Как выбрать пропеллеры для квадрокоптера


обзор и расчет основных параметров

Если ты собрался собирать свой квадрокоптер, то тебе нужно в первую очередь знать о том, как заставить «это» взлететь. Здесь есть два важных параметра – пропеллеры, и двигатели. Пропеллеры для квадрокоптера могут быть самыми разными, и каждый несёт в себе совой смысл. Сегодня я объясню тебе основные понятия и принципы, чтобы ты знал, как подобрать пропеллеры для своей модели. Располагайся, заваривай пельмешки, будет долго, и немного больно. Но тебе понравится.

Сразу оговорюсь, что в любом проектировании бывает достаточно много НО. Всё, что я скажу далее, это стартовые знания. Не бойся включать голову и задавать вопросы. Нет такой информации, которую нельзя найти в гугле, или спросить на форуме. Главное- умение ей пользоваться. Поехали!

Основные понятия

  • «В идеальном мире» — чисто теоретическое понятие, не берущее в расчёт побочные факторы
  • Параметр «длинна», это и есть длинна пропеллера. Если точнее, то диаметр окружности, описываемой лопастями
  • Параметр «шаг» можно сравнить с шагом резьбы. Это то расстояние, которое может пройти винт за один оборот (по аналогии с шурупом в дереве) . Чем больше угол атаки лопасти, тем больше это расстояние.
    «Угол атаки», это Угол наклона лопасти, относительно горизонтальной плоскости
  • «Тяга», это сила, которая создаётся винтом. Она компенсируется остальными силами реакции (сопротивление воздуха, гравитация). Из этого следует, что пока тяга больше сопротивления – коптер будет разгоняться в направлении, противоположном вектору тяги.

Основные параметры

Количество

Количество лопастей винта влияет на подъёмную силу, стабильность и отзывчивость коптера (в идеальном мире). Чем больше лопостей, тем эти параметры лучше. На самом деле, многолопастные пропеллеры (2+) ставятся только на мелкие дроны. Это происходит из за дороговизны изготовления и сложности балансировки. В большом размере отбалансировать 4 лопасти очень дорого.

Чем их больше, тем стабильнее БПЛА. Малое количество негативно сказывается на управляемости.

Виды лопастей

  1. Normal (N) – Имеют заострённые на концах лезвия. Это уменьшает тягу, но и снижает расход энергии аккумулятора
  2. Bullnose (BN) – Бычий нос (Закруглённые). При равном с нормальными диаметре, имеют большую тягу и площадь. За счёт тяжести ведут себя более стабильно, и увеличивают отзывчивость дрона по рысканью. Сильно повышают расход энергии акб.
  3. Hybrid Bullnose (HBN) – промежуточный вариант. Имеют как и преимущества, так и недостатки предыдущих.

Направление вращения

Для электродвигателей есть два направления вращения. CW – вращение вала по часовой стрелке, CCW – вращение вала против часовой стрелки. Направления нужно или чередовать (так как каждый пропеллер создаёт реакционную силу, которая стремится развернуть то, к чему он прикреплён, в направлении вращения), или размещать соосно на одном луче (тогда реакционная сила одного компенсирует оную у второго. Это более сложная компоновка. Используется, к примеру, на вертолёте «чёрная акула»).

На направление вращения самого пропеллера указывает поднятая кромка. Она смотрит в сторону вращения.

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. На самом деле, любой, даже небольшой дефект лопасти, скорее всего, будет фатален. Там уже не важно, расколется она, или просто помнётся. Всё равно ты её меняешь.

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.

Вес

От веса зависит отзывчивость дрона по оси рысканья. Однако, с этим надо быть аккуратным, ибо также увеличивается нагрузка на мотор квадрокоптера.

Эластичность

Эластичность пропеллера улучшает устойчивость оного к перегрузкам и механическому воздействию (не путать с мягкостью).

Качество

Как правило, чем дороже, тем качественнее. Тут может быть много параметров. Основной, это балансировка. Качественный пропеллер балансировать не придётся. Так же важным моментом является качество материала.

Пластик может быть упругим и эластичным, а может быть мягким и НЕ эластичным. С этим нужно быть внимательным. Не смотря на кажущуюся простоту, от качества лопастей напрямую зависят лётные качества коптера.

Спецификация

Есть два типа обозначений.

LLPPxB

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

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

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

LxPxB

Например, 5×45х3 – длинна 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

Методы крепления и крепежи

Пропсейвер – Хороший вариант для проведения эксперементов, когда надо часто снимать и надевать пропеллер. Выглядит как втулка, которая притягивается к валу двигателя двумя винтами. Сам пропеллер надевается сверху, и притягивается резинками к выступающим винтам. Далеко не полетит, но можно побаловаться.

Цанговое крепление – рабочий вариант. На вал насаживается цанга (та, что с прорезями), потом зажимная втулка, пропеллер и шайба. Крепление надёжное и идеальное для полётов.

Outranner – Это не крепление, это разновидность бесколлекторного мотора, в котором ротор (вращающаяся часть) находится снаружи. На их верхней поверхности обычно находится несколько резьбовых отверстий, в которые крепится переходник (коих несметное количество).

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
  • Скотч\суперклей (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!

Калькулятор Ecalc

Крайне удобный калькулятор, которые находится на официальном сайте Ecalc. В нём ты сможешь задать те запчасти, которые будешь использовать для своего проекта, а он выдаст тебе (очень) примерную модель поведения коптера.

Давай рассмотрим его поближе, так как он тебе точно пригодится.

Основное

  • Тут ты выставляешь основные параметры своей сборки
  • Полный вес модели можно указывать «без ВМГ» (винтомоторная группа = пропеллеры и моторы). При выборе пропеллеров и моторов калькулятор сам учтёт их вес
  • Количество винтов – соосные винты, это два винта расположенных друг над другом, а одноосные это один винт на одном луче коптера. Для простоты, в нижнем правом углу, калькулятор рисует тебе конфигурацию
  • Размеры рамы- По диагонали, от одного конца луча, до другого
  • На остальное пока можешь забить. Оно уже стоит по стандарту. Высота, температура и давление может пригодится для расчёта полётных характеристик для разных высот

Аккумулятор

  • Из списка выбираешь нужный, или максимально похожий аккумулятор, и состояние заряда «номинал»
  • В поле «P» пишешь количество параллельно соеденённых аккумуляторов (если нужно)

Регулятор

  • Из списка выбираешь свой регулятор скорости
  • В навесном оборудовании пишешь суммарное потребление и вес всей той фигни, что ты хочешь повесить на свой дрон. Камера, диоды, сервоприводы, мелкокалиберные орудия. Если ты уже указал их вес в основном весе модели, то поле вес оставляешь с нулём

Мотор

Выбираешь производителя мотора из списка, и проверяешь по параметрам. Если похоже, то всё нормально, если нет, то продолжаешь «Охлаждение»

Пропеллер

  • Выбираешь тип пропеллера из списка. Угол кручения (угол атаки), диаметр винта и его шаг ты узнаешь из спецификации
  • Передаточное число используешь, если твой пропеллер присоединён к мотору через редуктор

Всё, можно нажимать «рассчитать», и наслаждаться результатами с 15% погрешностью. Я не зря сказал о погрешности. Все эти расчёты годятся только для того, чтоб прикинуть – полетит, или нет. Более точной информации ты не получишь.

Если в списках нет нужной позиции, то можно воспользоваться строкой Custom, и ввести всё самостоятельно.

RashVinta

Программа для расчёта параметров пропеллера для летательного аппарата.

Она может работать с тремя наборами исходных данных.

  1. Мощность двигателя + диаметр винта, который вам нужен
  2. Мощность двигателя + частота вращения
  3. Диаметр винта + шаг

В первом варианте

  • Галочку на «расчёт по диаметру винта»
  • Вводите нужный диаметр в см
  • Вводите мощность двигателя в лошадиных силах, подсмотренную в параметрах двигателя (чтоб получить лошадей из кВт используй формулу кВт*1.36)
  • Вводи максимальную скорость, которую позволит развить твой винт
  • Введи среднюю скорость в поле «Скорость расчётная»
  • Нажми кнопку расчёт

В результате ты увидешь необходимый шаг винта и частоту вращения.

Во втором варианте

  • Убери все галочки
  • Введи мощность двигателя
  • Введи частоту вращения винта (двигателя, если нет редуктора)
  • Введи максимальную и среднюю скорости

На выходе ты получаешь диаметр винта в сантиметрах и шаг винта.

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!

drongeek.ru

Пропеллеры для квадрокоптера: виды, использование и как выбрать - Все о квадрокоптерах

Пропеллеры для квадрокоптера, они же винты для квадрокоптера

Пропеллеры для квадрокоптера в среде опытных пилотов называют коротко — «пропы».

Для чего нужны пропеллеры? Для того, чтобы создать подъемную силу с помощью двигателя. Как правило, пропеллеры подбираются по 3 критериям:

  • для какого стиля полетов
  • для какой рамы
  • для каких двигателей

Для какого стиля полетов

Здесь всего 2 типа — это гонки и съемка. Для съёмочного дрона как правило нужны большие и широкие пропеллеры, им не нужна большая скорость вращения и резкий разгон.

Для гонок нужны небольшие и тонкие пропеллеры, чтобы была возможность быстрого ускорения вращения и само вращение.

Для какой рамы

Обычно, в названии пропеллеров пишут для какой рамы пропы, например, для 250 рамы, это значит, что они подходят для рамы размером 250 миллиметров, но для 220 тоже подойдут.

Для каких двигателей

Для слабого двигателя не подходят огромные и широкие пропеллеры, он их не сможет быстро разгонять и поддерживать вращение, в итоге будет перегреваться под большой нагрузкой и сгорит. Например, если у вас двигатели 2205 2300KV, то вам подойдут пропы 5045. Но такие двигатели ставят на миникоптеры с рамами 210-250мм, а эти цифры уже можно найти и в самом названии пропеллеров. В общем все взаимосвязанно.

Прежде, чем устанавливать пропеллеры на квадрокоптер, вам нужно узнать, в правильную ли сторону будут крутиться моторы. Большинство квадрокоптеров летает на конфигурации Multiwii, выглядит она вот так:

Красная стрелка — это направление, куда будет лететь квадрокоптер, т.е. вперед. Синие стрелки — направление вращения пропеллеров. Можно легко запомнить в какую сторону какой двигатель крутится: два передних мотора крутятся в сторону камеры, а два задних мотора крутятся от камеры.

Какие бывают пропеллеры

Пропеллеры бывают:

  • 2-х лопастные
  • 3-х лопастные
  • 4-х лопастные
  • 5-ти лопастные

На более менее серьезных и гоночных используются как правило 2-х и 3-х лопастные пропы. Выглядят они так:

Какие именно — 2 или 3-лопастные — это уже индивидуальный выбор каждого после полетов. Лично я долгое время летал на 3-лопастных. Пробовал 2-лопастные, но ощущение, как будто они не выдают нужную тягу, хотя по размерам были как и 3-лопастные, квадрик как-будто пробуксовывал перед разгоном. А вот на тройных такого я не наблюдал.

