Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка Вертолеты

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

  • 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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

  • 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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Смотрите про коптеры:  Апгрейд DJI Mavic

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Смотрите про коптеры:  Обсуждение (Phantom3 Standart / 4K) - Страница 23 - Phantom3 - Dji-Club

Двигатели для квадрокоптера: обзор, советы по выбору, установка

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.

Esc — регуляторы

После выбора мотора и винтов, вы будете знать потребляемый ток (примерно). Если моторы будут потреблять ток, больше чем ток, на который рассчитаны ESC, тогда регуляторы могут сгореть (чтобы определить макс. ток, смотрите тесты тяги или проведите свое тестирование).

Как выбрать подходящий регулятор читайте в статье: Как выбрать регулятор хода для гоночного квадрокоптера.

В этом списке показана основная информация: ток, цена, допустимое напряжение и вес. Кроме того, указано с какими прошивками регуляторы совместимы. SimonK и BLHeli — хорошо известные прошивки, которые работают лучше, чем многие заводские, поэтому многие из нас прошивают в регуляторы новейшие версии BLHeli (заметьте, что не на все регуляторы можно установить BLHeli). 

Коротко про

(англ.)

В настоящее время все новые регули работают практически одинаково. В них предустановлена прошивка BLHeli_S и имеется поддержка DShot600 и Multishot, именно эту прошивку и протоколы я и рекомендую использовать.

Новые ESC добавляются в конец списка.

Некоторые продавцы перемаркировывают регуляторы, так что будьте внимательны!

Fpv антенна

Обычно приемники и передатчики идут в комплекте со штыревыми антеннами. Они работают нормально, но чтобы увеличить макс. радиус и улучшить проницаемость сигнала через препятствия, стоит заменить их на какие-нибудь антенны с круговой поляризацией. Статья с описанием антенн с круговой поляризацией (англ.) и почему они лучше штыревых антенн.

Для дальнейшего увеличения радиуса приема, можно использовать направленные антенны — патчи и хеликсы (спиральные антенны) на приемнике. Это увеличит радиус уверенного приема, но они направленные, т.е. у них сигнал сбоку и сзади сильно хуже. Направленные антенны бывают с разным усилением. Чем больше усиление, тем более узкий луч. Как усиление влияет на дальность приема (англ.).

И последнее, выбирая антенну для передатчика, убедитесь, что тип разъемов совпадает. Смотрите статью про отличия между SMA и RP-SMA разъемами (англ.).

Fpv камера

Про выбор камеры уже имеется статья.

PZ0420 (Sony Super HAD) — была лучшей камерой, но в настоящее время все больше и больше пилотов предпочитают камеру в корпусе, типа Runcam Swift или HS1177. Их проще установить на коптер, да и работают они не хуже, а то и лучше чем PZ0420. Лично я предпочитаю Swift, с соответствующими настройками она работает превосходно.

Для любителей полетать ночью есть камеры «Starlight»: Runcam Owl Plus и Foxeer Night Wolf. Но Night Eagle — еще лучше.

Вновь стали появляться камеры на CMOS матрицах; с WDR (широкий динамический диапазон) и обработкой света даже лучше чем у CCD. Aomway 700TVL — отличный пример такой камеры, Runcam Eagle — прекрасный WDR, на данный момент это моя любимая FPV камера.

