в беспилотном хобби, позволяют мотору вращаться только в одном направлении, однако с правильной прошивкой они могут работать в обоих направлениях.

Подключение

Изначально ESC может сбивать с толку, потому что для его подключения доступно несколько проводов/контактов/коннекторов, доступных с двух сторон (ESC может приходить как с уже припаянными коннекторами, так и без).

• Подача питания: два толстых провода (обычно чёрный и красный) предназначены для подачи питания от распределительной платы/жгута проводов к которым питание приходит непосредственно от основной аккумуляторной батареи дрона.
• 3 коннектора: С противоположной стороны контроллера доступны три коннектора предназначенные для соединения с тремя пулевидными коннекторами (как правило идут в комплекте с моторами) на бесколлекторном моторе. Применение коннекторов при подключении ESC позволяет при необходимости (в случае сбоя) осуществить быструю смену контроллера без использования паяльника. Бывает, что пулевидные коннекторы идущие с мотором не соответствуют коннекторам на регуляторе, в таком случае просто замените на подходящие. Какой из трёх «плюс», а какой «минус»? Ориентир простой, приходящий плюсовой провод от батареи, переходит в плюсовой на ESC, аналогично и с минусом.
• 3-контактный R/C servo разъём с тонкими проводами: посредством которых осуществляется обработка сигнала поступающего от приёмника, из которых один провод является сигнальным (передача сигнала газа к ESC или вход), второй «минус» (или земля), и плюсовой провод (не задействуется, если отсутствует встроенный BEC; при встроенном BEC является выходом 5В питания, который в последствии можно использовать для питания бортовой электроники).

Bec

Во времена зарождения авиамоделизма в качестве силовой установки использовался двигатель внутреннего сгорания, а питание бортовой электроники осуществлялось от небольшой батареи. С приходом электрической тяги и регуляторов (ESC), в последние, стали включать так называемую цепь устранения батареи — BEC (на англ. Battery Eliminator Circuit; или преобразователь бортового питания; как правило, обеспечивает дополнительный источник тока напряжением 5В при силе тока 1А, либо выше). Иными словами это преобразователь напряжения используемой в сборке LiPo в напряжение для питания бортовой электроники беспилотника.

При сборке мультиротора необходимо подключить все ESC к контроллеру полёта, но потребуется только один BEC, иначе могут возникнуть проблемы при подаче питания на одни и те же линии. Поскольку обычно нет способа отключить BEC на ESC, лучше всего удалить красный провод ( ) и обмотать его изолентой для всех ESC, кроме одного. Также важно оставить чёрный провод (земля) для общего заземления.

Прошивка

Не все существующие на рынке ESC одинаково хороши для применения в мультироторных сборках. Важно понимать, что до появления многомоторных БЛА, бесколлекторные моторы использовались в первую очередь в качестве силовой установки радиоуправляемых автомобилей, самолётов и вертолётов. Большинство из них не требуют быстрого времени отклика или обновления. ESC с встроенным программным обеспечением SimonK или BLHeli способны очень быстро реагировать на входящие изменения, что в целом предопределяет разницу между стабильным полётом или крашем.

Распределение питания

Поскольку каждый ESC питается от основной батареи, основной разъем АКБ должен быть как-то разделен на четыре ESC. Для этого используется плата распределения питания или жгут распределения питания. Эта плата (или кабель) разделяет положительные и отрицательные клеммы основного аккумулятора на четыре. Важно отметить, что типы разъёмов, используемых на аккумуляторе, ESC и распределительной плате, могут не совпадать, поэтому лучше по возможности выбирать «стандартный» разъём (например, Deans), который используется повсеместно. Многие недорогие платы могут требовать пайки, в данном случае пользователь решает сам какой конкретный разъём ему использовать в сборке. Самый простой распределитель питания может включать в себя два входных клеммных блока, либо пайку всех положительных соединений вместе, а затем всех отрицательных соединений вместе …

Аккумулятор

Химия

Батареи, используемые в беспилотных летательных аппаратах, в настоящее время исключительно литий-полимерный (LiPo), причем состав некоторых из них бывает достаточно экзотичным — литий-марганцевые или другие варианты лития. Свинцовая кислота просто не подходит, а NiMh/NiCd все еще слишком тяжелы для своей ёмкости и часто не могут обеспечить требуемые высокие скорости разряда. LiPo предлагает высокую производительность и скорость разряда при небольшом весе. Недостатками являются их сравнительно высокая стоимость и постоянные проблемы с безопасностью (пожароопасны).