Но есть вариант, что я ошибся с выбором 2-х лопастных и у них был малый угол наклона.

И действительно, я набрался опыта и подобрал более дорогие и хорошие пропеллеры, причем 2-лопастные! Как оказалось, первые двухлопастные пропеллеры у меня были слишком мягкие и некачественные. Купил я пропеллеры с маркировкой 5045, вот такие:

Как видите, они довольно прочно выглядят, что так и есть.

Купить пропеллеры 5045 можно у этого продавца на али: https://goo.gl/x6Fs93

Чуть не забыл, у пропеллеров также пишут (не все, конечно) угол наклона лопастей, в дюймах. Его считают так: расстояние, которое пройдет пропеллер за один проворот в твердом веществе.

Чем больше будет это число, тем меньше нужно будет двигателю энергии для поддержания дрона на одной высоте, но больше энергии для разгона, а чем они меньше, тем он будет маневреннее, но двигатели должны будут крутиться быстрее. В общем, второй вариант это для гоночных дронов.

Мое мнение, сначала учитесь летать на 3-х лопастных, ведь не зря производители ставят на готовые наборы именно такие пропеллеры, а уже когда научитесь, пробуйте 2-лопастные. Трешки по ощущениям стабильнее держат квадрокоптер.

Не скупитесь на покупку пропов, если вы новичок и собираете гоночный дрон, то будете 100% падать и ломать пропеллеры, да и потом тоже, когда будете опытными, поэтому купите сразу пакет, там будет штук 10-12, например вот такой набор 3-х лопастных пропеллеров.

Какие пропеллеры можно безопасно использовать на квадрокоптере

Речь пойдет не о том, безопасно ли их будет использовать для вас, а безопасно ли их использовать для ваших компонентов квадрокоптера. Есть два главных фактора:

  • сколько тока может отдать аккумулятор,
  • сколько тока мо

profpv.ru

Как выбрать пропеллеры и двигатель: важные параметры

26.06.2017

При выборе, проектировании и сборке квадрокоптера очень важно правильно просчитать то, какие детали вам будут необходимы для достижения определенных характеристик. Зачастую бывает непонятно, как выбрать двигатель для квадрокоптера, а также подобрать подходящие ему пропеллеры. Что необходимо учесть приобретая двигатели и набор пропеллеров, которые найдут свое место на квадрокоптере, расскажем в этой статье.


Двигатели для квадрокоптеров могут иметь совершенно разные размеры, цвета и внешний вид. Но есть одна деталь, которая объединяет все моторы для беспилотников - это цилиндрическая форма, обусловленная спецификой корпуса квадрокоптера. Кроме того, большинство современных двигателей, которые призваны вращать пропеллеры коптеров, являются бесколлекторными (бесщеточными) - в их конструкции есть магниты и обмотки, но щетки, передающие ток от контактов двигателей к обмоткам, отсутствуют. В данном случае напряжение на обмотки подается с определенной частотой - в отличие от обычных моторов для постоянного тока. К слову, такому мотору по силам более быстрое вращение пропеллера, а энергетические потери сведены к минимуму вследствие отсутствия щеток.


Бесколлекторные двигатели имеют три основные характеристики, которые обуславливают выбор той или иной модели. В первую очередь, это потребляемый ток, который измеряется в амперах (А). Объем потребляемого тока напрямую зависит от мощности мотора - более высокая мощность означает большее потребление при одинаковом напряжении питания. Подъемная сила мотора зависит от силы тока, на которую также влияет нагрузка, создаваемая пропеллерами.

Вторая характеристика - это так называемый KV-rating. Этот показатель характеризует, сколько оборотов будет совершать электромотор при определенном напряжении. Суть KV-rating можно сравнить с мощностью автомобиля, измеряемой в лошадиных силах, равно как и объяснить принцип данного показателя. Для примера возьмем аналогию со спортивным автомобилем. Мощный мотор такой машины способен обеспечить быстрый разгон и высокую максимальную скорость. Но что произойдет, если попробовать сдвинуть несколько тонн груза на таком автомобиле? Ничего особенного - груз не сдвинется с места, а вся мощность мотора уйдет в пробуксовку. С другой стороны, трактор, обладающий малой мощностью, но высоким крутящим моментом и большими колесами, легко справится с такой задачей. Если вернуться в мир квадрокоптеров, то моторы с высоким KV идеально подойдут для быстрого вращения маленьких пропеллеров, в то время, как моторы с низким KV будут легко вращать большие пропеллеры на больших дронах с высокой грузоподъемностью.

Если говорить о конкретных значениях показателя KV, то для легких гоночных дронов он составляет в среднем 2000-2500, а у коптеров, способных поднимать нелегкие грузы, KV обычно варьируется в пределах 200-900.

Наконец, третьим немаловажным параметром электродвигателей является подъемная сила. Удобной величиной для измерения подъемной силы является килограмм. Так, к примеру, при использовании четырех моторов с подъемной силой в один килограмм общая подъемная сила коптера составит четыре килограмма - именно такой вес способны поднять в воздух такие моторы, включая свой собственный. При этом, не забывайте о необходимом для маневрирования и других задач резерве мощности.


Однако, сам по себе мотор не способен создавать пресловутую подъемную силу. Для этого необходим набор пропеллеров, к подбору которого можно переходить после того, как вы выбрали моторы для коптера. Один из основных параметров, на которые стоит обратить внимание - это длина лопасти, которая также зависит от задач, которые вы ставите перед аппаратом. Пропеллер для гоночных моделей обладает длиной в 5-6 дюймов, а для пропеллеров тяжелых дронов характерна длина в 15-17 дюймов. Использование больших винтов для скоростных аппаратов неоправданно вследствие высоких нагрузок на мотор и прочие детали при его раскручивании до высоких оборотов.

Угол наклона лопастей пропеллеров влияет на их сопротивляемость воздуху. Пропеллер с большим углом наклона способен поднять коптер на большее расстояние за один оборот, но создает более высокую нагрузку на мотор. Кроме того, не забывайте о направлении вращения винтов - по часовой стрелке или против.


Таким образом, к подбору моторов и винтов для коптера необходимо исходить из цели его использования и необходимой подъемной силы.


digbox.ru

Лучшие HQ пропеллеры для квадрокоптера - Все о квадрокоптерах

Спасибо HQ Props, что прислали мне целую коробку пропеллеров, поэтому я смог потестить несколько лучших пропеллеров для мини квадрокоптеров. Мне потребуется время, чтобы опробовать все HQ пропеллеры, но я хочу тщательно протестировать их и подробно описать и рассказать какие пропеллеры мне нравятся больше всего и почему.

Перевод: https://oscarliang.com

Понятие «лучший пропеллер» — слишком индивидуальное понятие и сильно зависит от ваших предпочтений и стиля полетов, поэтому после прочтения статьи вы можете опираться на полученные знания, но выбор все равно за вами.

Квадрокоптер для тестирования

Я собираюсь тестировать эти пропеллеры на моем 5-дюймовом мини квадрокоптере:

Вес без аккумулятора составляет около 320 грамм. В качестве аккумулятора — LiPo 4S 1500mAh.

 

В чем разница между Cyclone и HQ?

Последние 3 года я использовал пропеллеры Cyclone 5045×3. Они доступные по цене, «пробивные» и достаточно прочные. Купил я 30 комплектов и этого хватило мне на год. Производительность и тяга у них хорошая, особенно, когда привыкните к их характеристикам.

Тем не менее, если сравнить их с HQ, то разница в производительности будет видна.

Прежде всего, HQ пропеллеры — это одни из самых легких пропеллеров с тонкими лопастями. Например, 5×4.3×3 легче на 1.7 грамм, чем Cyclone 5×4.5×3 — разница составляет почти 7 грамм на 4 пропеллера! Вам покажется, что это мало, но в воздухе решает каждый грамм.

Более легкие пропеллеры обеспечивают более быстрое изменение оборотов — двигатель быстрее развивает обороты или наоборот, тормозит. Поэтому, на таких пропеллерах дрон «чувствует» себя лучше и отзывчивее, чем на тяжелых пропах.

Но чем меньше «мяса» в пропеллерах, тем они более гибкие и более подвержены поломке при крашах.

Другим преимуществом малого веса пропеллеров будет то, что такие могут работать на большом диапазоне двигателей по рейтингу KV. Для тяжелых пропеллеров нужны двигатели с бОльшим крутящим моментом.

 

HQ 5×4.3×3 V1S

 

HQ пропеллеры 5×4.3×3 — одни из самых плавных в работе. Хоть им и не хватает прочности, мне они все равно нравятся.

Также нравится реакция на газ — она более плавная, чем с Циклонами, но у HQ нет «хватки», как у Cyclone, они как бы немного свободно себя ведут и в экстренных ситуациях, когда вы даете максимальный газ, они как бы проскальзывают. Некоторым это нравится

Мое мнение, что эти пропеллеры подходят для большинства двигателей, так как они одни из самых легких по весу и относительно низким шагом (подробнее об этом читайте в статье о пропеллерах в начале статьи). Отличный вариант, если вы ищите эффективность.

 

HQ 5×4.8×3 и 5x5x3

Cyclone 5×4.8×3 и 5x5x3:

readymaderc.com — к сожалению, на привычных площадках эти пропеллеры не продаются.

Как насчет увеличения «пробивной» силы и хватки? Для этого я опробовал пропеллеры 5×4.8×3 и 5x5x3, но только на паре аккумуляторов и сразу понял, что это они не для меня. Эти две версии по ощущениям одинаковые, они очень резкие, но теряют линейность при изменении газа, такого нет у 5×4.3. В пример могу сказать это: когда вы пытаетесь пролететь по узкому месту и даете чуть-чуть газа, то дрон аж прыгает.

Возможно потребуется время для привыкания к тонкому контролю,а так, вполне хорошие пропеллеры.

 

HQ 5.1 дюйма

HQ пропеллеры недавно выпустили новую серию пропеллеров 5.1 дюйма: 5.1×3.1×3, 5.1×4.1×3, 5.1×4.6×3, 5.1×5.1×3. Их диаметр всего на 0.1 дюйма больше, чем стандартные 5 дюймов, но даже это уже заметно.

Пока что мои любимые пропеллеры: HQ 5.1×4.1×3. Отклик на газ очень равномерный, позволяющий легко управлять уровнем газа. Например, если будете лететь между деревьев, то дрон не будет «прыгать» при малейшем изменении газа, как это бывает на 5 дюймовых, например, 5x5x3.

Они примерно на грамм тяжелее, чем 5×4.3×3 — 4.8 грамм на каждый пропеллер. Отзывчивость и хватка отличные, квадрокоптер резво реагирует на команды. Чувствует полная взаимосвязь с командами.

