Установка винтов на квадрокоптер – что важно знать

Содержание
  1. Что такое квадрокоптер и для чего это надо
  2. Что нужно знать при выборе винтов для квадрокоптера: основные определения и понятия
  3. 20 советов пилоту dji mavic mini, чтобы уберечь свой дрон от крушений и утраты
  4. ESC/ Электронный контроллер скорости
  5. Brushed (щеточные) или brushless (бесщёточные)
  6. Балансировка
  7. Балансировка пропеллеров с помощью подручных средств
  8. Безопасность
  9. Бортовой компьютер и сенсоры
  10. Безопасность
  11. Вращение
  12. Длина пропеллера и его шаг
  13. Доп. информация
  14. Защита несущих винтов
  15. Количество и форма лопастей пропеллеров
  16. Лопасти и диаметр
  17. Материал
  18. Материалы для несущих винтов
  19. Методы установки винта на квадрокоптер
  20. Моторы и пропеллеры
  21. Не работает винт на квадрокоптере
  22. Питание и контроллеры питания
  23. Пластик и карбон: где качество и эффективность
  24. По форме лопасти бывают:
  25. Подключение экс
  26. Правила установки винта на дрон
  27. Принцип работы винтов
  28. Складывающиеся пропеллеры
  29. Спецификация
  30. Теория полета
  31. Третий вариант
  32. Управление
  33. Шаг. эффективность. тяга

Что такое квадрокоптер и для чего это надо

Мультироторы, они же мультикоптеры или просто коптеры, — это беспилотные летательные аппараты, предназначенные для развлечения, съемки фото и видео с воздуха или отработки автоматизированных систем.

Коптеры обычно различают по числу используемых моторов — начиная от бикоптера с двумя моторами (как GunShip из фильма «Аватар») и заканчивая октакоптером с восемью. На самом деле число моторов ограничено только твоей фантазией, бюджетом и возможностями полетного контроллера.

Классическим вариантом является квадрокоптер с четырьмя моторами, расположенными на перекрещивающихся лучах. Такую конфигурацию еще в 1920 году попытался соорудить француз Этьен Омишен (Étienne Oehmichen), и в 1922 году у него это даже получилось. По сути, это самый простой и дешевый вариант сделать летательный аппарат, способный без особых проблем поднимать в воздух небольшие камеры вроде GoPro.

Что нужно знать при выборе винтов для квадрокоптера: основные определения и понятия

В первую очередь необходимо обращать внимание на:

  • параметры длины;
  • размер шага;
  • площадь винтов;
  • направленность работы;
  • форму деталей;
  • количество лопастей.
Смотрите про коптеры:  Узнайте, почему Roborox S5 Max — идеальный робот-пылесос для вашего дома

Нужно разбираться и в терминологии, которая используется для указания тех или иных характеристик летающего аппарата:

  1. «В идеальном мире». Понятие предполагает эксплуатацию квадрокоптера в максимально благоприятных условиях (без ветра, осадков и т.д.).
  2. «Длина». Характеризует диаметр окружности, описываемой движущимися лопастями.
  3. «Шаг». По своему определению максимально приближается к термину «шаг резьбы» шурупа или других подобных деталей. Описывает расстояние, которое «пролетает» винт за один оборот.
  4. «Угол атаки». Определяется углом наклона. От этого показателя зависит скорость, длина шага, плавность движения.
  5. «Тяга». Расчет тяги производится, чтобы узнать силу, которая образуется работой пропеллера. При этом учитываются показатели воздушного сопротивления и гравитации.

20 советов пилоту dji mavic mini, чтобы уберечь свой дрон от крушений и утраты

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Адекватная цена на летающую камеру профессионального качества, компактный размер, простое управление и большой ресурс аккумуляторов уже сделали Миник «народным» дроном для фотографов, путешественников и энтузиастов.

Но этот квадрокоптер — не для рекордов высоты, дальности и скорости. Он очень лёгкий, боится ветра и темноты, теряет сигнал пульта даже при незначительных помехах. Поэтому запаситесь терпением, придержите свои амбиции пилота — покорителя высот, и желание делать крутые кадры уровня Mavic 2 Pro или Inspire.

В этой статье Вы найдёте два десятка рекомендаций, основных на моём личном опыте эксплуатации DJI Mavic Mini, которые уберегут начинающего пилота от глупых ошибок и не очевидных опасных ситуаций.

1. Подпишите свой дрон. Наклейте наклейку с Вашим WhatsApp и Email. Если Вы потеряете квадрокоптер и его найдёт кто-то другой, то есть шанс, что с Вами свяжутся и вернут потеряшку.