Напряжение

На практике вам потребуется только один аккумулятор для вашего БПЛА. Напряжение этой батареи должно соответствовать выбранным вами БК моторам. Почти все АКБ, используемые в наши дни, основаны на литии и содержат несколько элементов (банок) по 3.7В каждая, где 3.7В = 1S (т.е однобаночная АКБ; 2S – двух баночная и т.д.). Поэтому батарея с маркировкой 4S, вероятно, будет иметь номинальное значение: 4 × 3.7В = 14.8В. Также количество банок поможет вам определить, какое зарядное устройство необходимо использовать. Отметим, что однобаночная батарея большой ёмкости физически может выглядеть как многобаночная батарея низкой ёмкости.

Ёмкость

Ёмкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах (Ач). Аккумуляторы небольших размеров могут иметь ёмкость от 0.1Ач (100 мАч), ёмкость АКБ для беспилотных летательных аппаратов среднего размера может варьироваться от 2-3Ач (2000 мАч — 3000 мАч). Чем выше ёмкость, тем дольше время полёта, и соответственно тяжелей АКБ. Время полёта обычного БПЛА может находится в интервале 10-20 минут, что может показаться недолгим, но вы должны понимать, что беспилотник в процессе полёта постоянно борется с гравитацией, и в отличие от самолёта, он не имеет поверхностей (крыльев) обеспечивающих помощь в виде оптимальной подъёмной силы.

Скорость разряда

Скорость разряда от литиевой батареи измеряется в «C», где 1C — ёмкость батареи (обычно в ампер-часах, если вы не рассматриваете дрон размером с ладонь). Скорость разряда большинства LiPo батарей составляет не менее 5C (в пять раз больше ёмкости), но, так как большинство моторов, используемых в мультироторных БЛА, потребляют большой ток, батарея должна иметь возможность разряжаться при невероятно высоком значении тока, который, как правило, составляет порядка 30А или более.

Безопасность

LiPo АКБ не совсем безопасны, так как они содержат газообразный водород под давлением и имеют тенденцию гореть и/или взрываться, когда что-то не так. Таким образом, если у вас есть какие-либо сомнения относительно работоспособности аккумулятора, не в коем случае, не подключайте его к беспилотнику или даже к зарядному устройству — считайте его «списанным» и утилизируйте его надлежащим образом. Контрольные признаки того, что с аккумулятором что-то не так это вмятины или вздутие (т.е. утечка газа). При зарядке LiPo батареи лучше всего использовать безопасные LiPo ящики (Battery safe box). Хранение батареи также лучше осуществляться в этих ящиках. В случае краша, первое, что вам нужно сделать, это отключить и проверить аккумулятор. Батарея исполненная в боксе может увеличить вес, но при этом реально поможет защитить АКБ при краше. Некоторые производители продают аккумуляторы с жестким чехлом и без него.

Зарядка

Большинство LiPo аккумуляторов имеют два разъема: один предназначен для использования в качестве основных «разрядных» проводов, способных выдерживать большой ток, а другой, обычно меньшего размера и короче, является разъёмом для зарядки (как правило белый JST разъём), в котором один контакт соответствует заземлению, а остальные, количеству банок АКБ. Его вы подключаете к зарядному устройству, посредством которого осуществляется зарядка (и балансировка) каждой банки батареи. Зарядное устройство обязательно должно сообщать, когда зарядка завершена, и, учитывать проблемы безопасности связанные с литий-полимерными батареями. После окончания процесса зарядки, лучше всего сразу отсоединять аккумулятор от зарядного устройства.

Монтаж

Аккумуляторная батарея является самым тяжелым элементом беспилотника, поэтому её следует устанавливать в центральной мёртвой точке, чтобы обеспечить одинаковую нагрузку на моторы. Аккумуляторная батарея не подразумевает какого-либо специального монтажа (особенно саморезы, которые могут повредить LiPo и вызвать возгорание), поэтому некоторые используемые сегодня методы монтажа включают в себя ремни на липучке, резиновые, пластиковые отсеки и другие. Самым распространённым вариантом монтажа АКБ является подвешивание батареи под рамой с помощью ремня с липучкой.

