Как выбрать моторы для квадрокоптера или гоночного дрона? | RCDetails Blog

Что дальше?

Если вы хотите еще сильнее углубиться в тему выбора, то вам нужно открыть Ютуб или любой поисковик и вбить запрос «тест тяги двигателя @название двигателя@» и изучить видео, где различные блогеры тестирую двигатель на разном уровне газа используя разные пропеллеры, выискивая идеальные параметры совмещения двигатель/пропеллер. Искать нужно видео о двигатели, который вы присмотрели для своей сборки.

Данные будут примерно такого вида:

Rashvinta

RashVinta– программа расчета диаметра воздушного винта для квадрокоптера.

Программа RashVinta позволяет производить вычисления по следующим исходным данным:

• Мощность двигателя и диаметр винта;
• Мощность двигателя и частота вращения винта;
• Диаметр винта и его шаг.

В первом варианте отметка ставится только в поле «Расчет по диаметру винта». Задается размер пропеллера (в сантиметрах), мощность двигателя (в лошадиных силах), максимальная и средняя скорость летательного аппарата. Нажимается кнопка «Расчет». Результатом вычислений будут шаг и частота вращения винта.

Во втором варианте убираются все галочки. В соответствующие окна вводим мощность двигателя, частоту вращения винта, максимальную и среднюю скорость летательного аппарата. Нажимаем кнопку «Расчет». Результатом вычислений будут диаметр винта и его шаг.

Третий вариант расчетов предназначен для профессионалов. Метка ставится в поле «Указать параметры винта». В соответствующие окна записываются диаметр и шаг винта. Нажимается кнопка «Расчет». Результатом является профиль лопасти воздушного винта, который можно изучить в окне просмотра, меняя его масштаб и удаление от ступицы. В виде таблиц результат сохраняется в файле Date.html, присутствующем в каталоге программы.

Кроме того, программа может показать, как выглядит профиль лопасти под реальным углом наклона (галочка в поле «Профиль с углом»), а также продемонстрировать точки, по которым производился расчет (метка в поле «Показывать расчетные точки»).

Полученный профиль можно распечатать в масштабе 1:1.

Балансировка пропеллеров

Можно с уверенностью сказать, что большинство пропеллеров, особенно дешевых, нельзя назвать сбалансированными на 100%. Такие винты не только раздражающе сильно шумят, но и вносят дополнительную вибрацию в работу ВМГ. Из-за этого, в частности, снижается качество воздушных съемок (эффект желе).

Как видим, без процедуры балансировки винтов для квадрокоптера нам не обойтись. Для этого понадобятся:

• Винт;
• Скотч или суперклей (можно заменить лаком для ногтей);
• Наждачная бумага;
• Специальный балансир пропеллеров Du-Bro Tru-Spin – один из лучших, или китайские аналоги.

Прежде всего, нужно выставить само приспособление для балансировки так, чтобы его ось была строго горизонтальной.

Лопасть проверяется на отсутствие повреждений, устанавливается на ось и слегка отклоняется в ту или иную сторону. Если он не возвращается в горизонтальное положение, нужно облегчить (подчистить наждачной бумагой) более тяжелое лезвие или наклеить кусочек липкой ленты на более легкое.

Ось балансировочного станка переворачивается – нужно убедиться, что пропеллер сохраняет равновесие и в этом положении. Отметим, что все подчистки и наклеивания должны выполняться на внутренних (вогнутых) поверхностях лопастей.

Следующим шагом будет балансировка ступицы. Для этого пропеллер устанавливается вертикально. Если он отклоняется вправо, нужно утяжелять клеем или лаком левую часть ступицы и наоборот. Добиваемся баланса, переворачиваем пропеллер и убеждаемся, что в этом положении он также уравновешен. Процедура закончена.

Безопасность

Все новички, думая о безопасности, вспоминают AR.Drone и его защиту винтов. Это хороший вариант, и он работает, но только на мелких и легких аппаратах, а когда вес твоего коптера начинает приближаться к двум килограммам или давно перевалил за эту цифру, то спасти может только прочная железная конструкция, которая будет весить очень много и, как ты понимаешь, сильно уменьшит грузоподъемность и автономность полета.

Поэтому лучше сперва тренироваться подальше от людей и имущества, которое можно повредить, а уже по мере улучшения навыков защита станет и не нужна. Но даже если ты пилот со стажем, то не забывай о технике безопасности и продумывай возможные негативные последствия твоего полета при нештатных ситуациях, особенно при полетах в людных местах.