Недостатком вижу только размер пропеллеров. Возможно, вы не сможете использовать их на рамах, где максимальный размер пропеллеров 5 дюймов и 5.1 уже будут задевать стойки рамы.

Возможно, эти пропеллеры не для гонок, но для фристайла и свободных полетов — идеальны.

У HQ есть у другие варианты размеров, например, 5×4.1×3:

Другие HQ 5.1 дюймовые пропеллеры:

 

Нужно ли балансировать пропеллеры?

Я считаю, что балансировать пропеллеры менее 7-дюймов — не нужно. 5-дюймовые пропеллеры отлично сбалансированы уже из коробки.

 

Продолжение?

У меня еще есть 3 или 4 комплекта пропеллеров от HQ, которые я еще здесь не описал, позже обновлю эту статью. Также есть и новые пропеллеры от Cyclone.

Если вы нашли ошибку или ссылку, которая не работает, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

profpv.ru

Как выбрать моторы для квадрокоптера или гоночного дрона?

В этом руководстве вы найдете основную информацию о видах моторов для коптеров, особенностях их конструкции; описание всего того, что влияет на летные характеристики и эффективность. Это поможет вам выбрать оптимальные моторы для следующего коптера.

Оригинал: How to choose Motor for Racing Drone & Quadcopter

Содержание

Ищите моторы? С чего начать?

Не важно какого размера будет у вас коптер, перед выбором моторов нужно определиться с рамой и знать примерный вес коптера. Однако, если вы планируете собирать 5″ коптер, тогда можете смело переходить к разделу «размер мотора«.

Если вы новичок, тогда рекомендую начать со статьи про то, что такое FPV гонки.

Есть два вида моторов: коллекторные и бесколлекторные. Как правило бесколлекторные используются на более крупных моделях, а коллекторные только на очень мелких. Позже я опубликую статью с более подробным описанием их отличий.

Размер рамы и вес

Общий вес коптера — это вес всех комплектующих, которые планируется поставить на модель: рама, полётные контроллер (ПК), плата распределения питания (PDB), приёмник, видеопередатчик, антенна, моторы, пропеллеры, регуляторы скорости, LiPo аккумулятор, дополнительная нагрузка типа GoPro и т.д.

Скорее всего вы не получите точный вес, лучше его переоценить и иметь запас по мощности, чем недооценить и получить нелетающий коптер. Не забудьте добавить 10-20 грамм для учета веса проводов, пищалки, нейлоновых стяжек и т.д.

Зная размер рамы, мы получаем максимально допустимый диаметр пропеллеров. Как только вы узнаете вес коптера, то сможете оценить необходимую тягу, и комбинацию мотор-проп (винтомоторная группа).

Дополнительная информация: как выбрать пропеллер для коптера (англ).

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. Если вы хотите заняться гонками, то ограничений на это соотношение нет 🙂 выбирайте на столько большое значение, на сколько вам будет удобно управлять!

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.

Высокий или широкий статор?

У более высокого статора больше «площадь поверхности» (обращенной к магнитам) следовательно через него проходит «больше» магнитных полей. Большая площадь также способствует хорошему охлаждению. Высокие моторы дают большую мощность и имеют высокие обороты.

Чем больше диаметр статора, тем больший объем железа и меди в нём, в результате мы получаем мотор с большим крутящим моментом, а также более эффективный мотор.

KV

«KV» — это количество оборотов в минуту (RPM) на единицу напряжения (более правильное определение KV, англ).

Это очень важный параметр бесколлекторных моторов, он показывает на сколько увеличатся обороты мотора (RPM) при увеличении напряжения на 1 вольт, при отсутствии нагрузки на валу (без пропа). Например, если подключить мотор 2300 KV к аккумулятору 3S LiPo (12,6 вольт), тогда без пропеллера он будет вращаться со скоростью 28980 оборотов в минуту (2300 * 12,6). Обычно это примерное значение, указываемое производителем.

Как только вы поставите пропеллер, обороты снизятся из-за сопротивления воздуха. Моторы с более высоким KV будут стараться раскрутить проп быстрее, но могут потреблять большой ток. Именно поэтому мы обычно ставим большие пропы на моторы с небольшим KV, а мелкие и легкие пропы отлично подходят для моторов с высоким значением KV.

Значение KV определяется числом витков обмоток статора. Обычно увеличение числа витков уменьшает KV мотора, а уменьшение числа витков — увеличивает KV.

Сила магнитов тоже влияет на KV, чем они сильнее, тем больше KV

Если установить очень большой пропеллер на мотор с большим KV, тогда он попробует раскручивать его также быстро, как будто это маленький проп, но для этого требуется гораздо большее усилие. А чтобы получить требуемое усилие, мотор начнет потреблять гораздо больший ток, а следовательно выделять больше тепла. Что ведет к его перегреву, и может повредить мотор. При перегреве мотора изоляция в обмотках сгорает и получается короткое замыкание.

Общее правило: чем тяжелее коптер, тем ниже KV его моторов, на мелких коптерах обычно используются моторы с очень большим KV

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 противном случае коптер ощущается более плавным. Выбор зависит от вашего стиля, личных предпочтений, высокий крутящий момент — это не всегда хорошо.

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.

Схема крепления

Обычные схемы крепления (расстояние между отверстиями) моторов 22xx, 23xx и 24xx: 16 х 16 мм или 16 х 19 мм. Большинство рам для 5″ коптеров рассчитано именно на это.

N и P в «формуле» мотора (полюса и магниты)

Вы, наверное, уже видели в описаниях моторов значения типа «12N14P». Число перед «N» (12) означает количество электромагнитов в статоре, а «14P» — количество постоянных магнитов в роторе (в колоколе).

У разных типоразмеров моторов разное числю полюсов, например, моторы типа 22XX и 23XX обычно имеют 12 полюсов (12N) и 14 магнитов (14P).

Количество полюсов определяет расстояние между ними, если их мало, тогда в статоре поместится больше железа, поэтому мощность будет выше. Если мы увеличим количество полюсов, тогда магнитное поле будет более равномерным, и, следовательно, мотор будет вращаться более плавно, т.к. управление будет более точным.

  • Больше полюсов — плавность
  • Меньше полюсов — выше мощность

Количество полюсов всегда кратно трем, т.к. по сути, это 3х-фазный мотор и имеет 3 провода, поэтому число будет 9, 12, 15, 18 и т.д. Число полюсов сложно изменить и при выборе двигателя для коптера на это можно не обращать внимание.

Обмотка

Число витков в обмотках статора влияет на то, какой максимальный ток будет потреблять мотор, а толщина провода определяет максимально допустимый ток, который не вызовет перегрев мотора.

Меньше витков = меньше сопротивление = выше kv. Недостаток — магнитное поле статора будет слабее, а усилие на валу — меньше.

Все происходит наоборот при увеличении числа витков. Чем больше витков, тем сильнее магнитное поле статора и больше усилие. Но из-за более длинных проводов увеличивается сопротивление и KV мотора уменьшается.

Чтобы получить большую мощность моторов, производители часто увеличивают число полюсов и при этом используют более толстый провод. Благодаря этому сопротивление обмоток уменьшается, а мощность увеличивается (не жертвуя при этом эффективностью и крутящим моментом). Такой мотор без перегрева может потреблять довольно большой ток.

Однако более толстый провод и увеличение числа обмоток приводят к увеличению массы мотора, а обмотки занимают больше места, что требует увеличения статора. Поэтому и появляются всё более крупные моторы, и по вышеуказанным причинам они мощнее.

Одножильные и многожильные обмотки

Одножильная обмотка делается толстым проводом и способна хорошо рассеивать тепло, больше подходит для моторов с большим напряжением питания, типа 5S или 6S. Но, из-за значительных пустот между толстыми витками, плотность обмотки довольно низкая.

Для замены одного толстого провода, в многожильной намотке обычно используют по три более тонких. Т.к. провода тоньше, то теплоотвод хуже, и физически их легче повредить.

Обычно у моторов с многожильной намоткой характеристики лучше, чем с одножильной, это связано с тем, что такая намотка получается плотнее, что дает более сильное магнитное поле (т.е. получается более мощный и эффективный мотор).

Замечу, что ещё очень важна аккуратность намотки, не только в эстетическом плане, но и в электромагнитном. Если провод уложен как попало, есть куча пересечений, тогда провода не будут перпендикулярны статору и магнитное поле будет менее эффективным.

Подшипники

О подшипниках обычно мало говорят, это связано с тем, что про них мало что известно, но я думаю, что должен дать кое-какую базовую информацию.

Размер подшипника это не внешний или внутренний диаметр, это разница между ними. Чем он шире, тем больше шариков помещается. Более крупные шарики прочнее, а значит надежнее в случае аварии. Если шарики меньше, тогда вращение будет более плавным на больших оборотах.

Возможно, вы слышали, что в некоторых моторах используют «керамические подшипники»? В них ставятся керамические шарики, а не металлические; такие подшипники более плавные, но и более хрупкие.

Диаметр отверстия в подшипнике (внутренний диаметр) определяется диаметром вала двигателя.

Какого размера нужен мотор?

Выбирать комплектующие для коптера можно в таком порядке: размер рамы, размер пропов, размер мотора.

Зная размер рамы, мы можем оценить требуемые размеры моторов. Рама ограничивает нас макс. допустимым диаметром пропов, а от характеристик пропеллера зависят характеристики моторов (чтобы эффективность их работы была максимальной), именно тут мы и определяемся с KV моторов.

Также необходимо убедиться, что у моторов достаточная мощность для вращения выбранных пропов, тут уже играет важную роль размер статора. Обычно чем больше статор, и выше KV, тем больший ток потребляет мотор.

В таблице вы найдёте общие рекомендации, это не жесткие правила, одни используют более оборотистые моторы, чем указано; другие, наоборот, менее оборотистые.

Данные предполагают, что на квадрике будет стоять 4S LiPo аккумулятор, а размер рамы — это расстояние между диагонально расположенными моторами (подробнее про рамы читайте тут).

Размер рамы Диаметр пропеллера Размер мотора KV
150 или меньше 3″ или меньше 1105 -1306 или меньше 3000KV или больше
180 мм 4″ 1806 2600KV – 3000KV
210 мм 5″ 2204-2208, 2306 2300KV-2600KV
250 мм 6″ 2204-2208, 2306 2000KV-2300KV
350 мм 7″ 2208 1600KV
450 мм 8″, 9″, 10″ или крупнее 2212 или больше 1000KV и ниже

Напряжение и потребляемый ток

Важно понять, что напряжение питания тоже влияет на выбор моторов и винтов. При увеличении напряжения мотор будет пытаться вращать винт быстрее, и поэтому будет потреблять большой ток. Убедитесь, что знаете, какой будет потребляемый ток и какая получится тяга.