2. Следите за RC кабелем от смартфона к пульту. Он маленький, чёрный и поэтому его очень легко потерять, а запаски нет даже в FMC комплекте. Оригинальных кабелей на замену в магазинах DJI я не нашёл. Купил на Алиэкспресс аналог с более громоздкими штекерами. А пока ждал доставку, полтора месяца колхозил метровую «кишку» из переходников и подручных средств, чтобы хоть как-то летать.

3. Не забывайте включать авиа-режим на Вашем смартфоне при управлении квадрокоптером. Звонок друга или смс от любимой могут стоить Вам дрона.

4. Будьте внимательны при полётах над водой ниже уровня взлёта, например с высокого берега или с борта корабля. Дрон теряет позиционирование по высоте, из за бликов, отражений и волн не видит расстояние до поверхности и пытается приземлиться. Если при этом будет потеря сигнала с пультом, то до твёрдой поверхности Вы уже не дотянете и утопите свой коптер. Вообще, при любых полётах над водой — потеря дрона лишь вопрос времени.

5. Не запускайте дрон в сильный ветер. Мавик Мини очень лёгкий. Поэтому ему сложно бороться с порывами ветра. Если Вы летаете рядом с деревьями, зданиями или другими объектами, есть риск шарахнуть дрон об стену или запутаться в ветвях.

6. Планируйте направление полёта всегда против ветра, чтобы было легче возвращаться с попутным ветром. Одна из самых распространённых причин потери дронов — не хватает мощности и заряда аккумулятора, чтобы вернуться на базу против ветра.

7. Не летайте в плохо освещенных помещениях без защиты винтов. Железобетон и бытовая техника блокируют GPS, искажают радиосигнал и дают помехи на компас. Квадрокоптер ориентируется только по фото-датчикам поверхности, а в темноте ему это сложновато. Поэтому можно влететь в мебель, стену или Ваших домочадцев.

8. При полётах в городе избегайте локаций с сотовыми ретрансляторами (группы направленных прямоугольных антенн на крышах) так как они нарушают связь с пультом уже на дистанции 30 метров.

9. Заранее продумайте высоту и траекторию автоматического возврата дрона. На пути не должно быть зданий, деревьев, труб, вышек и мачт освещения. И особенно проводов.

10. Если Вы все же не смогли вернуть дрон на базу и он совершил аварийную посадку или потерпел крушение вне зоны прямой видимости, то не спешите прыгать в авто и ехать к точке на карте. При принудительной посадке на пустом аккумуляторе у Вас есть ещё около 10 минут, чтобы найти свой коптер. Если расстояние до точки меньше километра, (вряд ли Вы улетите на Минике дальше без потери сигнала), быстро идите напрямую пешком.

11. Не улетайте далеко в городе и не залетайте за здания. По моему опыту: залетел за здание — потерял связь и контроль.

12. Возвращайтесь в зону прямой видимости уже на 50% аккумулятора. При зарядке менее 20% летайте толко рядом с собой над твёрдой ровной поверхностью.

13. Не взлетайте из пыли, песка, снега или травы и не приземляйте дрон на такие поверхности. Контакт с любыми инородными частицами может привести к быстрому износу и разрушению механических и электронных частей — винтов, моторов, аккумулятора, электронной платы, подвеса стабилизатора и камеры.

14. Не взлетайте, не летайте и не приземляйте дрон рядом с животными или птицами. Небольшой размер и жужжание Мавика Мини вызывают агрессию и провоцируют нападение животного или птицы на Ваш коптер. На фото к этой статье — та самая собака, из пасти которой я буквально вырвал свой Миник!

15. Не вылетайте из окна или в форточку. При потере сигнала пульта, что не редкость рядом со зданиями, дрон поднимется на высоту возврата и, вернувшись по координатам взлёта, сядет на крыше или свалится вниз, задев какие-нибудь конструкции. Также не исключён риск краша об оконную раму при глюке GPS, порыве ветра или резком управлении.

16. Следите за тем, в каком режиме Вы управляете дроном. Я нередко ловлю себя на том, что перешёл в спорт режим и ношусь между домами и деревьями без всяких датчиков.

17. Не летайте без защиты винтов рядом с людьми. Глюк GPS, порыв ветра или ошибка управления может привести к травмам. И вообще, постарайтесь не летать над людьми.

18. Не используйте интеллектуальные режимы в лесу и в городе, где дрон может столкнуться с каким либо объектом при облёте.

19. Не снижайте скорость при пролётах через узкие места с надголовной средой — окна, трубы, под мостами, через салон автомобиля, под упавшими деревьями, насквозь опоры ЛЭП и т. д. Датчик может определить помеху снизу и коптер рванёт резко вверх.