НазваниеВидTVLЦенаФокусное расстояние / FOVНапряжение питания, В
Sony Super HAD PZ04202-sony-600tvl-fpv-ccd-camera-without-case600 TVL$302.1mm, 2.8mm, 3.6mm12
Sony Super HAD MiniSony-Super-HAD-600TVL-Mini-fpv-camera-quadcopter600 TVL$352.8mm, 3.6mm5 — 22
Sony 960H CCD Effio-VSony-960H-Effio-V-800TVL-fpv-Camera-quadcopter800 TVL$472.8mm, 3.6mm, 6mm6-16
Sony Super Had PZ0420Mruncam-pz0420m-fpv-camera-2-8lens600TVL$362.8mm5-17
Runcam Sky Plusruncam_sky_fpv-camera600TVL$362.8mm, 3.6mm5-17
Aomway 700TVLAOMWAY-1200TVL-FPV-camera700TVL$25170°3.6-5.5
Runcam Swiftruncam-swift-fpv-camera-front-lens-logo600TVL$402.8mm5-17
HS1177runcam-swift-fpv-camera-hs1177-comparison-size600TVL$402.8mm5-17
Owl PlusRunCam-Owl-Plus-FPV-camera-lens-front700TVL$50150°5-22
Runcam Eagleruncam-eagle-fpv-camera800TVL$65130°5-17
Arrow HS1199foxeer-arrow-hs1199-fpv-camera600TVL$402.8mm5-22
Foxeer Night Wolfnight-wolf-foxeer-fpv-camera700TVL$40?5-35
Runcam Swift 2runcam-swift-2-fpv-camera600TVL$45Встроенное OSD5-36
Runcam Night Eagle (обзор, англ.)runcam-night-eagle-fpv-camera-feature800TVL$80Для ночных полетов, ч/б картинка5-17
Runcam Swift Miniruncam-swift-mini-fpv-camera-2600TVL$35Уменьшенная версия5-36

Osd — экранное меню

OSD — это необязательное устройство, показывающее полетные данные прямо на экране. Для большинства пилотов достаточно видеть напряжение аккумулятора и полетное время. Но для этой цели можно использовать и телеметрию.

Подробнее про OSD.

НазваниеВидЦенаОтображаемые параметрыПитание
Hobbyking E-OSDhobbyking-e-osd$14напряжение, время7.2В-12В (2S – 3S)
Super Simple Mini OSDhobbyking-super-simple-osd$9напряжение, время5-26В (2S – 6S)
MinimOSDMinim-OSD-v1-1$20напряжение, время, GPS, и т.д.
MinimOSD with KV ModMINIM-OSD$11напряжение, время, GPS, и т.д.2S-4S
Micro MinimOSDmicro-minimosd-bottom$15напряжение, время, GPS, и т.д.2S-4S

Мой выбор — Micro MinimOSD. Дешевое ($7) и универсальное. Позволяет отображать очень много данных: напряжение, RSSI, ток, GPS и т.д. При использовании прошивки MWOSD можно даже менять PID вашего квадрика. Однако, говорят, что эту OSD легко сломать, и она сгорает от скачков питания.

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).

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.

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.

Дополнительные факторы, влияющие на эксплуатационные характеристики мотора

При выборе электромотора для квадрокоптера обязательно проверяйте его технические характеристики. Учитывайте все то, что мы обговорили выше. Вот, к примеру, модель Micro Brushless Outrunner  18-11 2000KV.

  • KV — 2000
  • Вес — 10 гр.
  • Макс.потребление тока — 5,5 А
  • Сопротивление — 0
  • Макс. вольтаж — 7 В
  • Мощность — 0
  • Вал — 2 мм
  • Длина — 22 мм
  • Диаметр — 18 сс
  • Общая длина — 30 мм
  • Рекомендуемые лопасти — 7″ х 5″
  • Рекомендуемая мощность — 7,4 В
  • Тяга — 130 гр. / 5000 об/мин

Предположим, вы уже определились с размером мотора и уже подобрали несколько моделей, из которых и выбираете. Чтобы выбрать лучший мотор, нужно учитывать следующие факторы:

  • Максимальная тяга
  • Потребление тока
  • Эффективность
  • Вес

Подумайте, что вы хотите в итоге получить и уже на основе этого делайте окончательный выбор.

Не все характеристики той или иной модели электромотора производитель официально публикует, и кроме как на собственных тестах их нигде найти не удастся.

  • Тяга
  • Время отклика
  • Температура
  • Балансировка и вибрация

Тяга — это на сколько быстро мотор может увеличивать/изменять скорость вращения. Это влияет на точность управления и отзывчивость квадрокоптера во время полета. Большая тяга дает мгновенный отклик, т.к. скорость вращения меняется так же мгновенно. Большая тяга, так же позволяет ставить лопасти побольше (если рама конечно позволяет), правда в ущерб батарее.

Если же ставить тяжелые лопасти на мотор с низкой тягой, то он вообще не будет способен раскрутить их до нужного значения. Но у высокотяговых моторов есть и свой недостаток — это вибрация, которую очень сложно устранить. Из-за повышенной реакции на команды возможны излишние ошибку в управлении и рыскание квадрокоптера

Время отклика — зависит напрямую от тяги, чем ее больше тем лучше отклик. Для оценки времени отклика можно посмотреть на сколько быстро мотор наберет обороты с 0 до максимального значения. И еще время отклика сильно зависит от лопастей.