После того, как вы определите макс. потребляемый ток, пора переходить к выбору регуляторов скорости.

Основные факторы влияющие на летные характеристики

Определившись с размером мотора, вы увидите, что подходящих моделей очень много. Чтобы выбрать наилучший вариант, нужно учесть несколько моментов:

  • Тяга
  • Эффективность и потребляемый ток
  • Вес

Выбор того или иного мотора очень сильно зависит от целей применения коптера, стиля полета и желаемого поведения.

Тяга

Пожалуй, это первое, на что обращают внимание при выборе мотора.

Чем выше тяга, тем больше будет ускорение, но при этом может заметно увеличиться потребляемый ток или упасть энергоэффективность. Не перенагружайте аккумуляторы сильно жрущими винтомоторными группами.

Если коптер потребляет очень большой ток при максимальном газе, тогда у аккумулятора должен быть соответствующий допустимый разрядный ток (англ). Не забывайте и про емкость аккумулятора, она должна быть достаточной чтобы летать продолжительное время.

Тяга — важный, но не единственный критерий выбора мотора.

Вес мотора

При выборе мотора часто упускают из вида его вес, хотя это очень важный критерий для фристайла и дронрейсинга.

Поскольку моторы расположены по углам рамы, их вес заметно влияет на отзывчивость управления коптером. Более тяжелые моторы увеличивают угловой момент инерции коптера, т.е. чтобы поменять положение коптера потребуется большее усилие.

На практике это означает, что при выполнении флипов и ролов требуется время чтобы коптер набрал необходимую скорость вращения, а затем время, чтобы снизить эту скорость. Более тяжелые моторы требуют больше времени на изменение скорости. Поэтому коптер с тяжелыми моторами будет менее отзывчивым.

Эффективность и потребляемый ток

Эффективность мотора обычно вычисляется делением тяги (при 100% газе) на потребляемую мощность и измеряется в граммах на ватт (г/Вт). Чем больше число, тем эффективнее мотор.

При выборе мотора нужно смотреть на его эффективность во всем диапазоне мощностей, не только на максимуме. Некоторые моторы лучше всего работают при небольшом газе, и могут терять эффективность при его увеличении.

Ещё один способ оценки эффективности — «грамм на ампер» (тяга/ток).

Обычно, чем больше тяга, тем больше потребляемый ток, поэтому нужно отдавать предпочтение моторам с макс. тягой при минимальном токе. Неэффективные моторы либо дают небольшую тягу, либо потребляют очень много.

Эффективность зависит и от винтов, главное найти компромисс между тягой и эффективностью.

Прочие факторы влияющие на летные характеристики

Производители не указывают многие характеристики, но их можно найти, почитав обзоры и тесты.

  • Крутящий момент
  • Время реакции
  • Температура
  • Уровень вибраций и качество балансировки

Крутящий момент

Это сила, которая вращает пропеллер, она определяет скорость, с которой мотор может изменить обороты (RPM). Другими словами, на сколько просто мотору проворачивать массу ротора, винта и, что более важно, воздуха.

Крутящий момент влияет на характеристики коптера, особенно на точность и отзывчивость управления. У мотора с большим крутящим моментом более быстрая реакция, т.к. он может быстрее поменять скорость вращения (RPM). Возможно даже будет меньше проявляться пропвош (propwash — тряска коптера, когда он движется в турбулентном потоке, например при флипах, резких разворотах и т.д.).

Большой крутящий момент позволит использовать более тяжелые винты (ценой увеличения потребляемого тока). Если на мотор с небольшим крутящим моментом поставить слишком тяжелый проп, тогда ему не хватит «сил» вращать его с нормальной скоростью, в результате будет низкая эффективность работы и перегрев мотора.

Недостаток моторов с высоким крутящим моментом — колебания/вибрации. Такой мотор может менять обороты очень быстро, в результате ошибка в PID регуляторе может усиливаться и накапливаться (англ), что вызовет колебания всего коптера, от которых будет сложно избавиться настройкой ПИД коэффициентов, особенно по курсу.

Время реакции

Это время зависит от крутящего момента, чем он выше, тем быстрее реакция. Простой способ измерения — засечь за какое время мотор наберёт макс. обороты.

Время реакции сильно зависит от веса и шага выбранного пропеллера. Помните, атмосфера тут тоже имеет влияние. На уровне моря давление выше, воздух плотнее, т.е. больше молекул воздуха, которые перемещаются винтом для создания тяги. На большой высоте винты будут вращаться быстрее и время реакции на стики будет ниже, но общая тяга тоже снизится (т.к. плотность воздуха ниже).

Температура

Она тоже влияет на моторы, т.к. при большой температуре снижается сила магнитного поля постоянных магнитов ротора, а при очень большой температуре они быстро размагничиваются, что снижает срок службы моторов.

Использование слишком тяжелых пропов и постоянная эксплуатация на больших оборотах может привести к перегреву. Постоянный перегрев ухудшит характеристики магнитов и поэтому конструкция моторов, обеспечивающая хорошее охлаждение, также гарантирует большой срок эксплуатации (конечно если вы не будете падать и ломать моторы).

Уровень вибраций и качество балансировки

Вибрации моторов могут вызвать кучу разных нежелательных побочных эффектов, и скажутся на летных характеристиках коптера.

Если мотор плохо отбалансирован, тогда вибрации могут влиять на PID-контроллер. Такой коптер будет довольно сложно настроить, т.к. частота вибраций зависит от газа.

Плохо отбалансированный мотор генерирует гораздо больше электрического шума, по сравнению с плавно вращающимся. Такие помехи тоже влияют на гироскопы, что снижает возможности коптера ещё больше, а также создают шумы на видео (если FPV оборудование питается от того же аккумулятора, что и моторы, а так бывает в 99% случаев, прим. перев).

Многие пилоты используют демпферы и антивибрационное крепление моторов и полётного контроллера, это позволяет снизить уровень вибраций и дает неплохие результаты.

Помните, что поврежденный, погнутый или несбалансированный пропеллер также создает нежелательные вибрации.

Особенности моторов для квадрокоптеров

Очень много параметров влияют на характеристики мотора, они могут быть очень сложными и противоречивыми. Например, моторы с одинаковым размером статора и KV, могут давать совершенно разную тягу, потреблять разный ток и по-разному реагировать на стики, всё это даже при использовании одинаковых пропеллеров. Отличия в дизайне, материалах, это тоже важно.

Ниже я покажу вам разные конструктивные особенности, которые влияют на основные характеристики моторов.

Вал

Конструкция вала постоянно меняется. Раньше это был алюминиевый пруток, затем производители стали делать вал полым, а вместо алюминия стал использоваться титан. Вес примерно такой же, но вал получился жёстче и прочнее. Однако, сверление отверстия строго по центру титанового вала заметно увеличило стоимость производства.

В последнее время всё чаще используется другой вариант: стальной штырь внутри трубки.

Магниты в бесколлекторных моторах

Магниты различаются по силе магнитного поля, например: N52, N54 и т.д. Чем больше число, тем сильнее магнит.

Более сильные магниты теоретически дадут больший крутящий момент и высокую эффективность.

При повороте мотора руками вы почувствуете «щелчки» или «шаги», чем отчетливее они ощущаются, тем хуже, т.к. это показывает силу магнитного поля и то, на сколько она слабая между магнитами, т.к. поле очень неравномерно. Если «щелчки» более слабые, то мотор будет вращаться плавнее.

При определенной температуре магниты ослабевают, N52H нужны чтобы справиться с высокой температурой. Буква H в конце, означает высокую рабочую температуру. Говорят, что N52SH в этом плане ещё лучше, но в настоящее время не известно на сколько N52SH лучше N52H и N52.

Есть вероятность, что при аварии или от вибрации магниты вообще оторвутся. Их можно приклеить обратно клеем Loctit 438.

Толщина пластин статора (lamination)

Статор собирается из отдельных пластин, чем меньше толщина пластины, тем больше их требуется для сборки статора.

Если кратко, то чем тоньше пластины, тем лучше. Сборный статор позволяет снизить вихревые токи (токи Фуко), из-за которых меняется магнитное поле и выделяется лишнее тепло. Тем тоньше пластины, тем меньше энергии тратится на вихревые токи (из-за которых появляются нежелательные магнитные поля), а мотор получается более эффективным и мощным.

Воздушный зазор (air gap)

Воздушный зазор между ротором и статором. С увеличением расстояния магнитное поле ослабевает нелинейно, так что уменьшение этого зазора заметно увеличивает мощность мотора.

Небольшой зазор не только делает мотор более мощным, но и увеличивает крутящий момент и уменьшает время реакции. Недостаток небольшого зазора: увеличение потребляемого тока и уменьшение эффективности. Ну и появляются опасения на счет долговечности, т.к. при ударе по колоколу, может сместится ротор, который заденет статор, в результате чего магниты могут отвалиться или вообще разрушиться.

Форма магнитов — изогнутые магниты

Использование изогнутых магнитов, позволяет уменьшить расстояние до статора, т.к. зазор становится одинаковым по всей длине магнитов.

Фактически это означает, что точка с самым сильным магнитным полем теперь находится не на поверхности магнита (как у прямоугольных).

«Эпицентр» магнитного поля с внешней стороны будет ниже поверхности, а с внутренней стороны — над поверхностью. Т,е. получается что магнитные поля постоянных магнитов и электромагнитов сближаются без уменьшения воздушного зазора.

Помимо формы магнитов, некоторые производители экспериментируют с их толщиной, иногда более тонкие магниты (с более слабым магнитным полем) дают лучший результат.

Стопорное кольца / стопорный винт

Чтобы зафиксировать вал на основании мотора, производители используют либо стопорное кольцо, либо винт. У каждого способа есть как достоинства, так и недостатки, сложно сказать, что лучше.

Крепление вала стопорным кольцом и винтом

В общем и целом, использование винтика упрощает обслуживание мотора, т.к. его легче открутить, чем снять и поставить стопорное кольцо. При использовании винта есть риск перетянуть его и тогда вал будет вращаться с доп. усилием.

Были и случаи отстрела стопорных колец прямо во время полета, при этом колокол сразу улетает в сторону, а коптер падает. Однако, и с винтами такое тоже случается.

Открытый или закрытый низ мотора?

Нижняя часть мотора (основание) может быть сделана в «традиционном», закрытом стиле или в более новом, открытом. У обоих вариантов есть и плюсы, и минусы.

Открытый низ мотора

Закрытый низ мотора

У моторов с закрытым низом более прочное основание, однако если низ открытый, то и вес меньше, разница около 2 грамм.

В мотор с закрытым низом реже попадает грязь, но открытые моторы легче чистить.

Если низ открытый, то хорошо видны крепежные винты, поэтому шанс закоротить обмотки ниже (чаще всего коротят обмотки новички, если у моторов закрытый низ).