20. Всегда надевайте защитную крышку камеры при транспортировке дрона в кейсе, чехле или в кармане, чтобы не заляпать камеру и не сломать подвес стабилизатора.

Будьте внимательны, осторожны и готовы ко всему — тогда количество нештатных ситуаций будет меньше. Пишите свои наблюдения и рекомендации по эксплуатации, пилотированию и съёмке с Мавика Мини в комментариях. Посмотрите мои фотографии с этого квадрокоптера в Инстаграм по хештегу #фото_города_с_воздуха.

Хороших Вам полётов и удачных кадров!

ESC/ Электронный контроллер скорости

ЭКС — даст возможность контроллеру управлять скоростью и направлением вращения движка. Если напряжение правильное, ЭКС выдержит максимальный ток, который может потребить двигатель и ограничить проходящий через фазу ток (при коммутации).

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

ЭКС, которые используют в беспилотной сфере, дает возможность движку оборачиваться только в одном направлении (но при правильной прошивке он сможет работать в обе стороны)

Brushed (щеточные) или brushless (бесщёточные)

Brushed (щеточные) – коллекторные двигатели, с принципом работы: обмотанный ротор движется внутри внутри статора, где магниты жестко закреплены.

Brushless (бесщёточные) – тут принцип работы обратный Brushed, обмотка жестко закреплена внутри статора, а магниты вращаются и располагаются на валу.

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Именно бесколлекторные моторы чаще всего используют в беспилотниках.

Движки типа «Панкейк» отличаются большим диаметром и плоской формой, высоким крутящим моментом и низким значением KV (детали ниже).

В беспилотниках маленького размера традиционно используют небольшие коллекторные моторы (низкая цена и простой двухпроводной коллектор). Но помните, что бесколекторные моторы могут совершенно разного размера и маленький не всегда означает дешевый.

Балансировка

Когда ты сэкономишь на пропеллере, ты точно удивишься тому, что он не отбалансирован. Из-за этого он будет вибрировать, на камере коптера ты будешь наблюдать эффект «желе», резьбовые соединения будут ослабевать, а моторы будут изнашиваться очень быстро. Надо балансировать.

Для этого тебе понадобится:

  • Пропеллер
  • Скотчсупер клей (на свой страх и риск)
  • Мелкозернистая наждачная бумага
  • Специальный инструмент — балансировщик пропеллеров
  • Уровень
  1. Балансировщик устанавливаешь строго горизонтально.
  2. Устанавливаешь пропеллер на ось, в горизонтальное положение. Отпускаешь. Одна из лопастей падает вниз.
  3. Берёшь наждачку, и с внутренней стороны поднявшейся лопасти (с вогнутой) снимаешь немного материала. Не переусердствуй.
  4. Возвращаешь лопасти в горизонтальное положение. Если одна из них падает – повторяешь предыдущий пункт. Если нет- идём дальше
  5. Так как балансировщик тоже не лучшего качества- переворачиваешь ось и смотришь по новой. Нужно поймать момент, когда вне зависимости от направления оси, пропеллер будет сбалансирован.
  6. Молодец.
  7. Но не совсем. Теперь ступица. Устанавливаешь пропеллер вертикально. Если пропеллер наклоняется вправо- делаешь мазок лаком на левой стороне.
  8. Добиваешься баланса
  9. Меняешь направление горизонтальной оси пропеллера. Если всё по-прежнему в порядке- ты отбалансировал пропеллер. Надеюсь у тебя не октокоптер.
  10. Молодец!

Балансировка пропеллеров с помощью подручных средств

Производитель вряд ли рассчитает с особой точностью баланс пропеллеров. А отклонения от нормальных показателей приводят к повышению шумности, снижению качества съемки и быстрому износу электродвигателя.

Чтобы выполнить балансировку, нужны:

  • лак для ногтей или клей «Момент»;
  • наждачная бумага;
  • станок для балансировки винтов.

Вначале необходимо закрепить лопасть на оси станка и немного отклонить ее в одну из сторон. Если лопасть остается на месте, а не возвращается назад, нужно выровнять вес лезвий. Более тяжелую сторону можно обработать наждачкой или же более легкую сторону покрыть тонкими слоями лака или клея.

Винты для квадрокоптера - полный обзор технических характеристик, методы устранения неисправности
Выполнение балансировки

Шлифовка или покрытие клеевым составом выполняется только на внутренних частях винта.

Кроме того, необходима балансировка ступицы. Для этого винт закрепляется в вертикальном положении и также осматривается на предмет отклонений. Регулировать балансировку, как и в горизонтальном положении, можно с помощью нескольких слоев клея «Момент» или аналогичных средств.