Не стоит забывать, что сбой контроллера или канала связи может привести к тому, что аппарат улетит от тебя далеко, и тогда для поиска может пригодиться GPS-трекер, установленный заранее на коптер, или же простая, но очень громкая пищалка, по звуку которой ты сможешь определить его местоположение.

Бортовой компьютер и сенсоры

Выбор полетных контроллеров для коптеров очень велик — начиная от простого и дешевого KapteinKUK и нескольких open source проектов под Arduino-совместимые контроллеры до дорогого коммерческого DJI Wookong. Если ты настоящий хакер, то закрытые контроллеры тебя не должны сильно интересовать, в то время как открытые проекты, да еще и основанные на популярной ардуинке, привлекут многих программистов. О возможностях любого полетного контроллера можно судить по используемым в нем датчикам:

• гироскоп позволяет удерживать коптер под определенным углом и стоит во всех контроллерах; • акселерометр помогает определить положение коптера относительно земли и выравнивает его параллельно горизонту (комфортный полет); • барометр дает возможность удерживать аппарат на определенной высоте.

На показания этого датчика очень сильно влияют потоки воздуха от пропеллеров, поэтому стоит прятать его под кусок поролона или губки; • компас и GPS вместе добавляют такие функции, как удержание курса, удержание позиции, возврат на точку старта и выполнение маршрутных заданий (автономный полет).

К установке компаса стоит подойти внимательно, так как на его показания сильно влияют расположенные рядом металлические объекты или силовые провода, из-за чего «мозги» не смогут определить верное направление движения; • сонар или УЗ-дальномер используется для более точного удержания высоты и автономной посадки; • оптический сенсор от мышки используется для удержания позиции на малых высотах; • датчики тока определяют оставшийся заряд аккумулятора и могут активировать функции возврата на точку старта или приземление.

Сейчас существует три основных открытых проекта: MultiWii, ArduCopter и его портированная версия MegaPirateNG. MultiWii самый простой из них, для запуска требует Arduino с процессором 328p, 32u4 или 1280/2560 и хотя бы одним датчиком-гироскопом. ArduCopter — проект, напичканный всевозможным функционалом от простого висения до выполнения сложных маршрутных заданий, но требует особого железа, основанного на двух чипах ATmega.

MegaPirateNG — это клон ArduCopter, который способен запускаться на обычной ардуине с чипом 2560 и минимальным набором датчиков из гироскопа, акселерометра, барометра и компаса. Поддерживает все те же возможности, что и оригинал, но всегда догоняет в развитии.

С железом для открытых проектов аналогичная ситуация, как и с рамами для коптера, то есть ты можешь купить готовый контроллер или собрать его самостоятельно с нуля или на основе Arduino. Перед покупкой стоит всегда обращать внимание на используемые в плате датчики, так как развитие технологий не стоит на месте, а старье китайцам как-то надо распродать, к тому же не все сенсоры могут поддерживаться открытыми прошивками.

Наконец, стоит упомянуть еще один компьютер — PX4, отличающийся от клонов Arduino тем, что у него есть UNIX-подобная операционная система реального времени, с шеллом, процессами и всеми делами. Но надо предупредить, что PX4 — платформа новая и довольно сырая. Сразу после сборки не полетит.

Настройка полетных параметров, как и программы настройки, очень индивидуальна для каждого проекта, а теория по ней могла бы занять еще одну статью, поэтому вкратце: почти все прошивки для мультикоптеров основаны на PID-регуляторе, и основной параметр, требующий вмешательства, — пропорциональная составляющая, обозначаемая как P или rateP.

Двигатель и пропеллеры | квадрокоптеры

Как выбрать двигатель для квадрокоптера

Итак, теперь вы знаете основы работы и из чего он состоит, теперь узнаем, как выбрать мотор для дрона.

Размер двигателя

Первое, что вы должны выбрать, это размер двигателя, который вы будете использовать. К счастью, большинство производителей в нашем хобби установили стандартную схему именования своих двигателей. Обычно это 4-значное число, которое выглядит примерно как «2205». Первые две цифры этого числа — это диаметр (в мм) статора, а второй — это высота (также в мм). В общем, чем больше из этих чисел, тем больше мощности двигатель может обрабатывать и чем больше крутящего момента он будет генерировать. Однако нюанс заключается в том, что большие цифры означают более тяжелый двигатель — в основном благодаря тому, что он просто «больше».