В мотор с открытым низом легко попадает грязь, но такие моторы легче чистить

Однако, закрытый низ лучше защищает обмотки от повреждения.

Форма кольца для фиксации магнитов

Внутри колокола есть кольцо для фиксации магнитов. Сам колокол обычно изготавливают из алюминия, а кольцо — из стали, т.к. оно должно взаимодействовать с магнитным полем.

В современных моторах это не просто кольцо, его форма специально разрабатывается для оптимизации магнитного поля и увеличения крутящего момента.

«PoPo» — способ крепления пропеллеров

«Pop on Pop off» (PoPo) — это вал, в котором есть подпружиненные шарики для быстрой установки пропеллера. Более подробно читайте тут (англ).

Прочие фишки

  • Контактные площадки для пайки
  • Интегрированные регуляторы скорости
  • Дизайн системы охлаждения

Производители моторов постоянно экспериментируют как с дизайном, так и с интеграцией с другим железом, это ведет к улучшению системы охлаждения и даже интеграции регуляторов в моторы. Лично я считаю, что контактные площадки для пайки проводов питания довольно удобны, они позволят вам использовать более тонкий провод там, где не нужны большие токи, а значит сэкономят вес. В случае обрыва провода ремонт тоже упрощается.

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.

Балансировка моторов

Первое что нужно сделать при получении новых моторов — это отбалансировать их. На самом деле это очень правильный шаг несмотря на то, что он не всегда необходим. Лично я балансирую крупные моторы типа 2212.

Практика показала, что моторы многих брендов балансировать не нужно, их качество и так отличное. Однако, если вы выбрали дешевые моторы, то не удивляйтесь более низкому качеству и необходимости балансировки.

Рекомендации по выбору

На выбор доступно огромное число моторов, это реально проблема. В моем списке комплектующих для миникоптеров я указал наиболее популярные модели.

А вот топ 5 лучших моторов для миникоптеров по версии нашего сообщества.

История изменений

  • Октябрь 2016 — первая версия статьи
  • Ноябрь 2016 — добавлена новая информация
  • Май 2017 — добавлены характеристики моторов
  • Январь 2018 — исправлены грамматические ошибки
  • Март 2018 — добавлены разделы про обмотки, полюса, подшипники и крутящий момент
  • Октябрь 2018 — добавлены информация о схемах крепления и PoPo-технологии

blog.rcdetails.info

Мои любимые 5″ пропеллеры для коптеров

Спасибо HQ Props за то, что прислали мне большую коробку разных пропов, так что теперь я могу протестировать их лучшие модели для миникоптеров. Похоже, что тестирование займет довольно много времени, т.к. тестирую довольно тщательно и хочу наиболее точно описать какие пропы больше нравятся и почему.

Оригинал: My Favorite HQ Prop for 5″ Mini Quad

Дополнительная информация: как выбрать пропеллеры для коптера (англ).

Замечу, что нет «самого лучшего» пропеллера. Их выбор — дело личных предпочтений. Критерии разные: стиль полета, установленные комплектующие и даже место, где вы летаете

Мой тестовый коптер

Все пропы я собираюсь тестировать на своем коптере собранным из вот этих комплектующих:

В чем разница между Cyclone и HQ?

На протяжении последних пары лет Cyclone 5045×3 были моими основными пропами. Они доступны по цене, «подрывные», и прочные. За прошлый год я купил примерно 30 комплектов 🙂  Качество хорошее, и да, в плане летных характеристик всё прекрасно.

Купить Cyclone 5×4.5×3:

Однако сравнив их с пропами HQ я заметил разницу.

В первую очередь, пропы от HQ — одни из самых легких, с тонкими лопастями. Например, один 5×4.3×3 весит на 1,7 грамма меньше, чем Cyclone 5×4.5×3, что для 4х штук дает разницу в весе около 7 грамм!

Более легкие пропы позволяют быстрее менять обороты. Поэтому коптер с ними более отзывчивый, даже если плохо настроен, а завихрений воздуха меньше, чем от более тяжелых винтов,

В них меньше «мяса», т.е. они более гибкие и менее прочные.

Еще одно преимущество легких винтов, в том, что они будут хорошо работать с разными моторами. Тяжелые винты требуют большого крутящего момента, так что приходится это учитывать при выборе мотора (размер статора и KV).

HQ 5×4.3×3 V1S

Купить 5×4.3×3:

HQ 5×4.3×3 — это наиболее мягкие пропоы. Они мне нравятся несмотря на то, что с ними немного слабоват подрыв, а сами они легко гнутся и разбалансируются.

Хорошая реакция на газ, она более линейная, чем у Cyclone. Но с ними нет подрыва как с Циклонами, несколько «болтаются» при выполнении резких маневров. Хотя кому-то такая, более плавная, реакция на стики и нравится, всё дело в личных предпочтениях.

У 5×4.3×3 V1S практически отсутствуют завихрения (prop wash), даже при нырках. Это какая-то магия!

Думаю, что такие винты подойдут для совершенно разных моторов и конфигураций т.к. они легкие и шаг у них небольшой. Отличный вариант, если нужна высокая эффективность.

HQ 5×4.8×3 & 5x5x3

Купить:

Если нужен более серьезных подхват и подрыв, то нужно увеличить шаг винта, правильно?

Я попробовал оба варианта: 5×4.8×3 и 5x5x3, летал немного, по паре аккумов, и понял, что они не для меня. Ощущения от обоих примерно одинаковые, теряется линейность отклика на газ (которая была у 5×4.3). При полетах в тесноте, рядом с препятствиями небольшое изменение газа заставляет коптер «подпрыгнуть» и он может вас этим удивить 🙂

Как и 5×4.3, эти дают незначительные завихрения воздуха, но рывок с ними просто отличный, и, соответственно потребляемый ток с ними тоже заметно выше. Гонщики, это вам?

Возможно потребуется время, чтобы привыкнуть к управлению, либо просто шаг винта просто слишком велик для меня. Попробую HQ 5×4.5×3 и отпишусь позже.

Линейка HQ 5.1″

HQ недавно выпустила линейку пропов диаметром 5,1″: 5.1×3.1×3, 5.1×4.1×3, 5.1×4.6×3, 5.1×5.1×3. Они всего на 0,1 дюйма больше, чем обычные 5″ пропы, но 0,1″ дают существенную разницу в характеристиках.

Мои любимые пропы — HQ 5.1×4.1×3: линейная реакция на изменение газа, легкость в управлении. Например, если вы летаете под или около деревьев, то не ударитесь об ветки из-за небольшого изменения газа, как это может быть с винтами с большим шагом (5x5x3).

Купить HQ 5.1×4.1×3:

Они примерно на грамм тяжелее, чем 5×4.3×3, т.е. 4,8 грамма каждый. Реакция на стики и подхват просто отличные, коптер резвый и как-будто привязан к стикам.

Недостаток — размер. Не факт, что они влезут в любую раму, где-то могут дотянуться до стоек.

Возможно не самые быстрые пропы для гонок, но мне нравится то, как они ведут себя во фристайле.

У HQ есть и другие варианты, с разным шагом. На мой взгляд 4,1 — оптимально.

Купить другие пропы диаметром 5,1″:

Балансирую ли я пропеллеры?

На мой взгляд, не нужно балансировать мелкие пропы (меньше 7″). В наше время 5″ пропы отлично сбалансированы.

Что дальше?

У меня еще есть 3 или 4 вида пропов от HQ, которые я ещё не тестировал. Позже обновлю этот пост и добавлю новые пропы Cyclone.

blog.rcdetails.info

от расчетов к полётам. Всё, что нужно знать, чтобы собрать себе квадрокоптер\гексакоптер\октакоптер! — DRIVE2

Основы коптеростроения. Григорий Колодяжный, Пятигорск.

tarot 680 hexa copter, Пятигорск 2015


Всем привет! После выхода первого же ролика, снятого с собранного мной гексакоптера, народ стал одолевать вопросами и просьбами помочь в постройке аппарата.
В наше время нет дефицита информации, напротив, есть её переизбыток, который очень сложно фильтровать.

FreezEmotions гексакоптер на базе рамы tarot 680


Хочу в своей статье ответить на те вопросы, которые поступают практически каждый день от моих знакомых.
А именно:
— Какой коптер лучше и чем они отличаются? (квадро-, три-, гекса-, октакоптер)
— Купить готовый, или собрать самому?
— Какие комплектующие подобрать? Как рассчитывать? Каков минимальный набор для полёта?
— На что снимать – на GoPro или камеру потяжелее?
Думаю, что для начала этих вопросов хватит, чтобы заставить закипеть мозг тех, в чьих головах пока есть только желание разобраться с основами, но нет опыта за плечами.

Прошу не принимать всё написанное за единственно верную истину. Как раз хочу объяснить, что я человек с творческо-техническим складом ума, но не живу в своем ограниченном мире коптеростроения. Напротив, я новичок в этом вопросе и пишу статью потому, что загоревшись желанием построить дрона для аэросъемки, столкнулся с тем, что очень много разных мнений и выбрать верный путь очень сложно. Мой первый опыт был не совсем удачным, от этого и хочу всех уберечь, выделив самое важное и акцентируя внимание на важные детали, о которых мало говорят.
Итак, чем же отличаются коптеры и откуда такие названия? Квадрокоптер – это четырехвинтовой аппарат. Этот тип БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) на сегодняшний день является самым распространенным и уже фактически стал именем нарицательным для народа, если речь идет о мультироторных системах. Самый известный четырехмоторный дрон выпустила компания DJI, практически все о нем слышали. Это тот самый Phantom. Но разбирать все модификации бессмысленно. Единственное, я надеюсь, что после прочтения этой статьи вы сами сможете просчитать параметры и понять, почему полетное время между первым и вторым поколениями Phantom’ов изменилось почти вдвое.
Гексакоптер — это шестимоторный, а октакоптер, соответственно, восьмимоторный аппарат. Есть еще трикоптеры и так называемые соосные. И тут много споров на тему, как правильно назвать аппарат с 8-мью моторами, но 4-мя лучами, соосный квадрокоптер или всё-таки октакоптер. Моторы располагаются на одной оси один над другим. У такого расположения есть одно преимущество — размеры. Но на практике те же 8 моторов на октакоптере будут давать более высокий КПД, чем установка на одной оси парных двигателей.

Виды мультикоптеров, поддерживаемых ПК naza m v2 и направление вращений пропеллеров на них.