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.

Продвинутый девяти- канальный пульт
Продвинутый девяти-
канальный пульт

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.

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. Настрой и заранее проверь функцию fail safe твоего полетного контроллера, которая поможет приземлиться или вернуть коптер на точку старта при потере сигнала с пульта.

Вращение

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Несущие винту вращаются как по часовой, так и против часовой стрелки. Сторону вращения определяет наклон лопасти.

Если правая сторона лопасти выше, вращение будет против часовой стрелки. Если левая выше, вращение будет по часовой стрелки.

В случае, если у вашего дрона движки располагаются в перевернутом виде, необходимо сменить направление несущих винтов, тяга будет направлена вниз.

«Лицо» винта всегда должно смотреть в небо. Сопутствующая контроллер полета поможет вам определить направление каждого винта.

Длина пропеллера и его шаг

Сила тяги зависит от диаметра, образуемого лопастями диска, и шага движения. Если сила тяги квадрокоптера высокая, системы пропеллеров перемещают крупные объемы воздушной смеси. Если увеличить шаг или длину и оставить прежней скорость вращения винта, тяга существенно вырастет.

Определиться с выбором по данной характеристике лучше всего, исходя из целей использования квадрокоптера:

  1. Для фото и видеосъемки. Рекомендуется установить винты с большой длиной и коротким шагом.
  2. Для гоночных соревнований. Менее плавное, но быстрое движение требует кардинально противоположной расстановки: малая длина и большой шаг.

Доп. информация

  • Разъёмы: у коллекторных моторов 2 разъема « Плюс» и «-Минус». При смене проводов в разъемах изменится направление вращения двигателей.
  • Разъёмы: в бесколлекторных движках – 3 разъема. (руководство подключения вы найдете в 3м разделе данной статьи «ESC»)
  • Обмотка: обмотка непоследственно влияет на KV движков. Если ваша задача добиться низкого значения KV, обратите свой взгляд на бесколлекторный двигатель типа «Панкейк»
  • Установка: большинство изготовителей пользуются общей схемой установки бесколлекторных моторов, благодаря этому компании, которые выпускают рамы не нуждаются в дополнительных деталях таких, как «переходник»
  • Резьба: резьба при креплении бесколлекторного мотора к раме может быть разной. Метрические размеры – М1/М2/ М3, имперские размеры 2-56/ 4-40.

Защита несущих винтов

Защита винтов создана для того, чтобы обезопасить беспилотник от встречных объектов, тем самым минимизировать последствия от краша. Крепится защита к раме и покрывает частично или полностью рабочую зону установки. Чаще используется на маленьких беспилотниках.

Элементы защиты могут:

  • Вызвать лишнюю вибрацию
  • Не выдерживают сильные удары
  • Может привести к снижению тяги (если слишком много крепежных опор)

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Количество и форма лопастей пропеллеров

Обычно на квадрокоптеры стандартного размера устанавливают пропеллеры с двумя лопастями. Для миниатюрной техники уже нужны узлы с большим количеством лопастей, что позволит контролировать силу потоков воздуха и придерживаться плавности полета.

Чем больше винтов установлено, тем выше показатель отзывчивости. Но есть и минусы: такие аппараты стоят дороже и сложны в процессе отцентровки. Выбирая квадрокоптер, следует обращаться лишь в официальные магазины, чтобы получить оригинальную модель.

По форме все пропеллеры разделяют на три категории:

  1. Normal. Их особенность – небольшая тяга и заостренные наконечники. Благодаря этому они эксплуатируются в экономичном режиме, и время работы увеличено.
  2. Bullnose. Напротив, вариант с высокой тягой, скоростью полета и повышенными затратами энергии. Отличаются утяжеленной конструкцией наконечников.
  3. Hybrid Bullnose. Нечто среднее между двумя предыдущими вариантами и по характеристикам и по конструкции.

Лопасти и диаметр

Традиционно винты мультироторных беспилотников с 2-3 лопастями. Но более популярны винты с 2 лопастями. Помните, большее кол-во лопастей не увеличит тягу. Каждая отдельная лопасть работает в потоке пред. лопасти из-за чего коэффициент полезного действия снижается.

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Материал

Пластик – наиболее популярный, но не самый удачный вариант. Пластиковые пропеллеры обладают низкой ценой и очень широки ассортиментом. Обладают разной, но в основном высокой гибкостью и мягкостью. Якобы это увеличивает их устойчивость к механическим повреждениям.