Вот общие размеры двигателей для квадрокоптеров:

• 1806 – используются в минидронах, на них ставятся 3-х или 4-х дюймовые пропеллеры.
• 2204 – Одни из самых популярных двигателей в течение долгого времени. На них ставят 5-и дюймовые пропеллеры. 2204 начали терять популярность в 2023 году и сейчас почти не используются.
• 2205 – самые популярные моторы, на них можно ставить 5-и дюймовые трехлопастные пропеллеры.
• 2206 – набирающая популярность модель двигателей, имеет немного большие габариты за счет увеличения мощности на 15% в сравнении с 2205.
• 2207 / 2407 – Еще более мощные двигатели, гонка мощностей я бы сказал. По характеристикам, они могут выдавать тягу на 50% больше, чем 2205. Используются редко и еще не популярны.

Калькулятор ecalc

Многим создателям беспилотных моделей известен on-line калькулятор eCalc, предназначенный для расчёта параметров винтомоторной установки летательных аппаратов. Страница калькулятора, посвященная мультикоптерам, выглядит приблизительно так.

На первый взгляд, все понятно, но есть несколько нюансов, которые могут повлиять на результаты вычислений.

Прежде всего, вводится полный взлетный вес мультикоптера (с подвесом и камерой, если таковые имеются). Если будет указано Without Drive (Без привода), то вводим суммарный вес рамы, пропеллеров, платы контроллера, подвеса, камеры и оборудования для FPV полетов. Добавим процентов 10 на массу проводов и получаем искомую цифру.

Вводим количество роторов, их схему (одиночная или соосная), максимальную высоту полета и погодные условия, при которых он будет проводиться (температуру за бортом и атмосферное давление).

Из выпадающего списка выбирается нужный аккумулятор. Если необходимая батарея отсутствует, можно выбрать ближайшую по емкости и токоотдаче. Программа заполнит остальные поля самостоятельно. Задается структура и вес аккумулятора.

Далее из выпадающего списка выбираются тип ESC или максимальный ток этих регуляторов.

Выбирается фирма-производитель двигателей. Появляется окно с его оценкой. По уровню KV подбирается конкретный образец.

Переходим к пропеллерам. Выбирается тип пропеллера, его диаметр и шаг. Рекомендуется использовать диаметр воздушного винта, максимально возможный для данной рамы. Если привод имеет зубчатую трансмиссию, то вводится ее передаточное число (отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни).

Если нужные компоненты в выпадающих списках отсутствуют, можно перейти в строку Custom и ввести все необходимые данные в соответствующих полях калькулятора. Отметим, что параметры батареи задаются для одной ячейки.

Все поля заполнены, можно выполнять вычисления. Результат расчетов будет представлен в виде циферблатов, списков и графиков.

Количество витков

От количества витков зависит толщина провода, при равных параметрах магнитопровода. На один и тот же магнитопровод можно намотать 13 или 15 витков (к примеру). Чем больше витков, тем меньше диаметр сечения провода и выше внутреннее сопротивление. Отсюда, при равном питающем напряжении, при большем количестве витков, ток и обороты будут ниже.

Последняя буква – вид трёхфазного подключения – звезда или треугольник (Y/* или T/Δ соответственно). Снова не буду грузить электроникой, да и в случае с квадрокоптерами подключение не так важно.

• Мотор подключенный через звезду будет более мягко и плавно разгоняться, но не сможет развить максимальную заявленную мощность
• Подключение через треугольник даст более резкий набор скорости и полную заявленную мощность, но потребует намного больший пусковой ток

Возьмём для разбора такую маркировку A2212/15T.

22 – магнитопровод диаметром 22мм12 — толщина набора 12мм15 – 15 витковА – Ширпотреб для бюджетных аппаратовТ – (иногда заменяют на Δ) намотка типа дельта (треугольником)

Количество и форма лопастей

Классическим вариантом является наличие у пропеллера двух лопастей. Впрочем, на самых маленьких моделях применяют воздушные винты с тремя, четырьмя  и даже пяти лопастями. Понятно, что многолопастный воздушный винт снижает уровень турбулентности за счет создания более равномерного потока.