Как вы понимаете, вся разница в количестве винтов, сказывается в первую очередь на подъемной силе и стабильности аппарата. То есть логично, что при всех равных условиях маленькому квадрокоптеру будет сопротивляться с ветром намного сложнее, чем большому октакоптеру. Во-первых, больший вес сложнее сдвинуть с места, во-вторых, большая длина рычага (луча рамы, на конце которой установлен мотор с пропеллером) говорит о том, что один и тот же порыв ветра способен накренить аппарат большего размера на меньший угол относительно горизонта. Следовательно, многомоторные системы более устойчивы к худшим погодным условиям.
Хочу коснуться еще одной темы — основ понимания физики поведения мультикоптеров. Эти аппараты управляются легче, чем любые другие летающие модели: самолёты, вертолёты, планеры и т.д. Для полётов коптера необходимо минимум 4 канала аппаратуры управления.
1 канал — Элероны (aileron) — это канал, который отвечает за направление влево-вправо.
2 канал — Элеватор (elevator) — это канал, отвечающий за движение вперед-назад.
3 канал — Газ (throttle) — это канал газа. Отвечает за набор и снижение высоты.
4 канал — Рысканье (rudder) – отвечает за вращение вокруг своей оси.
Остальные каналы в аппаратуре (моделисты любят использовать слово «аппа»- это тот самый пульт-передатчик в руках «пилота» и приемник на борту аппарата) используются для управления осями подвеса камеры, для складывания шасси, надстройки уровня чувствительности аппарата к внешним условиям (PID параметры в полётном контроллере, отвечающие за силу и скорость реакции коптера на сигналы управления, сопротивление погодным условиям), для переключения режимов полёта (к примеру GPS, Attitude, Manual, Failsafe, Home lock, Course Lock). Как говорят опытные авиамоделисты, много каналов не бывает, поэтому у них есть одно важное правило – покупать сразу хорошую надёжную аппу известных брендов. Лучшими считаются производители: Futaba, Spectrum, JR.

Futaba 10J. Одна из первых аппаратур управления с заводским режимом для мультикоптеров!

Время летит, поэтому добавляю в статьи свежие строки, актуальные на сегодняшний день, спустя несколько лет после написания статьи. Буду помечать их курсивом и добавлять ссылки на примеры комплектующих в проверенных магзинах, в которых сам совершал покупки.
Из бюджетных, но проверенных временем аппаратур управления пользуется популярностью FRSky Taranis Q X7. И старший брат — FrSky Taranis X9D Plus

Одна и та же хорошая аппаратура способна хранить в себе настройки одновременно десятков моделей. То есть, однажды приобретая её, можно пользоваться ею фактически всю жизнь и управлять RC самолётами, вертолётами, машинами, мультикоптерами, просто выбирая в меню аппаратуры нужную модель (но закладывать настройки каждой модели нужно самому вручную). Так вот, для чего же на практике люди используют дополнительные каналы? Если вы планируете заниматься аэросъемкой, то минимум 2 канала нужно на управление трех-осевым подвесом – канал YAW отвечает за рысканье (поворот вокруг своей вертикальной оси, горизонтальное панорамирование), PITCH – канал тангажа, то есть наклон камеры вверх\вниз. Как правило наклон оси ROLL (горизонта) регулировать не нужно, так как сложно придумать ситуацию, когда на видео нужно нарочно завалить горизонт. Иногда люди используют дополнительную курсовую камеру на сервоприводах, которой вообще можно управлять движениями головы. Лично я реализовал такое управление своим подвесом с камерой GoPro, которая одновременно является и курсовой и основной камерой. Для этого устанавливается датчик head tracker в видео очки или FPV-шлем (First person view – вид от первого лица), который соединяется с аппаратурой управления, а та в свою очередь передает сигналы на каналы управления нужных осей подвеса камеры. Для дополнит

www.drive2.ru

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес - Все о квадрокоптерах

В этой статье постараемся помочь вам с выбором моторов для квадрокоптера и вы сможете ответить на вопрос — «Как выбрать двигатели для квадрокоптера?».

Для поиска подходящего мотора, мы будем использовать информацию, которую предоставляет производитель в описании своих компонентов.

 

С чего начать?

Первое, что нужно сделать — это посчитать вес вашего квадрокоптера. Конечно, когда вы только планируете, составить конечный вес сложновато и придется опираться на данные из описания товаров и честность продавцов.

Первым делом я смотрю вес рамы, потому что рама — это основа и в большинстве своем ее форма и размеры начинают определять максимальные размеры оборудования, которое можно повесить на эту раму.

Сейчас продавцы чаще стали указывать, какие моторы будут подходить для конкретной рамы, но не конкретно вот этот двигатель, а разброс.

После подсчета веса рамы, прибавьте вес камеры и подвеса, последний — если вы собираете съемочный квадрокоптер.

 

Строение двигателя и как он работает

Все бесколлекторные (безщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:

 

Статор. Статор это обмотка двигателя, состоящая из 3 фаз длинных тонких проводков, которые обматываются вокруг сердечника. Провода покрыты эмалью, чтобы предотвратить короткое замыкание при обмотке и работе. Если вы хорошо учили физику, то знаете, что ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле.  Когда провод обмотан вокруг чего-то, то магнитное поле увеличивается. Чем больше ток, тем больше сила магнитного поля и больше крутящий момент от вашего двигателя. Однако, большие токи сильно нагревают обмотку, особенно вот такие тонкие провода и защитная эмаль может оплавиться при сильном нагреве, тогда произойдет короткое замыкание и двигатель станет нерабочим.

Неодимовые магниты. Эти магниты из редкоземельных металлов генерируют фиксированное магнитное поле, они маленькие, но создают очень сильное магнитное поле. Они приклеены эпоксидной смолой или цианокрилатом к корпусу мотора.

Корпус двигателя защищает магниты и обмотку. Обычно он изготовлен из легкого металла, такого как алюминий. Более продвинутые двигатели имеют корпусы, которые сделаны как вентиляторы, т.е. при вращении нагоняют воздух на обмотку сердечника, чтобы охлаждать ее.

Вал мотора жестко прикреплен к верхней части. Это рабочий компонент мотора, который передает крутящий момент на пропеллеры.

Итак, как работает бесколлекторный мотор?

Магниты и обмотка создают движущую силу благодаря взаимодействию и созданию магнитного поля между ними. Это происходит благодаря подаче постоянного тока на определенную обмотку (у нас 3 фазы, т.е. 3 отдельных провода на обмотке), ток подается и прекращает подаваться на определенные обмотки в короткий промежуток времени, тысячные доли секунды, заставляя крутиться верхнюю часть с магнитами. Этим процессом полностью управляют ESC-регуляторы, это мозг моторов, они решают, когда подавать ток, а когда нет и с какой частотой. Бесколлекторные двигатели 3-х фазные.

Двигатели для дронов делятся на два типа:

  • Коллекторные
  • Бесколлекторные

Коллекторные двигатели используются в основном на слабых дронах начального уровня и для съемочных квадрокоптеров начального уровня. Дело в том, что они не могут развивать значительные обороты и мощность, а это значит, у них будет маленькая подъемная сила. Они более громоздкие и более склонны к поломкам, так как у таких моторов больше трущихся деталей. Принцип работы коллекторных двигателей: мотор состоит из корпуса, внутри корпуса находятся магниты – плюс и минус, корпус неподвижен, а в движение приводится ротор с обмоткой с помощью щеток, которые подают электричество на обмотку.

profpv.ru

Рама для квадрокоптера - как выбрать, основы и советы - Все о квадрокоптерах

В этой учебной статье будет представлен обзор рам для мини-квадрокоптеров, советы и рекомендации по выбору наилучшей рамы, а также то, как рама влияет на летные характеристики. Существует большой выбор рам как для вашего стиля, так и для определенных потребностей.

Оригинал статьи: https://oscarliang.com

Что такое рама для мини-квадрокоптера

Рама для мини-квадрокоптера — это рама для гоночного дрона, которая служит жестким каркасом, размещает на себе различные компоненты и двигатели.

Как вы можете видеть, есть разные типы рам или шасси для квадрокоптера. Некоторые рамы имеют все 4 луча из цельного куска материала (обычно это карбон), а некоторые рамы состоят из отдельных лучше, которые скрепляются винтами. Еще есть рамы, у которых присутствует металлическая сетка-защиты камеры FPV в передней части.

Идеальная рама для квадрокоптера

Идеальная рама для квадрокоптера должна быть легкой и прочной, но, как обычно бывает у квадрокоптеров — это требует каких-нибудь жертв, например, в балансе.

Конструкция и материал рамы определяют, насколько она устойчива к крашам (авариям). Крепкие рамы обычно тяжелые, но более стабильны в воздухе, в то время как легкие наоборот, легкие и проворные.

Крепкая и устойчивая

Мини-квадрокоптеры созданы для гонок по FPV, скорость — основная задача, поэтому неизбежны аварии и столкновения. Для пилотов с ограниченным бюджетом это довольно важно, потому что, если сломать луч или другую часть рамы, придется покупать новую целиком, так как по частям рамы не продают, либо заказывать отдельную часть на каком-нибудь Банггуде или Алиэкспрессе.

Легкая и аэродинамичная

Легкая рама позволяет дольше летать, за счет сокращения расходов энергии на удержание тяжелого веса, быстрее реагирует на команды и быстрее ускоряется. Но есть минус — легкие рамы подвержены повышенной вибрации и гибкости, это может влиять на полетный контроллер и PID’ы, отчего настроить ПИДы будет довольно сложновато. Еще у легких рам обычно отсутствует какая-либо защита компонентов, в угоду веса, конечно же.

Рама оказывает огромное влияние на летные характеристики, такие как: аэродинамика, распределение веса, жесткость и др., абсолютно все влияет на характеристику полета.

Эстетика и продуманный дизайн

Рама для гоночного квадрокоптера — это больше, чем просто слоеный карбон (это также углепластик, углеволокно, углеродное волокно). Конструкция рамы определяет, насколько просто можно установить компоненты дрона и соединить их в одно целое. Все чаще дизайнеры рам применяют такие формы, чтобы рама была одновременно крутой на вид, вмещала в себя все необходимое и имела защиту компонентов.

Материал рамы квадрокоптера

Рама для гоночного квадрокоптера может быть сделана из любых материалов: дерево, пластик 3D-принтера, литейный пластик, стекловолокно, алюминий, и даже ПВХ-трубы. Но самым популярным и рекомендуемым материалом считается карбон, он легкий и очень прочный, а также не дорогой:

  • Малый вес — легкий гоночный дрон это большая скорость, отличная маневренность и менее разрушительная инерция при аварии
  • Прочность — карбон как известно, очень крепкий и долговечный материал
  • Жесткость — карбон имеет высокую жесткость в соотношении вес=жесткость. Жесткость очень важна для стабильности полета и эффективности полета.

Но не все так идеально, у карбона тоже есть определенные недостатки:

  • Карбон это электропроводящий материал. Если у вашей модели есть оголенные провода, это может привести к короткому замыканию через раму.
  • Карбон блокирует радиочастоты, например, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, поэтому не прячьте антенны в корпусе, их нужно выводить наружу.

Далее в статье мы будем рассматривать только карбоновые рамы, так как в гоночных дронах в 99% используется именно карбоновая рама.

Строение рамы

Раму для мини-дрона можно разделить на 2 части: тело и лучи (лучи еще называют руками, так как по-английски слово arm — это рука, а английская аббревиатура луча рамы — arm)

В теле рамы размещаются электронные компоненты, включая полетный контроллер, PDB (плата разводки питания), камеру и так далее. Обычно тело состоит из нижней и верхней пластины и некоторых промежуточных маленьких пластинках, обычно тело скрепляется вертикальными стойками на винтах.

Лучи — это место, куда крепятся двигатели и регуляторы оборотов. Лучи обычно делаются из толстого слоеного карбона от 3 до 4мм, это нужно для прочности и долговечности. Сейчас все чаще делают лучи толщиной 5 и даже 6мм, потому что скорость и мощность дронов тоже возросла.

Размер рамы

Размер рамы (иногда называется колесной базой) представляет собой длину по диагонали от одного двигателя к другому, считается в миллиметрах:

Размер рамы влияет на размер таких компонентов как:

  • Размер пропеллеров
  • Размер двигателей
  • На то, какие будут использоваться регуляторы оборотов — отдельные или в контроллере 4 в 1
  • Совместимость с определенными FPV или HD-камерами
  • Сопротивление воздуха
  • Инерцию
  • Вес

Размер рамы определяет выбор почти всех компонентов, которые будут использоваться при сборке. Для мощного квадрокоптера требуется большая рама, чтобы можно было повесить большие пропеллеры и большие двигатели, в то время как на маленьких рамах такое оборудование не поставишь.

От размера рамы зависит размер пропеллеров, Пропеллеры привязаны к размеру рамы. Например, рамы размером 210 мм называют «5-ти дюймовой рамой», потому что самые большие пропеллеры, которые можно использовать с этой рамой — это пропеллеры на 5 дюймов. Это и есть способ, отвечающий на вопрос «как выбрать пропеллеры». А также, для выбора пропеллеров у  нас есть отдельная статья: https://profpv.ru/пропеллеры-для-квадрокоптера/.

Двигатели на раму ставят на самом краю лучей, там будут отверстия для крепления. Чем дальше двигатели от центра, тем больше момент инерции. В остальном, чем меньше рама, тем резвее себя ведет квадрокоптер, так как маленькую раму проще и быстрее наклонять/поворачивать и так далее.

Также, у большой рамы больше сопротивление воздуха за счет большей площади.

Чтобы упростить вам задачу по выбору пропеллеров для определенной рамы, ниже приведена таблица размеров пропеллеров и размеров рам, выбирать размер пропеллеров нужно исходя из размера рамы в таблице ниже:

Размер рамы в дюймах Размер пропеллеров в дюймах
280 мм+ 7″
220-250 мм 6″
180-220 мм 5″
150-180 мм 4″
120-150 мм 3″
90-120 мм 2″

На дрон можно ставить меньшие по размеру пропеллеры, но старайтесь так не делать, эффективность полета повышается, если использовать пропеллеры максимального размера, которые можно поставить именно на эту раму.

Типы рам и лучей

Форма рамы определяется тем, как лучи соединены с телом. Это не только влияет на внешний вид, но и влияет на летные характеристики. На сегодня популярны такие формы рам:

  • H
  • X
  • Гибрид Х
  • Вытянутая Х
  • Квадратная (Коробка)
  • Plus

На первый взгляд может показаться, что все рамы одинаковые, но на самом деле они все разные. Насчет формы рамы и влияния на полет — вопрос спорный, сообщество пилотов так и не определилось, как форма лучей влияет на летные характеристики. По-своему опыту скажу, что форма хоть немного, но все же влияет на полет, с каждым типом рамы дрон ведет себя в воздухе по-другому.

Рама типа Н

Это самые первые рамы, которые начали использовать на квадрокоптерах. У них много места для компонентов. Лучи соединены на теле в форме Н, это дает нам просторное и большое тело, в котором удобно размещать и ремонтировать электронику.

Камеру и аккумулятор можно расположить на верхней пластине тела, вес распределяется по одному направлению, что не очень благоприятно влияет на инерцию по тангажу. Т.е. вправо влево он будет легко наклоняться, а вот наклон вперед-назад будет затрагивать немного больше энергии и силы. В этом отличии от более новых рам Х-формы. Рамы H предпочитают пилоты для более плавного полета, а не для сложного фристайла.

Рама типа Х

В такой раме лучи встречаются на теле рамы в самом центре, образуя форму буквы Х. Тело максимально короткое, а компоненты размещаются ровно по-середине, чтобы была максимальная центровка веса по раме.Отцентрированная масса на такой раме позволяет сократить инерцию дрона в полете, что очень важно для FPV гонок, в этом преимущество Х рамы над Н.

Рамы Х обычно еще и легче, так как в ней используется немного меньше материала. На такой раме немного сложнее все разместить, так как все располагается в центре, включая камеру и аккумулятор. Этот тип также называют «Тру Х», чтобы отличить эту раму от гибридов.

Рама типа Гибрид Х

Гибридные Х рамы имеют тип соединения лучей, как и у Х, но тело имеет удлиненную форму, как у Н-рамы. С точки зрения полета, как говорят пилоты на этих рамах, по летным характеристикам они ничем не отличаются от типа Н-рам, так как масса распределена одинаково. Но надо все же учитывать, как передается нагрузка с лучей на тело, как передается вибрация.

Рама типа Удлиненная Х

Внешний вид очень похож на «Тру Х», но лучи расположены ближе друг к другу сзади и спереди, смысл в том, что так улучшаются повороты в гонках и скоростных полетах.

Также, смещенное расположение передних пропеллеров от задних исключает возникновение турбулентных завихрений, или как минимум значительно их сократит, позволяю дрону летать более стабильно.

Такие рамы других настроек PID из-за изменения геометрии рамы и полета. Такие рамы более чувствительны к оси Roll из-за своего строения, чем стандартная Х-рама.

Еще они немного больше весят, так как используется больше материала.

типы рам Тру-х и удлиненный Х

Рама типа Квадрат (коробка)

Квадратная рама может быть сделана из рам типа Н или Х, с дополнительными ребрами жесткости соединяющих лучи. Таким образом получается очень жесткая рама, которая редко ломается. Однако, увеличение таким способом рамы, ведет к повышенному воздушному сопротивлению и увеличивает общий вес. Рама для новичков, чтобы при частых падениях не раздолбить всю электронику.

Рама типа Plus

Это интересная и не очень популярная рама, два луча расположены ровно вперед и назад от тела рамы по ходу движения. Такой тип имеет существенный плюс — отсутствие турбулентности двигателей, так как они все вращаются довольно далеко друг от друга. А недостаток — передний двигатель с лучом скорее всего будут попадать в поле зрения камеры.

Рама Plus

Рама типа Удлиненный Plus

Для решения проблемы с попаданием двигателя в поле зрения камеры, дизайнеры удлинили передний и задний лучи. Но это все равно не придало уникальности раме

Другие типы рам

Есть еще разные типы рам, например V-образные или DeadCat и другие, но они непопулярны, так

profpv.ru

Рама для квадрокоптера что надо учитывать при выборе лучшей?

Мы попробуем рассказать вам все, что нужно знать, при выборе рамы для квадрокоптера необходимой именно вам.

 Что такое рама для квадрокоптера?

Рама вашего квадрокоптера — это, вероятно, первое, что вам нужно выбрать, когда вы хотите приступить к сборке вашего квадрокоптера. Размер, материалы, толщина, пространство, стиль и даже геометрия будут играть важную роль в вашей сборке, будь то высокоскоростной квадрокоптер для гонок, собираете ли вы дрон для съемок или просто пробуете себя в сборке нового беспилотника.

Ваша рама как автомобильное шасси должна сочетать две характеристики:

  • Защитить все установленные на ней компоненты
  • Прочно соединить все детали

Однако в некоторых гоночных рамах защита компонентов имеет второстепенное значение для достижения максимальной производительности. Аэродинамика играет определенную роль в конструкции, основное внимание уделяется уменьшению сопротивления и ограничению влияния веса рамы на тягу.

Главное на что надо обращать внимание при выборе рамы:

  • Прочность - это важно потому, что ваш квадрокоптер будете совершать падения. Если вы новичок, у вас их будет гораздо больше. Прочная рама будет продолжать работать и защитит всю встроенную в нее электронику.
  • Пространство - если вы не делаете мини дрон то у вас должно быть достаточно места для расположения всех необходимых компонентов.
  • Крепление HD-камеры - это не критично для всех, но для тех кто любит снимать на это обязательно необходимо обратить внимание.

Рамы для квадрокоптера

Материалы для рамы квадрокоптера

Большинство каркасов, которые вы найдете на рынке, сделаны из углеродного волокна, потому что оно легкое, прочное и жесткое. Недостатком является то, что эти рамы не  дешевые, над ним трудно работать, и они проводят электричество, поэтому вам нужно изолировать провода (я думаю, что у каждого пилота есть история, когда что-то сломалось, потому что провод под напряжением коснулся корпуса).

Кроме того, углеродное волокно отлично блокирует радиочастоты, поэтому вам необходимо аккуратно размещать антенны.

Есть и другие рамки, которые сделаны из пластика (Ragee). Они сделаны из пластика (HDPE), который предназначен переносить значительные удары без разрушения. Недостатком этого является вес и рабочая зона.

Чтобы получить такую ​​же прочность, вам нужно больше материала, а для того, чтобы рама работала, вам нужно найти детали, которые поместятся в отведенных местах.

Вам также необходимо учитывать, из чего изготовлено оборудование (стойки, болты и винты). Сталь и титан часто используются для винтов и болтов. Сталь мягче и дешевле, в то время как титан тверд и дороже, но может вызвать проблемы при смешивании с другими металлами (гальваническая коррозия).

Некоторые рамы имеют алюминиевые или титановые детали. Это дает большую прочность, но обычно это достигается за счет более высокой цены и веса.

Устройство рамы

Рамы имеют 3 основные части; верхняя пластина, нижняя пластина и лопасти.
Верхняя пластина обычно тоньше и часто имеет отверстия для кабельной стяжки и аккумуляторных ремешков. Кроме того, люди прикрепляют крепления gopro либо с помощью винтов на верхней пластине, либо с помощью липучек.

Нижняя пластина обычно является самой толстой частью рамы. Это разработано для того чтобы поглотить энергию удара. У нее также есть отверстия, чтобы прикрепить основу для всей вашей электроники. Это может быть размер 20×20 мм или 30×30 (большинство 5-дюймовых рам имеют размер 30×30 мм).

Лопасти могут могут быть частью нижней пластины. Они держат моторы, а иногда и ESC. Они являются либо частью рамы, либо могут быть съемными.