Углеродное волокно – Очень дорого, но очень круто. Великолепная жёсткость, лёгкость. Легко сбалансировать. Это значит, что брака будет меньше. Не теряет форму. Да и наличие чёрных лопастей всегда радует глаз. К ним рекомендуется докупить защиту лопастей для квадрокоптера, ибо их очень легко расколоть.

Композит – внутри пластик, снаружи покрытие из углеродного волокна. Дешевизна пластика, жёсткость и износостойкость (почти) как у карбоновых пропеллеров. Также не очень высокая цена.

Материалы для несущих винтов

Материал из которых сделаны несущие винты, немного влияют на летные качества, но помните, что на первом месте должна быть именно безопасность (основная функция винтов).

  • Пластик – самый популярный материал, он отличается низкой ценой, отличными летными хар-ми и долговечностью. Вы можете усилить винты карбоновой пленкой, это обеспечит большую устойчивость к ударам и будет дешевле, чем винт из карбона.

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

  • Полимеры – винты из углеродного волокна подойдут пилотам с опытом. Стоимость выше, за счет сложности изготовления. Такие винты сложнее повредить, но учтите, что при падении будет ущерб всему с чем он соприкоснется. Винты из карбона, отлично исполнены, более выносливые за счет жесткости, практически не нуждаются в балансировке и очень легкие. Но еще раз, смотри в сторону винтов из этих материалов исключительно, если у вас есть опыт.

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

  • Древесина – очень редко используют дерево для создания несущих винтов, на изготовление таких винтов уходит больше времени, сложнее в обработке, в итоге они выйдут дороже пластиковых. Но дерево очень плотное и не гнётся.

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Методы установки винта на квадрокоптер

Менять винт на дроне можно несколькими способами. Проблема в том, что обычно валом мотора является простой штырь и для установки пропеллеров потребуется что-то из нижеперечисленного:

  1. Пропсейвер. Базовый вариант с максимально простой конструкцией. Его советуют ставить лишь при экспериментах с самодельными квадрокоптерами. Способ фиксации: установка пропсейвера на вал и фиксация винтов.
  2. Цанговый зажим. Отличается высокой прочностью и надежностью. Способ фиксации: цангу необходимо надеть на вал, после чего установить втулку, винт коптера и шайбу. После этого закручивается специальная гайка.
Винты для квадрокоптера - полный обзор технических характеристик, методы устранения неисправности
Цанговый зажим с отверстием

У некоторых квадрокоптеров с электродвигателями типа Outrunner могут быть отверстия для различных креплений.

Моторы и пропеллеры

Из-за вращения моторов в разные стороны приходится использовать разнонаправленные пропеллеры: прямого вращения (против часовой) и обратного вращения (по часовой). Обычно используются двухлопастные пропеллеры, их легче балансировать и найти магазинах, в то время как трехлопастные дадут больше тяги при меньшем диаметре винта, но доставят много головной боли при балансировке.

Плохой (дешевый и неотбалансированный) пропеллер может развалиться в полете или вызвать сильные вибрации, которые передадутся на датчики полетного контроллера. Это приведет к серьезным проблемам со стабилизацией и вызовет сильное смазывание и «желе» на видео, если ты снимаешь что-то с коптера или летаешь с видом от первого лица.

Регулятор скорости, он же ESC
Регулятор скорости,
он же ESC

У любого пропеллера есть два основных параметра: диаметр и шаг. Их обозначают по-разному: 10 × 4.5, 10 × 45 или просто 1045. Это означает, что диаметр пропеллера 10 дюймов, а его шаг 4,5 дюйма. Чем длиннее пропеллер и больше шаг, тем большую тягу он сможет создавать, но при этом повысится нагрузка на мотор и увеличится потребление тока, в результате он может сильно перегреться и электроника выйдет из строя.

Поэтому винты подбираются под мотор. Ну или мотор под винты, тут как посмотреть. Обычно на сайтах продавцов моторов можно встретить информацию о рекомендуемых пропеллерах и аккумуляторах для выбранного мотора, а также тесты создаваемой тяги и эффективности.

Также чем больше винт, тем больше его инерция. Если нужна маневренность, лучше выбрать винты с большим шагом или трехлопастные. Они при том же размере создают тягу в 1,2–1,5 раза больше. Понятно, что винты и скорость их вращения нужно подбирать так, чтобы они смогли создать тягу большую, чем вес аппарата.

А вот и моторчик на 850 kV
А вот и моторчик на 850 kV

И наконец, бесколлекторные моторы. У моторов есть ключевой параметр — kV. Это количество оборотов в минуту, которые сделает мотор, на поданный вольт напряжения. Это не мощность мотора, это его, скажем так, «передаточное число». Чем меньше kV, тем меньше оборотов, но выше крутящий момент.

Чем больше kV при той же мощности, тем больше оборотов и ниже момент. При выборе мотора ориентируются на то, что в штатном режиме он будет работать при мощности 50% от максимальной. Не стоит думать, что чем kV больше — тем лучше, для коптеров с типичной 3S-батареей рекомендуемое число находится в диапазоне от 700 до 1000 kV.

Не работает винт на квадрокоптере

Ситуация, когда не работает один винт, достаточно распространенная. Возможные причины:

  1. Пропеллер неправильно закреплен.
  2. Дефект пайки проводов к двигателю.
  3. Повреждения системной платы.
  4. Поломка шестеренок.
  5. Нарушения работы контроллера.
Винты для квадрокоптера - полный обзор технических характеристик, методы устранения неисправности
Ремонт и обслуживание квадрокоптера

Для начала необходимо осмотреть крепления. Если они отвечают инструкции, то, скорее всего, причина более серьезная, и квадрокоптер лучше отнести в ремонт, выбрав услуги профессионала, а не самостоятельный способ решения проблемы.

В специализированных магазинах продаются разные варианты винтов для квадрокоптера, которые могут отличаться между собой по размеру, типу конструкции, используемым материалам и даже стороне вращения. Делая окончательный выбор, необходимо учитывать условия эксплуатации дрона.

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.

Пластик и карбон: где качество и эффективность

Выбор лопастей для квадрокоптера по материалу не так прост. Перед владельцем дрона встает вопрос: сэкономить и обойтись базовым вариантом или купить винты хорошего качества? Разобраться поможет изучение положительных и отрицательных сторон материалов.

МатериалДостоинстваНедостатки
Пластикдоступная цена

широкий ассортимент

хорошая гибкость

простой дизайн

потеря работоспособности при любых повреждениях

Карбонотличные показатели жесткости и легкости

легкость в балансировке

удерживает форму

премиальный дизайн

высокая цена
Композит
(внутри – пластик, снаружи – карбон).
хороший внешний вид

приемлемая жесткость

красивый дизайн благодаря углеродному покрытию

средняя цена

более сложный процесс балансировки

уступает по качеству цельным карбоновым моделям

По форме лопасти бывают:

  • Normal (N) — с заостренными концами. Уменьшают силу тяги, снижают расход энергии батареи;
  • Bullnose (BN) — закругленные края. Обладают большей площадью, создают больше тяги. За счет дополнительного веса на кончиках обеспечивают стабильность аппарату, увеличивают отзывчивость по рысканию — вращению вокруг вертикальной оси квадрокоптера. Минус — высокое энергопотребление, небольшая продолжительность полета;
  • Hybrid Bullnose (HBN) — среднее между BN и N.

Винты вращают электродвигатели, половина которых крутится по часовой стрелке (CW), а другая половина — против нее (CCW). Определить направление вращения можно по поднятой кромке лопасти, которая смотрит в сторону вращения.

Вращаясь, пропеллер разгоняет воздух вокруг себя, толкает его вниз, где создается более высокое давление, чем окружающая атмосфера. Разница давлений поднимает квадрокоптер вверх.

Пластиковые пропеллеры — самые распространенные и недорогие. Гибкие винты устойчивы к повреждениям, но часто возникают проблемы с их точной балансировкой, что вызывает нарушение в работе гироскопов и отражается на качестве отснятых камерой кадров. Углеродное волокно (карбон) считается лучшим материалом для пропов.

Карбоновые винты стоят не дешево, но это оправдано — прочные, жесткие лопасти не утяжеляют вес коптера, не теряют свою форму, их легко сбалансировать. Пластик, усиленный карбоновым волокном, по прочности сравним с карбоном, а по цене — с обычным пластиком.

Подключение экс

ЭКС может поставляться с уже припаянными коннекторами и без. В нем несколько проводов, контактов и коннекторов (с двух сторон), это все может слегка сбить с толку.

  • Питание: Для подачи питания есть 2 провода (толстый диаметр, традиционно красного и черного цвета). Эти провода обеспечивают подачу питания от распредплаты/жгута проводов к которым питание приходит от аккумулятора.
  • Коннекторы: на контроллере есть 3 коннектора, они нужны для соединения с 3-мя пулевидными коннекторами на бесколлекторном движке. Применяя коннекторы вы сможете, впоследствии, легко сменить контроллеры (без паяльника). Случается, что пулевидный коннектор не подходит, просто подберите подходящий. Сориентироваться какой из 3х проводов « » а какой «-» просто, приходящий от аккумулятора плюсовой провод, переходит в плюсовой ЭСК, так же с минусом.
  • 3-контактный серво-разъём с тонкими проводами: благодаря ему обеспечивается обработка сигнала от приемника. Один провод- сигнальный, второй – «-» (Минус), третий – « » (Плюс)

Правила установки винта на дрон

В комплект квадрокоптера входят детали для сборки, в том числе лопасти и защита. Как их установить? С защитой все предельно просто — найдите паз на луче дрона, вставьте в него рамку детали до упора.

Чтобы правильно установить пропеллеры на квадрокоптер, внимательно следите, какой винт куда ставить. На моторе есть обозначения направления вращения двигателя (буквы, метки). Такая же маркировка стоит и на лопастях. Эти маркировки должны совпадать.

Пример установки пропеллера на коптеры Syma, QS UAV:

  1. Устанавливаете винт на вал.
  2. Ставите пластмассовый фиксатор, совмещаете выемки.
  3. Придерживая лопасти, поворачиваете их до щелчка — с меткой А по часовой стрелке, с меткой Б — против часовой стрелки.
  4. Сверху ставите защитный колпачок (заглушку).

Чтобы снять пропеллер, снимите заглушку, поверните фиксатор против часовой стрелки и снимите его. Потяните вверх за винт и снимите его с вала.

Существенно облегчают установку быстросъемные адаптеры для пропеллеров. Переходник состоит из двух частей — одна крепится на мотор, другая — на винт. Пропеллер легко накручивается на двигатель правого или левого вращения и так же снимается. Такой вариант удобен для частой перевозки квадрокоптеров, например, на соревнования.

Винты, которые вы покупаете отдельно, идут в наборе по 2, 4, 6 штук. Есть лопасти с интегрированной гайкой прямого и обратного вращения для быстрой установки и съема, предотвращающей их откручивание в полете.

Если двигатель — просто штырь, без дополнительных элементов для сборки, вам понадобятся втулки-переходники, которые ставят на вал и затягивают болтами. Сверху поставьте пропеллер, закрепите его нейлоновыми стяжками или резиновым кольцом.

Еще один вариант крепления — цанговый зажим. Цангу поставьте на вал, затем — зажимную втулку с пропеллером и шайбой, зафиксируйте конструкцию коком (гайкой особой формы).

Принцип работы винтов

Немного терминологии:

  • длина винта — диаметр диска, образующегося при вращении пропеллера. Чем она больше, тем больше подъемная сила дрона, тем мощнее нужен мощнее мотор;
  • шаг — расстояние, пройденное винтом за один оборот (зависит от угла наклона лопастей), указывает на объем воздуха, попадающего под пропеллер за один оборот.

Размеры винтов, допустимые для установки, указаны в инструкции к двигателю (например 1045″ — диаметр 10 дюймов, 4,5 дюйма — шаг).

Лопасти расположены под определенным углом наклона, который влияет на сопротивляемость воздуху. Пропеллер с большим углом наклона поднимает копетр вверх за один оборот, но при этом сильно нагружает мотор. Для разгона и маневренности нужен менее энергозатратный угол наклона.

Уменьшая длину винта и увеличивая шаг, снижаем сопротивление воздуха и повышаем скорость подъема беспилотника. Если сделать наоборот, динамические характеристики дрона снижаются, но зато повышается его грузоподъемность, стабильность полета.

Пропы делают 2-5-ти лопастными. Чем их больше, тем стабильнее дрон держится в воздухе. Главный недостаток многолопастных пропеллеров — сложность балансировки.

Складывающиеся пропеллеры

Складные представляют из себя пропеллер, у которого центральная часть соединяется с поворотными лопастями. При вращении, центробежная сила выталкивает их наружу, это делает пропеллер жестким (ничем не отличается от не складного пропеллера). Стоимость таких винтов гораздо больше, это связано с маленьким спросом и большим кол-вом требуемых деталей.

Главное преимущество складывающихся винтов – компактность, а если ваша рама тоже складная, размеры дрона для транспортировки будет намного меньше полетных. Еще один плюс такого типа винтов – при краше вам не нужно менять весь винт, достаточно будет сменить сломавшуюся лопасть.

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Спецификация

Есть два типа обозначений.

LLPPxB

  • L- длинна
  • P- шаг
  • B- количество лопастей (для двух лопастей может не указываться)

Например, 5045×3 – длина 5 дюймов, шаг 4.5 дюйма, 3 лопасти.

Иногда приходится гадать. Тот же пропеллер может обозначаться 0545×3.

LxPxB

Например, 5×45х3 – длина 5 дюймов, шаг 4.5 дюйма, 3 лопасти.

Иногда в конце присутствует буква R или C. Она определяет направление вращения пропеллера.

  • R – по часовой стрелке
  • C – против часовой стрелки

Иногда в конце присутствует обозначение профиля лопасти. (подробнее смотри выше «виды лопастей»)

  • N – нормальная (заострённая)
  • BN – закруглённая
  • HBN – промежуточная

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.

schema
Основные маневры (слева направо): движение по прямой, крен/тангаж и рыскание

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.

PX4 — бортовой ком- пьютер с полноценной UNIX-системой
PX4 — бортовой компьютер с полноценной UNIX-системой

Третий вариант

  • Установи галочку в «указать параметры винта»
  • Введи диаметр винта и шаг винта
  • После нажатия на кнопку расчёт, программа рассчитает профили сечения винта (форма лопастей) на различных радиусах от центра. Результат ты получишь в окне просмотра, и в виде таблицы Date.html в каталоге программы.
  •  Кнопками со стрелками просматриваешь сечения на различных радиусах, а ползунком меняешь масштаб.

Как ты можешь заметить, подбор и корректировка пропеллеров, это важное и не самое простое занятие. Однако, настоятельно рекомендую уделить этому время. Даже в такой, на первый взгляд, неуклюжей корове, как квадрокоптер, есть место аэродинамике. К тому же это может сэкономить тебе очень много денег на моторах.

Конечно, всё вышесказанное достаточно ситуативно. К примеру, если ты собираешь маленький дрон, или просто хочешь попробовать, то пропеллеры можно использовать и самые дешёвые, и не отбалансированные.

Это вряд ли помешает твоему дрону взлететь, да и ты сразу поймёшь, что не так, и на что нужно впредь обращать больше внимания.

Так же крайне не рекомендую начинать с соосной компоновки, если ты не знаком с миром беспилотной авиации. Там есть куча нюансов, которые базируются на более глубоком понимании темы. Идеальным вариантом для начала будет четырёх лучевая, квадратная компоновка.

Ну и нужно понимать, что если ты не крутой инженер, с богатым набором закрытых САПР программ, то всё, что ты можешь рассчитать – мало тебе поможет.

Все эти вычислительные решения дают крайне ориентировочный результат. Так что я рекомендую тебе побольше экспериментировать, хотя помощью софта пренебрегать тоже не стоит. Пробуй, учи матчасть, когда-нибудь получится очень круто!

Уф… Я старался, клавиатуру до стола стёр, выпил ведро кофе. За это ты можешь наградить меня, и поделиться этой статьёй, при помощи кнопок внизу. А если хочешь почаще узнавать что-то новое и полезное, то подписывайся на нас в социальных сетях. Удачи, пилот!

Управление

Немного про радиоаппаратуру. Сейчас практически все передатчики для летающих моделей работают на частоте 2,4 ГГц. Они достаточно дальнобойные, и этот частотный диапазон не так зашумлен, как, например, 900 МГц. Для полета вообще-то достаточно четырех каналов: газ, рыскание, тангаж, крен. Ну а восьми каналов точно хватит и на что-нибудь еще.

Комплект обычно состоит из самого пульта и приемника. На приемнике находятся ручки управления и дополнительные кнопки. Обычно выбирают аппаратуру Mode2, когда левый стик управляет газом и поворотом, а правый — наклонами коптера. Все ручки, кроме газа, подпружинены и возвращаются в начальное положение при отпускании.

Также стоит обращать внимание на количество каналов. Для беспилотника потребуется четыре канала управления и один канал для переключения режимов полета, кроме того, могут потребоваться дополнительные каналы для управления камерой, для настройки или для особых режимов полетного контроллера. При выборе пульта стоит также учитывать возможность смены радиомодуля, чтобы в будущем его можно было легко обновить.

Шаг. эффективность. тяга

От плотности воздуха/числа оборотов винта/шага/диаметра винта/площади лопастей зависит тяга. Угол атаки напрямую влияет на эффективность работы винта, его определяют по след. формуле: шаг лопости – угол спирали. Эффективность – это связь между выходной и входной мощностью.

Установка винтов на квадрокоптер - что важно знать

Если винты хорошо спроектированы, ваш коэффициент полезного действия будет больше 80% Угол атаки зависит от относительной скорости, посему при разных скоростях двигателей, эффективность пропеллеров будет меняться.

Так же на эффективность влияют края лопастей и несущих винтов, они должны быть максимально гладкими.

Конечно конструкция с переменным шагом была бы идеальной, но это создает дополнительную сложность, поэтому они практически никогда не используются.

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий