В. Яценко - Твой первый квадрокоптер: теория и практика

На основе опыта автора и обсуждений на тематических форумах можно предложить следующий экономичный алгоритм построения и развития конструкции в условиях ограниченных средств.

1. Если нет возможности за один сезон закупить полный комплект дополнительного оборудования — видеокамеры, видеоканал, OSD, GPS, то имеет смысл приобрести с прицелом на будущее качественный полетный контроллер, хорошие регуляторы оборотов на рабочий ток не менее 30 А, комплект аппаратуры радиоуправления не менее, чем на 8 каналов (лучше на 12) и построить первую раму размером 450 мм. Оснастить эту раму недорогими двигателями и пропеллерами.

2. После успешного обучения, к следующему сезону приобрести более мощные двигатели, пропеллеры и батареи, построить раму размером 600 мм и переставить на нее уже имеющиеся контроллер, регуляторы и приемник радиоуправления. Если будет возможность, то оснастить эту раму приемником GPS и видеооборудованием.

К силовым компонентам конструкции относятся все узлы и детали, непосредственно участвующие в создании тяги, позволяющей коптеру оторваться от земли: двигатели и пропеллеры (винтомоторная группа, ВМГ), регуляторы оборотов, силовая батарея. Они требуют тщательной взаимной оптимизации параметров, не допуская при этом выхода за рамки допустимых значений тока и температуры.

Примечание

Общепринятым и универсальным критерием оценки качества подбора компонентов является время полета коптера. Если использовать силовые компоненты среднего ценового сегмента, применяемые в большинстве любительских конструкций, то обычное время комбинированного полета — движение + висение — составляет 14–18 минут.

Резкие акробатические эволюции и ускорения сокращают время полета, Также уменьшается время полета в ветреную погоду, когда квадрокоптер вынужден непрерывно компенсировать порывы ветра скачками оборотов двигателей.

Для оптимизации конструкции можно использовать популярный онлайн-сервис www.ecalc.ch, позволяющий производить расчет и оптимизацию параметров самолетов, вертолетов, квадрокоптеров и импеллерных моделей. По отношению к компьютерной оптимизации авиамоделисты делятся на три категории:

• те, кто тщательно обсчитывают всевозможные сочетания параметров и безусловно доверяют результату;

• те, кто не признают компьютерную оптимизацию вообще;

• те, кто используют компьютерные расчеты для оценки и проверки, не выходят ли эксплуатационные параметры за пределы допустимых значений, с последующей проверкой и доводкой в ходе испытаний.

Автор склоняется к третьему варианту.

В качестве примера выполним расчеты для двух реальных наборов компонентов, которые автор успешно использует на своих коптерах несколько лет, и сравним реальные показатели нагрузок и времени полета с расчетными. Без регистрации сайт предоставляет только демоверсию расчетов со сниженной точностью и ограниченным выбором компонентов, поэтому лучше сразу зарегистрироваться.

Набор 1 — рама 450 мм:

• двигатели Turnigy Aerodrive 2213, 1050kV, 56 г, 16 А пиковый ток;

• батарея Turnigy nano-tech, 2200 mAh, 201 г;

• регулятор четырехканальный Skywalker Quattro, 20 А;

• пропеллеры безымянные 10x4,7 дюйма.

Набор 2 — рама 600 мм:

• двигатели AX-2810Q, 750kV, 70 г, 30 А пиковый ток;

• батарея Turnigy nano-tech, 3300 mAh, 317 г;

• регуляторы Afro, 30 А;

• пропеллеры Gemfan11x4,7 дюйма.

Введем в форму на сайте данные для первого набора компонентов. Вес модели (включая ВМГ) зададим 950г, потому что именно столько весит полностью снаряженный коптер автора, включая дополнительное оборудование. Если рамы у вас еще нет и оценить полный вес не получается, то можно оставить вес 850 г, предложенный по умолчанию. Вес снаряженного коптера влияет на расчет потребляемого тока и температуры двигателей.

В списке аккумуляторов выберем наиболее близкий по характеристикам вариант: LiPo 2100mAh 30/45C. База данных сайта хранит и отображает вес аккумулятора из расчета на одну банку. Во время расчета этот вес будет автоматически умножен на количество банок.

В списке регуляторов выберем опцию max 20A.

Нужный мотор Turnigyнайдем в самом конце списка: 2213-20Т (1050).Его вес на сайте слегка занижен относительно реального.

Нужного нам производителя пропеллеров в списке нет, поэтому можно выбрать один из похожих, АРС Electric Eили GWS ЕРразмера 10*4,7. Надо особо отметить, что при одинаковом паспортном размере пропеллера на практике тяга и экономичность ВМГ может различаться на 10–15 % в зависимости от производителя и качества пропеллеров и двигателей. Поэтому вам в любом случае впоследствии придется покупать пропеллеры разных производителей и экспериментировать с ними. Автор провел серию измерений тяги различных недорогих пропеллеров размером от 9x5 до 11x4,7 в сочетании с популярным двигателем из набора 1 и установил, что наиболее эффективными оказались пропеллеры 10x4,7 безымянного производителя, которые продаются практически везде по самой низкой цене. К сожалению, среди этих пропеллеров весьма высок процент брака в виде "бабочки" лопастей, поэтому они требуют тщательной балансировки и даже устранения "бабочки" при помощи фена, но распространенность, чрезвычайно низкая цена и высокая эффективность искупают эти недостатки в коптерах для начинающих.

Ввод данных окончен, нажимаем кнопку Рассчитатьи проверяем результаты. Сразу можно отметить, что полетное время сильно занижено. В реальности среднее полетное время квадрокоптера #1 при наличии новой полностью заряженной батареи составляет 12–14 минут, при спокойном висении — до 17 минут. Зато прочие параметры, такие как потребляемый ток, температура двигателей и т. д., весьма близки к реальным. Мы видим, что ни один из параметров не выходит за рамки допустимого, а регуляторы можно покупать на ток 15 А.

Теперь рассчитаем второй вариант комплектации. Зададим реальный вес снаряженной рамы 1200 г, включая дополнительное оборудование. Если вы еще не знаете вес готовой рамы, можете для оценочного расчета ограничиться весом 1000 г.

Далее выбираем: батарея LiPo 3300mAh — 35/5 °C, регулятор max 30A, двигатель AX-2810Q-750, пропеллеры АРС Electric E 11*4,7. Запускаем расчет и анализируем результат. Расчетное время полета вновь занижено. В реальности среднее время смешанного полета этого коптера на свежей батарее 3300 mAh составляет 13–15 минут. Но главное, что мы видим — большой, почти двукратный запас по току для регуляторов, моторов и батареи. Расчетные значения тока и температуры весьма точно соответствуют реальным. О недогруженное™ моторов говорят и графики внизу страницы. В данном случае автор этого и хотел, приобретая компоненты "на вырост", для более крупной рамы и большей цолезной нагрузки.