Размеры рам для квадрокоптера

Рамы для квадрокоптера обычно измеряются диагональным расстоянием между двигателями. Это определяет размер пропеллеров, которые вы можете использовать на любом конкретном квадрокоптере. Как ни странно, размер рамы измеряется в миллиметрах, а пропеллеры в дюймах.

Хотя форма рамы может влиять на размер пропеллеров, как правило, вы можете брать следующие соотношения:

Размер пропеллеров

Использование

Большая дальность

Большая дальность/ Стандарт/ Гонки

Стандарт / Гонки

Стандарт / Гонки

Стандарт/ Гонки

Стандарт / Гонки

Использование в помещении

Безусловно, самая распространенная рама составляет около 210 мм, которую большинство людей называют 5-дюймовой рамой. Она используется как для изготовления обычных квадрокоптеров, так гоночных, поскольку это часто лучший компромисс между прочностью,  весом и эффективностью.

Это связано с тем, что 210-миллиметровая рама позволяет работать с 5-дюймовыми пропеллерами, которые дают большую мощность и эффективность. Вес рамы немного ниже, а центр подпорок ближе к середине.

Это положительно влияет на момент инерции тем, что вы прикладываете большее количество силы ближе к центру масс четырехугольника.

Когда вы уменьшаете размер рамы, сопротивление ветра играет роль. 150 мм рамы бывают очень быстрыми, но они обычно имеют короткое время полета, потому что им нужно нести меньшую батарею, и компенсировать недостаток тяги.

Когда вы подойдете к 6 и 7-дюймовым рамам, вы обнаружите, что сопротивление воздуха имеет большее значение. Тем не менее, у вас возможность установить большие пропеллеры.

Ищете эффективность, а не только мощность, потому что, скорее всего вы собираетесь использовать опоры с более низким профилем и более эффективной формой. В дополнение к этому вы, вероятно, захотите установить мощный аккумулятор и больше электроники (GPS и т. д.).

Как правило, вы можете использовать в основном одно и то же электронное оборудование между 7-дюймовыми и 4-дюймовыми рамками. В большинстве случаев они будут использовать те же контроллеры полета и т. д. (Всегда проверяйте сначала) на схеме крепления 30×30, однако некоторые из них используют и 30×30, и 20×20. 7, 6 и 5-дюймовые рамы в основном все имеют одинаковые крепления двигателя (16×16).

Типы рамы для квадрокоптера

H : Это где рамка выглядит как H. Обычно это приводит к увеличению длины корпуса, чтобы избежать соприкосновения лопастей. Они встречаются гораздо реже из-за того, что они довольно громоздкие, а положение двигателя менее подходящее для хорошего момента инерции (из-за длинных плеч).

True X: Как следует из названия, именно здесь рамка имеет форму, подобную X. Расстояние между всеми двигателями одинаково. Это обеспечивает наиболее сбалансированную производительность, поскольку каждый двигатель работает одинаково. Угол наклона лопастей означает, что корпус может быть меньше, так как ему не требуется длина для отдаления пропеллеров.

Hybrid X : название не очень хорошо описывает это. Это тип рамы, который берет лучшее из рам H и X и соединяет их вместе. Вы получаете более длинный корпус, в котором много пространства, и вы получаете более оптимальное размещение лопастей от X-рамы.

Растянутая X : Основная цель растянутой X — отодвинуть передние и задние винты друг от друга. Представьте себе X, который был сжат с боков, или X с небольшим добавлением к середине. Эта форма рамы разработана для уменьшения влияния друг на друга передних и задних лопастей. Целью является улучшение управления и скорость. Однако из-за неравномерного распределения силы по центру часто возникает необходимость в более точной настройке этих рам, чтобы они могли управляться хорошо.

Квадрат : Это тип рамы, который в значительной степени является вложенным True X. По сути, вы соединяете лопасти вместе между каждым двигателем. Есть несколько рам, которые делают это, но наиболее очевидным является TBS Oblivion.

Преимущество этого типа рамы — прочность. Это происходит за счет увеличения веса, а также увеличения площади поверхности, что слегка увеличивает сопротивление.

Какую раму выбрать?

Существуют рамы изготовленные из цельного материала и сборные рамы

Цельная конструкция обычно считается более жесткой и прочной из-за меньшего количества соединений. Однако, если вы сломаете одну лопасть, вам придется заменить всю пластину, что не всегда дешево.

Имея раму с отдельными лопастями вы можете просто заменить их. Это очень распространено в гоночных рамах, где они используют легкие лопасти, чтобы уменьшить массу, и просто меняют лопасть, если она сломается. Есть некоторые конструкции, которые в значительной степени преодолевают проблемы наличия большего количества соединений, имея умные крепления и винты.

Расположение аккумулятора на раме квадрокоптера

Размещение батареи является очень важным. Вес батареи квадрокоптера - довольно большая часть вашего дрона, поэтому, когда вы ее размещаете, она очень сильно влияет на управляемость. Конечная цель — максимально приблизить его к центру тяжести. В конечном итоге вы можете поставить его в 2 местах; сверху или снизу.

Большинство рамок свободного назначения имеют батареи с верхним креплением, причем батарея находится на одной линии с рамой. Это защищает аккумулятор в большинстве сбоев. Тем не менее, он не является оптимальным для производительности из-за веса, уравновешенного над центральной массой квадрокоптера.

Гоночные рамы в основном выбирают батареи, установленные снизу. Это означает, что они подвешены под рамой, что хорошо для поворотов, поскольку это положительно влияет на управляемость, поскольку вам не нужно так сильно балансировать вес. Тем не менее, аккумулятор больше подвержен риску от аварийных посадок.

Существует также возможность установки аккумулятора в середине, где ваша батарея находится сбоку от верхней части рамы. Это распределяет вес более равномерно по центру рамы, однако вам нужна очень специфическая конфигурация рамы, чтобы не зацепить пропеллером вашу батарею.

Угол наклона, защита и размер камеры FPV

Ваша камера FPV — это то, что вы используете, чтобы видеть и снимать все вокруг, поэтому вам нужно убедиться, что она хорошо расположена. Она должны быть в месте, где вы можете получить хорошую чистую линию видимости.

Защита камеры. Некоторые пилоты вывешивают свои камеры спереди без защиты, чтобы обеспечить им лучший обзор и экстремальные углы. Это дает большую вероятность повреждения камеры при падении.

Другим нравится держать свою камеру немного более защищенной внутри кадра. Это часто ограничивает углы, но означает, что вы не тратите свое время на постоянную замену камер, когда вы врезаетесь во что-то.

Наконец, вы должны учитывать размер. Убедитесь, что ваша рама подходит для камеры. Существует 3 основных размера камеры:

  • Стандарт: ширина 28 мм, часто называют камерами размера Hs1177
  • Мини: ширина 21,8 мм, но часто поставляются с кронштейнами, чтобы соответствовать стандартным креплениям.
  • Микро: ширина 19 мм, некоторые поставляются с креплениями увеличенного размера

Запчасти для рам

Легкий доступ к запасным частям очень важен. Если у вас есть запасные части вы можете иметь возможность починить ваш аппарат после аварии. Наличие рамы, для которой трудно достать запасные части, может надолго оставить ваш квадрокоптер без движения. Так же во многих случаях в упаковке с рамой есть запчасти к ней.

drongeek.ru

Как выбрать бесколлекторный мотор для квадрокоптера - Все о квадрокоптерах

Наши квадрокоптеры летают на бесколлеторных моторах постоянного тока, это специальные типы двигателей, у которых нет основных компонентов с повышенным износом.

Все бесколлекторные (безщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:

 

Статор. Статор это обмотка двигателя, состоящая из 3 фаз длинных тонких проводков, которые обматываются вокруг сердечника. Провода покрыты эмалью, чтобы предотвратить короткое замыкание при обмотке и работе. Если вы хорошо учили физику, то знаете, что ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле.  Когда провод обмотан вокруг чего-то, то магнитное поле увеличивается. Чем больше ток, тем больше сила магнитного поля и больше крутящий момент от вашего двигателя. Однако, большие токи сильно нагревают обмотку, особенно вот такие тонкие провода и защитная эмаль может оплавиться при сильном нагреве, тогда произойдет короткое замыкание и двигатель станет нерабочим.

Неодимовые магниты. Эти магниты из редкоземельных металлов генерируют фиксированное магнитное поле, они маленькие, но создают очень сильное магнитное поле. Они приклеены эпоксидной смолой или цианокрилатом к корпусу мотора.

Корпус двигателя защищает магниты и обмотку. Обычно он изготовлен из легкого металла, такого как алюминий. Более продвинутые двигатели имеют корпусы, которые сделаны как вентиляторы, т.е. при вращении нагоняют воздух на обмотку сердечника, чтобы охлаждать ее.

Вал мотора жестко прикреплен к верхней части. Это рабочий компонент мотора, который передает крутящий момент на пропеллеры.

Итак, как работает бесколлекторный мотор?

Слишком далеко заходить и углубляться не буду, просто основы — магниты и обмотка создают движущую силу благодаря взаимодействию и созданию магнитного поля между ними. Это происходит благодаря подаче постоянного тока на определенную обмотку (у нас 3 фазы, т.е. 3 отдельных провода на обмотке), ток подается и прекращает подаваться на определенные обмотки в короткий промежуток времени, тысячные доли секунды, заставляя крутиться верхнюю часть с магнитами. Этим процессом полностью управляет ESC-регуляторы, это мозг моторов, он решает, когда подавать ток, а когда нет и с какой частотой.

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 2015 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.
RPM константа (kV)

Все моторые имеют рейтинг Kv. Этот рейтинг показывает то, насколько быстро будут крутиться ваши пропеллеры. Максимальное количество оборотов в минуту, которое сможет выдать ваш мотор, можно узнать, если умножить kV на напряжение аккумулятора. Так, если у вас двигатель 2300kV и батарея lipo 4s, то будет такая формула, так как у 4s lipo напряжение 14.8 вольт:

14.8 * 2300 = 34040RPM

Но не стоит брать эту цифру как фактическое значение, которое будет развивать мотор, лучше использовать эту цифру как справочное число для ориентира — на что будет способен квадрокоптер на этих двигателях. Общая информация, какие пропеллеры нужно ставить на двигатели 2204 и 2205:

  • 4-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2600kV или с большим kV.
  • 5-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2300-2600kV моторы.
  • 6-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2300kV или с более меньшим kV.

Обратите внимание, что это не жесткие правила, а лишь рекомендации, но если вы будете придерживаться их, то ваш дрон будет летать с наилучшими характеристиками.

Вес
Единственное, что нужно помнить про вес, это то, что каждый сэкономленный грамм нужно умножать на 4 (или больше, смотря какой дрон будете собирать). Тяжелые моторы обычно довольно мощные и компенсируют свой вес тягой.

Цена
Цена одно из важных значений, чем выше цена, тем качественнее компоненты и сборка, а значит и результаты по скоростям и ма

profpv.ru


Смотрите также