Более того, дополнительные лопасти увеличивают общую площадь винта, что благотворно отражается на подъемной силе квадрокоптера. Из этого следует, что многолопастный винт меньшего диаметра способен создавать ту же подъемную силу, что и более крупный классический пропеллер.

Многолопастные пропеллеры делают летательный аппарат более отзывчивым, что очень важно при полетах в режиме Acro. Основным недостатком таких винтов является сложность изготовления и центровки, а также достаточно высокая стоимость.

Советуем обратить внимание на разницу в форме окончания реквизитов. Они бывают трех видов – Normal, Bullnose (BN), Hybrid Bullnose (HBN). Винты Normal имеют заостренные на концах лезвия, создают меньшую тягу, но способствует эффективному расходу энергии аккумулятора.

Винты BN при равном диаметре имеют большую площадь и тягу. Дополнительный вес на кончиках лопастей увеличивает крутящий момент и улучшает чувствительность летательного аппарата по оси рысканья. К сожалению, эти положительные моменты сопровождаются высоким энергопотреблением и снижением времени полета. Пропеллеры HBN занимают промежуточную позицию.

Крутящий момент

Иногда говорят, что у моторов с небольшим KV высокий крутящий момент, а если у мотора высокое значение оборотов на вольт, то крутящий момент небольшой. Хотя это и возможно, но не всегда правда. KV почти ничего не говорит о крутящем моменте, а влияет на максимальный потребляемый ток и макс. допустимое напряжение.

Как уже указывалось выше, у моторов с высоким KV обмотки короче, а значит и ниже сопротивление. Это снижает макс. допустимое напряжение и увеличивает потребляемый ток (при прочих равных характеристиках, при том же пропеллере).

Крутящий момент в основном определяется:

• размером статора, чем он больше, тем выше момент
• материалами: тип магнитов, качество медной обмотки
• конструкцией мотора: расстояние между ротором и статором, числом полюсов и т.д.

Если всё одинаково, тогда два мотора с разным KV будут иметь одинаковый крутящий момент. Небольшое значение KV просто означает, что вам нужно более высокое напряжение чтобы получить те же обороты. На самом деле все несколько сложнее, но это довольно простое и точное описание.

Причина, по которой пилотам кажется, что у моторов с небольшим KV большой момент, в том, что падение напряжения у таких моторов ниже, чем у моторов с высоким KV, именно это падение напряжения и снижает крутящий момент. Теоретически, момент должен быть одинаков, но на практике такого не бывает.

Крутящий момент — это палка о двух концах.

Моторы с большим крутящим моментом позволяют менять обороты быстрее, благодаря этому будет меньше паразитных вибраций, а реакция на стики — мгновенной. Коптер с такими моторами будет очень резким, а его движения будут менее естественными, более похожими на дерганые движения роботов.

В наши дни всё больше и больше пилотов сталкивается с паразитными вибрациями, и корнем проблемы могут быть как раз современные, сверхмощные моторы. Они настолько мощные, что могут создавать петли обратной связи, от которых очень трудно избавиться. Демпфирование полетного контроллера может помочь, но лучше искать настоящую причину вибраций и не использовать чрезмерно мощные моторы.

Методы установки

Установить винты на квадрокоптер можно по-разному. Очень часто вал электродвигателя представляет собой простой металлический штырь, не имеющий каких-либо приспособлений для установки пропеллера. В этом случае применяют специальные переходники – пропсейверы и цанговые зажимы.

Пропсейвер (см. фото) удобно использовать для проведения экспериментов при создании самодельных моделей. Он выглядит как втулка, в боковой поверхности которой имеется два симметричных отверстия с установленными в них винтами. Приспособление устанавливается на вал, а винты затягиваются. Пропеллер также надевается на вал и фиксируется двумя нейлоновыми стяжками или резиновым кольцом.

Более надежным переходником является цанговый зажим. Он представляет собой резьбовое соединение с разрезной конусообразной втулкой. Цанга надевается на вал, далее устанавливается зажимная втулка, пропеллер и шайба. Вся конструкция фиксируется гайкой особой формы – коком.

Если ротор бесколлекторного двигателя находится снаружи (моторы класса Outrunner), то на его верхней поверхности обычно имеется несколько резьбовых отверстий для установки различных переходников и креплений.

У производителей готовых коптеров с бесколлекторными моторами очень популярен вариант с самозатягивающимися гайками от компании DJI. У таких двигателей вал заканчивается резьбой, противоположной направлению вращения ротора.

Моторы прямого и обратного вращения (cw и ccw)

Иногда можно встретить маркировку «CW» и «CCW«, что расшифровывается как “ClockWise” (по часовой стрелке) и “Counter-ClockWise” (против часовой стрелки).

Направление вращения важно для коллекторных моторов, т.к. щетки очень быстро стираются при вращении в обратную сторону, у бесколлекторных моторов такой проблемы нет.

CW и CCW бесколлекторные моторы это как правило полностью одинаковые моторы, единственное их отличие — направление резьбы на валу (англ).

Моторы на квадрокоптере вращаются в разных направлениях, важно то, что при их вращении все 4 гайки удерживающие винты сами затягиваются.

Как проверить, что вы поставили мотор с нужной резьбой? Просто держитесь за гайку на валу, и начните вращать мотор в том направлении, в котором он должен вращаться на коптере. Если гайка затягивается, тогда вы правильно выбрали направление резьбы 🙂

Лично я предпочитаю использовать одинаковую резьбу на всех моторах, так что никогда не запутаюсь с гайками. Когда придется искать дополнительные гайки в магазинах, вы поймете, как сложно найти гайки с левой резьбой.

Питание и контроллеры питания

Капитан подсказывает: чем больше мощность мотора, тем больше батарейка ему нужна. Большая батарейка — это не только емкость (читай, время полета), но и максимальный ток, которая она отдает. Но чем больше батарейка, тем больше и ее вес, что вынуждает скорректировать наши прикидки относительно винтов и моторов.

На сегодняшний день все используют литий-полимерные батарейки (LiPo). Они легкие, емкие, с высоким током разрядки. Единственный минус — при отрицательных температурах работают плохо, но если их держать в кармане и подключать непосредственно перед полетом, то во время разряда они сами слегка разогреваются и не успевают замерзнуть. LiPo-элементы вырабатывают напряжение 3,7 В.

При выборе батареи стоит обращать внимание на три ее параметра: емкость, измеряемую в миллиампер-часах, максимальный ток разряда в емкостях аккумулятора (С) и число ячеек (S). Первые два параметра связаны между собой, и при их перемножении ты узнаешь, сколько тока сможет отдавать этот аккумулятор продолжительное время.

Например, твои моторы потребляют 10 А каждый и их четыре штуки, а батарея имеет параметры 2200 мА · ч 30/40C, таким образом, коптеру требуется 4 • 10 A = 40 A, а батарея может выдавать 2,2 A • 30 = 66 A или 2,2 А • 40 = 88 А в течение 5–10 секунд, что явно будет достаточно для питания аппарата.

Также эти коэффициенты напрямую влияют на вес аккумулятора. Внимание! Если тока будет не хватать, то в лучшем случае батарея надуется и выйдет из строя, а в худшем загорится или взорвется; это же может произойти при коротком замыкании, повреждении или неправильных условиях хранения и зарядки, поэтому используй специализированные зарядные устройства, аккумуляторы храни в специальных негорючих пакетах и летай с «пищалкой», которая предупредит о разрядке.

Число ячеек (S) указывает на количество LiPo-элементов в батарее, каждый элемент выдает 3,7 В, и, например, 3S-аккумулятор будет отдавать примерно 11,1 В. Стоит обращать внимание на этот параметр, так как от него зависят скорость оборотов моторов и тип используемых регуляторов.

Элементы батареи объединяют последовательно или параллельно. При последовательном включении увеличивается напряжение, при параллельном — емкость. Схему подключения элементов в батарее можно понять по ее маркировке. Например, 3S1P (или просто 3S) — это три последовательно подключенных элемента.

Однако моторы подключаются к батарее не напрямую, а через так называемые регуляторы скорости. Регуляторы скорости (они же «регули» или ESC) управляют скоростью вращения моторов, заставляя твой коптер балансировать на месте или лететь в нужном направлении.

Большинство регуляторов имеют встроенный стабилизатор тока на 5 В, от которого можно питать электронику (в частности, «мозг»), можно использовать отдельный стабилизатор тока (UBEC). Выбираются контроллеры скорости исходя из потребления мотором тока, а также возможности перепрошивки.

Обычные регули довольно медлительны в плане отклика на поступающий сигнал и имеют множество лишних настроек для коптеростроительства, поэтому их перепрошивают кастомными прошивками SimonK или BLHeli. Китайцы и тут подсуетились, и часто можно встретить регуляторы скорости с уже обновленной прошивкой.

Не забывай, что такие регули не следят за состоянием аккумулятора и могут разрядить его ниже 3,0 В на банку, что приведет к его порче. Но в то же время на обычных ESC стоит переключить тип используемого аккумулятора с LiPo на NiMH или отключить уменьшение оборотов при разрядке источника питания (согласно инструкции), чтобы под конец полета внезапно не отключился мотор и твой беспилотник не упал.

Моторы подключаются к регулятору скорости тремя проводами, последовательность не имеет значения, но если поменять любые два из трех проводов местами, то мотор будет вращаться в обратном направлении, что очень важно для коптеров.

Два силовых провода, идущих от регулятора, надо подключить к батарейке. НЕ ПЕРЕПУТАЙ ПОЛЯРНОСТЬ! Вообще, для удобства регуляторы подключают не к самой батарейке, а к так называемому Power Distribution Module — модулю распределения энергии. Это, в общем-то, просто плата, на которой припаяны силовые провода регуляторов, распаяны разветвления для них и припаян силовой кабель, идущий к батарее.

Размер рамы и пропеллера

От размера и конфигурации рамы зависит то, сколько двигателей тебе придётся поставить, и на сколько большую диагональ пропеллеров ты сможешь использовать. Сейчас не буду вдаваться в подробности конфигурации, и рассказывать о том, как правильно подобрать раму. Просто напомню, что это ответственный узел, и на нём будет держаться всё, в том числе и тяжёлые, вибрирующие двигатели.

Запомни три простых правила.

1. Тут важно не промахнуться с размером. Пропеллеры не должны наслаиваться. Проблемы доставляет и путаница с размерами. Добро пожаловать в мир дюймов
2. Жёсткость рамы и её вес очень важны. Если есть возможность, то бери с запасом по прочности. Очень хорошо тебя показывают композитные материалы (карбоновая рама – предел мечтаний)
3. Резьбы в пластике или вообще не могут считаться за резьбы, или являются одноразовыми. Ищи или металлические вставки, или думай, как ещё зафиксировать болты

От размера лопастей зависит поведение дрона в воздухе. Большая диагональ даст большую подъёмную силу и устойчивость, в ущерб маневренности, и наоборот. Здесь надо отталкиваться от своей цели. Так же нужно учитывать то, что пропеллер создаёт нагрузку на двигатель. Обычно рекомендованный размер будет указан в спецификации.

Размер статора

Так сложилось, что двигатели классифицируются сначала по размеру статора, а потом уже по другим данным, например, KV. Ниже вы можете ознакомиться с таблицей, где указаны рекомендованные характеристики двигателей в зависимости от размера рамы и пропеллеров:

Размеры моторов

Размер бесколлекторного моторы обычно обозначается 4 цифрами: AABB, где «АА» — это диаметр статора (stator width / stator diameter), а «BB» — высота статора (stator height), оба значения в миллиметрах.

Что такое статор (stator) у бесколлекторного мотора? Статор — это стационарная (неподвижная) часть мотора, у нее есть полюса (poles), на которые намотан медный провод (обмотка). «Полюса» (по сути, сердечник) сделаны из тонких металлических пластин собранных в стопку, между ними тонкий слой диэлектрика.

• Чем «выше» статор, тем больше мощность на больших оборотах
• Чем «шире» статор, тем больше крутящий момент при низких оборотах

Увеличение диаметра и высоты мотора требует увеличения как обмоток (электромагнитов), так и постоянных магнитов. Разница в том, что при увеличении высоты статора размеры постоянных магнитов увеличиваются сильнее, чем катушки; а при увеличении диаметра статора обмотки увеличиваются сильнее, чем магниты.

Размеры пропеллеров совместимых с мотором определяются диаметром вала. Валы моторов для 3″, 4″, 5″ и 6″ пропов имеют резьбу M5 (т.е. диаметр 5 мм). У современных моторов вал встроен в сам колокол, для более ранних моторов нужно было использовать адаптер (англ).

На 5″ коптерах чаще всего применяются моторы размера 2204, 2205, 2206, 2207, 2305, 2306, 2307, 2407.

Соотношение тяги и веса коптера

Общее правило такое: макс. тяга должна быть как минимум в 2 раза больше веса коптера. Запомните, это действительно минимум необходимый для того, чтобы коптером можно было легко управлять во время висения. Если тяга слишком маленькая, тогда коптер будет плохо слушаться управления, и, возможно, будет довольно сложно взлететь.

Например, если вес коптера 1 кг, тогда тяга всех моторов при 100% газе, должна быть как минимум 2 кг (500 г на мотор). Конечно, хорошо, если тяга ещё выше…

Чтобы летать быстро, у гоночных коптеров соотношение тяги к весу значительно больше. Нет ничего необычного в том, что у кого-то миникоптер имеет это соотношение 10:1 или даже 13:1. В общем и целом, для акробатики я рекомендую иметь соотношение как минимум 5 к 1.

Чем больше это число, тем лучше управляется и ускоряется коптер. Однако, если оно слишком большое, тогда коптером становится сложно управлять. Небольшого движения стика газа будет достаточно чтобы «выстрелить коптером на орбиту, как ракетой». 🙂 Конечно, всё очень сильно зависит от навыков пилота.

Даже если вы планируете заниматься только медленной аэрофотосъемкой, нужно рассчитывать на 3:1 или 4:1. Это даст вам не только надежное управление, но и позволит в будущем увеличить полезную нагрузку. Например, более тяжелую камеру или дополнительные аккумуляторы для увеличения длительности полёта.

Теория полета

В теории полета (аэродинамике) принято выделять три угла (или три оси вращения), которые задают ориентацию и направление вектора движения летательного аппарата. Проще говоря, летательный аппарат куда-то «смотрит» и куда-то двигается. Причем двигаться он может не туда, куда «смотрит».

Три эти угла принято называть крен, тангаж и рыскание. Крен — это поворот аппарата вокруг его продольной оси (оси, которая проходит от носа до хвоста). Тангаж — это поворот вокруг его поперечной оси (клюет носом, задирает хвост). Рыскание — поворот вокруг вертикальной оси, больше всего похожий на поворот в «наземном» понимании.

В классической схеме вертолета основной винт при помощи автомата перекоса лопастей управляет креном и тангажем. Так как основной винт обладает ненулевым сопротивлением воздуха, у вертолета возникает вращающий момент, направленный в сторону, противоположную вращению винта, и, чтобы его скомпенсировать, у вертолета есть хвостовой винт.

Изменяя производительность хвостового винта (оборотами или шагом), классический вертолет управляет своим рысканием. В нашем же случае все сложнее. У нас есть четыре винта, два из них вращаются по часовой стрелке, два — против часовой. В большинстве конфигураций используются винты с неизменяемым шагом и управлять можно только их оборотами.

Если мы увеличим обороты одного винта, вращающегося по часовой стрелке, и уменьшим обороты другого винта, вращающегося по часовой стрелке, то мы сохраним общий момент вращения и рыскание по-прежнему будет нулевым, но крен или тангаж (в зависимости от того, где мы сделаем ему «нос») изменятся.

А если мы увеличим обороты на обоих винтах, вращающихся по часовой стрелке, а на винтах, вращающихся против часовой стрелки, уменьшим (чтобы сохранить общую подъемную силу), то возникнет вращающий момент, который изменит угол рыскания. Понятное дело, что все это будем делать не мы сами, а бортовой компьютер, который будет принимать сигнал с ручек управления, добавлять поправки с акселерометра и гироскопа и крутить винтами, как ему надо.

Для того чтобы спроектировать коптер, необходимо найти баланс между весом, временем полета, мощностью двигателей и другими характеристиками. Все это зависит от конкретных задач. Все хотят, чтобы коптер летал выше, быстрее и дольше, но в среднем время полета составляет от 10 до 20 минут в зависимости от емкости аккумулятора и общего полетного веса.

Стоит запомнить, что все характеристики связаны между собой и, к примеру, увеличение емкости аккумулятора приведет к увеличению веса и, как следствие, к уменьшению времени полета. Чтобы узнать, сколько примерно твоя конструкция будет висеть в воздухе и сможет ли вообще оторваться от земли, существует хороший онлайн-калькулятор ecalc.ch.

Но прежде чем вбивать в него данные, нужно сформулировать требования к будущему аппарату. Будешь ли ты устанавливать на аппарат камеру или другую технику? Насколько быстрым должен быть аппарат? Как далеко тебе нужно летать? Давай посмотрим на характеристики различных компонентов.