Mjx bugs 20

Среди более продвинутых моделей стоит отметить квадрокоптер MJX Bugs 20 EIS. Главными фишками устройства является электронная стабилизация камеры, стильный дизайн, простое интуитивно понятное управление и надёжность в работе. Дрон оснащён мощными бесколлекторными моторами MT2204 1620KV с индивидуальными электронными регуляторами скорости вплоть до 40 км/ч.

Размеры аппарата составляют 380x380x125 мм, а вес – 543 грамма. В связи с этим владельцу будет необходимо зарегистрировать беспилотное летательное средство по соответствующем правилам. Девайс оборудован яркой светодиодной подсветкой, которая позволяет осуществлять визуальные полёты в тёмное время суток.

Устройство оборудовано Ultra HD 4K 1/3’’ CMOS камерой. Она способна записывать 4K видео в качестве 30 кадров в секунду или 1080p 60 кадров в секунду. Камера крепится с нижней части квадрокоптера. Есть механический подвес с одной осью. По этой причине во время полёта вибрации значительно снижаются.

Регулировка объектива возможна под углом от 0 до 90 градусов с пульта управления. Объектив имеет широкий угол обзора и состоит из нескольких элементов. Качество видео весьма и весьма впечатляет своими красками и реалистичностью. Камера MJX Bugs 20 позволяет транслировать изображение FPV на расстояние дистанционного управления до 600 м.

Благодаря GPS-позиционированию полеты дрона являются контролируемыми. Телеметрия и местоположение транслируются в режиме реального времени. Информацию можно посмотреть как на пульте ДУ, так и через мобильное приложение на смартфоне. В случае, если высота полета превышает 120 м или расстояние полета составляет более 600 м, дрон автоматически вернётся обратно в исходную точку. Если высота полета составляет менее 15 м или расстояние полета менее 15 м, активируется автоматическая посадка на землю.

Среди функций MJX Bugs 20 стоит отметить автоматический взлёт и посадку, возврат домой, режим Failsafe (система управления автоматически направит аппарат обратно к последнему записанному домашнему пункту). Также имеется режим следование за пользователем, облёт заданной цели, полёт по заранее заданному маршруту. Аккумулятор ёмкостью 3400 мАч позволяет дрону работать в полёте 22 минуты. Стоимость от 15 до 18 тысяч рублей.

Syma z6

В число лучших квадрокоптеров 2023 года для начинающих пользователей и любителей аэрофотосъёмки входит модель Syma Z6. Как и Syma X30, он обладает складной конструкцией и компактными габаритами. Вес с аккумулятором составляет 210 грамм.

При этом в сложенном состоянии беспилотник умещается на ладони. На передней части аппарата располагаются две светодиодные фары. Специальная подсветка под каждым моторчиком позволяет осуществлять визуальный контроль за местоположением устройства в тёмное время суток.

Квадрокоптер оснащается встроенной камерой, которая способна делать фотоснимки с разрешением вплоть до 4K. При этом видео записывается в FullHD качестве с частотой 30 кадров в секунду. Подвеса камеры, как такового, здесь нет, но угол наклона можно менять при помощи пульта ДУ до 90 градусов.

Просматривать видео полётов можно в режиме реального времени на смартфоне. Для этого требуется соединение по Wi-Fi и приложение Syma Go. Стоит отметить, что картинка передаётся без задержек лишь на открытой местности, где нет каких-либо помех. Через мобильное приложение можно управлять дроном, настраивать режимы работы, смотреть телеметрию.

Syma Z6 оснащается литий-ионной батареей ёмкостью 1600 мАч с напряжением 7,4 В. На полном заряде он способен пролетать около 27 минут. При этом на зарядку уходить примерно 180 минут. Пульт ДУ в среднем проработает около часа на одной зарядке.

В общем и целом, пользователи отмечают доступную цену этого квардрокоптера, наличие защиты для пропеллеров в комплекте, удобный кейс для переноски и достаточную автономность. Если вы планируете заниматься полетим более получаса, то стоит обращать внимание на комплектации с двумя и более аккумуляторами. Такие тоже есть в продаже. Стоимость от 9 до 17 тысяч рублей.

Xiaomi fimi x8 mini

Замыкает десятку наиболее продвинутых квадрокоптеров недорогого класса модель FIMI X8 Mini от Xiaomi. Этот девайс хорош не только в плане функциональности, но и по цене. Стоит отметить, что FIMI – это китайская компания, основанная в 2023 году, как часть экосистемы Xiaomi. Под этим брендом компания с успехом продаёт подвесы и стедикамы для смартфонов, экшн-камеры и, естественно – дроны.

Xiaomi FIMI X8 Mini в комплекте с профессиональным аккумулятором имеет вес 248 г и является прямым конкурентом моделей линейки DJI Mini. Дрон оснащён камерой со CMOS датчиком изображения производства Sony. Оптический формат датчика — 1/2,6 дюйма, разрешение — 12 Мпикс.

Камера работает в паре с объективом, угол поля зрения которого равен 80º (ЭФР — 26 мм). Камера установлена на 3-осевом подвесе. Она способна снимать видео 4K с кадровой частотой 30 кадров в секунду и HDR. Возможна съёмка с профилем F-log. Скорость потока равна 100 Мбит/с.

Пульт дистанционного управления, работающий на частоте 5,8 ГГц, способен передавать данные на расстояние до 8 км. Управлять беспилотником можно и со смартфона. Дрон способен справиться с порывами ветра до 10 м/с (5 класс ветроустойчивости). Он может летать по маршруту, соединяющему заданные точки.

Размеры FIMI X8 Mini в сложенном виде равны 165 x 89 x 47 мм, в разложенном — 200 x 145 x 56 мм. Для работы используются четыре бесколлекторных мотора. Без подзарядки аппарат способен продержаться в воздухе до 30 минут. Максимальная скорость FIMI X8 Mini составляет 16 м/с. Стоимость от 30 до 38 тысяч рублей.

Для информации: На полеты дронов над населенным пунктом массой до 250 грамм и высотой до 150 метров получать разрешение не надо. Для полетов в Санкт-Петербурге, Севастополе и Москве необходимо получить разрешение регионального органа исполнительной власти. Шпаргалка для москвичей по ссылке для остальных регионов можно загуглить.

P.S. А какой дрон у вас? Быть может мы упустили из виду вашу самую лучшую и любимую модель?

Зачем нужен фильтр нейтральной плотности?

В большинстве устанавливаемых на дронах недорогих камер используется фиксированная, неизменяемая диафрагма. А точнее, механизм изменения диафрагмы в них попросту отсутствует. Примером камеры с отсутствующей диафрагмой является всем известная экшен-камера GoPro.

В обычной фото- или видеокамере для изменения экспозиции можно настроить три величины: значение ISO (чувствительность), выдержку и диафрагму. Если диафрагму изменить нельзя, остаются только две величины, которые можно изменять для получения правильной экспозиции: чувствительность и выдержку.

В условиях яркого освещения значение ISO устанавливается равным 100 и камере приходится уменьшать выдержку, чтобы получить правильную экспозицию. Это приводит к тому, что картинка становится дёрганой, как при плохой анимации. Такая картинка хороша для боевиков и военных фильмов.

Хотя мы и живем в цифровую эпоху, по-прежнему используется терминология, оставшаяся от эпохи пленочных кинокамер. В этих камерах в качестве затвора использовался обтюратор —диск, который вращался между пленкой и кадровым окном фильмового канала. Во время перемещения пленки к следующему кадру обтюратор перекрывал свет от объектива, а когда пленка была неподвижной, обтюратор не мешал изображению попадать на пленку.

В серьезных киносъемочных аппаратах угол раскрытия обтюратора был регулируемым. Угол раскрытия определяет количество света, попадающего на пленку. Чем он больше, тем больше выдержка. В цифровых видеокамерах вращающегося обтюратора нет — там применяют электронный затвор.

Только в самых дорогих цифровых видеокамерах имеется механический обтюратор. В то же время, данная терминология продолжает использоваться и сегодня. Поэтому при описании цифровых камер продолжают говорить об угле раскрытия обтюратора, хотя самого обтюратора нет.

Как и в фотокамерах, выдержка или, точнее, угол раскрытия обтюратора, управляет не только количеством света, попадающего на фотоматрицу, но и величиной размытости изображения вследствие движения объекта съемки или самой видеокамеры. Небольшой угол раскрытия полностью убирает размытость и, наоборот, очень большой угол увеличивает размытость.

Чаще всего угол раскрытия устанавливали равным 180°. Если перевести это в выдержку, получается 1/60 секунды при 30 кадрах в секунду. Если, предположим, угол раскрытия составляет 45°, выдержка будет весьма короткой и в кадриках видео практически не будет размытости.

Фильтр нейтральной плотности применяют вместо отсутствующего механизма изменения диафрагмы. Он позволяет уменьшить количество света, проходящего через объектив и попадающего на фотоматрицу, что, в свою очередь, позволяет использовать более длительные выдержки.

Если вы не интересуетесь качеством ваших сюжетов и снимаете дроном просто для собственного удовольствия, нейтральные фильтры вам не нужны. Однако, если вы хотите получить видео высокого качества, тогда без фильтров не обойтись. Для профессионального видеографа комплект фильтров нейтральной плотности необходим так же, как и комплект запасных батарей.

Направление двигателя для рыскания

На квадрокоптере, таком как DJI Mavic Pro или последняя версия Mavic 2 Pro, рыскание управляется правой ручкой управления на пульте дистанционного радиоуправления. Перемещение джойстика влево или вправо приведет к повороту квадрокоптера влево или вправо.

Движение на пульте передают сигналы на полетный контроллер, который отправляет данные на регуляторы скорости квадрокоптера, управляющие конфигурацией и скоростью каждого двигателя.

Чтобы увидеть, как это на самом деле работает, взгляните на диаграмму конфигурации пропеллеров выше. На схеме изображен квадрокоптер DJI Phantom 3, вид сверху с роторами, обозначенными от 1 до 4.На приведенной схеме, вы можете видеть конфигурацию двигателя квадрокоптера:

Угловой момент является вращательным эквивалентом линейного импульса и рассчитывается путем умножения угловой скорости на момент инерции. Какой момент инерции? Это похоже на массу, но только он имеет дело с вращением. Угловой момент зависит от того, как быстро вращаются роторы.

Концептуально момент инерции можно рассматривать как представление сопротивления объекта изменению угловой скорости.

Если на двигателях квадрокоптера крутящий момент отсутствует, то общий угловой момент должен оставаться постоянным, равным нулю. Чтобы понять угловое движение вышеуказанного квадрокоптера, представьте, что 2-й и 4-й ротор, имеют положительный угловой момент, а 1-й и 3-й имеют отрицательный угловой момент. Назначим каждому двигателю значение -4, 4, -4, 4, что в сумме равно нулю.

Чтобы повернуть дрон вправо, нужно уменьшить угловую скорость двигателя 1, чтобы иметь угловой момент -2 вместо -4. Если бы ничего не случилось, общий момент импульса квадрокоптера теперь был бы 2. Так вот, этого не может быть. Дрон теперь будет вращаться по часовой стрелке, так что его корпус имеет момент импульса -2.

Уменьшение вращения ротора 1 действительно привело к вращению дрона, но также вызывает проблему. Это также уменьшило тягу от двигателя 1. Теперь направленная вверх сила не равна силе гравитации, и квадрокоптер опускается.

Кроме того, тяга двигателя квадрокоптера не одинакова, поэтому квадрокоптер становится неуравновешенным. Квадрокоптер наклонится вниз в направлении двигателя 1.

Чтобы вращать дрон без создания вышеуказанных дисбалансов, необходимо уменьшить вращение двигателей 1 и 3 с увеличением вращения вращающихся роторов 2 и 4.

Угловой момент вращения роторов по-прежнему не равен нулю, поэтому корпус дрона должен вращаться. Однако общая сила остается равной силе гравитации, и дрон продолжает зависать. Поскольку нижние упорные роторы расположены по диагонали друг от друга, дрон может оставаться в равновесии.