Температура — магниты в мотора быстрее размагничиваются при высоких температурах, отсюда падение характеристик летательного аппарата. Чем холоднее мотор, тем он дольше проживет.

Вибрация — Если мотор плохо сбалансирован или плохого качества сборки, это приведет к повышенной вибрации во время полета. Поврежденные или несбалансированные лопасти так же ведут к излишней вибрации.

Константа скорости (kv)

Константа скорости или постоянная скорость (KV) это очень важный параметр при выборе бесколлекторного мотора для квадрокоптера. Она обозначает теоретическое увеличение оборотов вала мотора без нагрузки при увеличение напряжения на 1 Вольт. Например, если запитать мотор 2300 KV батареей 3S на 12,6В, то вал буде крутиться со скоростью 28980 оборотов в минуту (2300 х 12,6), без лопастей. Но это приблизительная величина и она всегда указана на маркировке мотора.

При установке лопастей на мотор, скорость его вращения, конечно же сократиться, из-за сопротивления воздуха. Чем выше KV, тем быстрее этот электромотор может раскручивать лопасть, но вот низкий KV означает, что у мотора большая тяга. Так что обычно большие лопасти мы ставим на моторы с низким KV, а короткие на большие KV.

Смотрите про коптеры:  Простые поделки из цветной бумаги для младших школьников

Если вы попытаетесь установить на электромотор с высоким KV большие лопасти, то мотор будет пытаться раскрутить их как можно быстрее, будет сжирать много энергии, генерирую при этом излишнее количество тепла. В итоге мотор можно легко спалить.

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.

Моторы для drone racing формата 2204

Формат 2204 устанавливается на рамы квадрокоптеров 200-300 размера и предназначены для использования с пропеллерами 5-6 дюймов.

Eachine Racer 250 Drone Spare Part BG2204 2300KV Brushless Motor CW/CCW – в продаже моторы прямого и обратного вращения (выбирается при заказе).Эти моторы устанавливаются на квадрокоптер Eachine Racer 250, поставляются без гайки. 

Основной “вкусностью” этих моторов является то, что они предназначены для работы как с 3S так и с 4S аккумуляторами.

  • Купить BG2204 2300KV Brushless Motor CW/CCW можно .

Ориентирован на работу с 2-3S аккумуляторами. в таблице ниже приведены базовые характеристики мотора.

  • Купить мотор KingKong 2204 2300KV можно .

Интересная концепция – в корпус мотора встроен регулятор оборотов. С этими моторами не придется тратиться на дополнительные регуляторы.Вы можете выбрать 1900, 2000 или 2300 оборотов на вольт, для Drone Racing – выбирайте последнее значение.

  • Купить ZTW Black Widow 2204 можно .

1806 – этот формат подходит для рам 150-200 размера. Некоторые ставят и на 250 рамы, но тут уже может быть недостаток тяги, хотя это зависит от полетного веса квадрокоптера.

Пропеллеры для 1806 обычно ставятся 4-5 дюймов. Часто для увеличения тяги используются 3-х лопастные пропеллеры.

DYS BE1806 2300KV – это небольшой мотор ставший стандартом для оборудования сборных рам или самодельных квадрокоптеров Drone Racing.

  • Купить DYS BE1806 2300KV можно .
  • Набор из 4-х моторов регуляторы продается .

Отличительной чертой продуктов Eachine является качество исполнения. BG1806 2300KV не является исключением, эти моторы характеризуют низкие вибрации во время эксплуатации. Вам не придется дополнительно балансировать моторы!

  • Купить Eachine BG1806 2300KV можно .

Поддерживает 3S и 4S аккумуляторы. В полях не встречал, но на зарубежных форумах отзывы весьма положительные.

  • Купить KingKong 1806V2 2280 можно .

Эти моторы шли в комплектах для сборки QAV250. Так сказать нонейм моторы. Отрицательных отзывов (если покупать по ссылке, а не на алиэкспрессе) не нашел.

  • Купить двигатель для квадрокоптера 1806 2400KV можно .

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).

Размер мотора

Размер электромотора для радиоуправляемой техники обозначается четырьмя символами — AABB. AA — это ширина статора, BB — высота статора или его диаметр. Обозначать принято в миллиметрах (мм). Тут есть небольшая закономерность: чем выше статор, тем больше мотор выдает мощности на больших оборотах, а чем он шире, тем больше тяги на низких оборотах.

Размер лопастей, которые подойдут для того или иного электромотора определяется размером вала. К примеру, моторы для лопастей с размером от 10 до 15 см имеют вал М5. В современных моторах вал объединен с кожухом мотора (как на картинке).

Зная размер рамы, мы можем примерно определиться с размером электромотора, который нам нужен. А все это потому, что размер рамы ограничивает размер лопастей, а для каждого размера лопасти и нужно подбирать мотор (скорость вращение, тяга, см. выше). И вот тут как раз вступает значение KV.

В таблице ниже можно посмотреть зависимость размера рамы, размера лопастей, размера мотора и значения его KV.

Размер рамыРазмер лопастиРазмер мотораЗначение KV
150 мм или меньше3″ или меньше1105 -1306 или меньше3000KV или выше
180 мм4″18062600KV – 3000KV
210 мм5″2204-2208, 23062300KV-2600KV
250 мм6″2204-2208, 23062000KV-2300KV
350 мм7″22081600KV
450 мм8″, 9″, 10″ или больше2212 или больше1000KV или ниже

Разновидности беспилотников

Такое понятие как «беспилотники» является довольно обширным. Под этим термином подразумевают не только квадрокоптеры, но еще и некоторые модели самолетов и вертолетов на радиоуправлении. Это понятие можно еще заменить словом «мультикоптеры» к которым относятся все устройства, оснащенные как минимум тремя винтами.

Виды беспилотников:

  • Трикоптеры. Это летающие конструкции, где на подвижной платформе находятся три несущих пропеллера. Поворачивать дрон можно, меняя угол платформы. Этот вариант достаточно сложный для новичков в управлении, но отличается быстротой и маневренностью.
  • Квадрокоптеры. Наиболее распространенный вид дронов, который состоит из 4 движков и такого же количества пропеллеров. Они легки в управлении и могут поднимать разные грузы, если оснащены навесным дополнением. Это наиболее оптимальный вариант для новичков. Но чтобы получить летательный аппарат с хорошими характеристиками, важно обратить на то, сколько стоит квадрокоптер. Цены варьируются от 2 до 70 тыс. руб. в зависимости от двигателей, качества сборки, а также наличия дополнительных функций.
  • Гексакоптеры. В конструкции содержится 6 моторов и 6 пропеллеров. Это оптимальный вариант для фото- и видеосъемки, поскольку конструкция сохраняет стабильность в воздухе даже при ветреной погоде. К тому же данный вид оснащен увеличенной грузоподъемностью.
  • Октокоптеры. Данный вид, оснащенный сразу 8 винтами, встречается достаточно редко. Вариант относится больше к профессиональным моделям. Отличается конструкция надежностью, способностью поднимать большие грузы и может работать вне зависимости от погодных условий.

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.

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.

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.

Характеристики моторов для коптеров

Выбирая двигатель для квадрокоптера, стоит обратить внимание на его характеристики. А именно:

  • потребляемая мощность (Вт) – чем выше ее показатель, тем чаще нужно будет заряжать аккумулятор, а значит дрон летать долго не будет;
  • вес – обычно, чем больше вес мотора, тем выше его мощность, но здесь нужно учитывать и массу самого беспилотника, поскольку он должен быть способен поднять определенный вес;
  • КПД – понятие, которое зависит от многих составляющих (батареи, пропеллера, контроллера и проводов), для бесколлеторных моторов показатель энергоэффективности должен составлять 90 %, для двигателей коллекторного типа – 70 %;
  • температура нагрева в рабочем состоянии – напрямую зависит от предыдущего показателя, чем больше нагревается, тем больше энергии расходуется впустую;
  • балансировка и вибрация – дешевые модели, оснащенные наименее мощным мотором, подвержены повышенной вибрации, что может сказаться на работе дрона (в этом случае он быстрее изнашивается);
  • подъемная сила – вес, который может поднять двигатель.
Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector