Особистий квадрокоптер (зроби собі fan)

Продовжимо наші заняття на тему квадрокоптера 🙂

Давайте розглянемо основні складові частини частини квадрокоптера:

Рама - основа всієї конструкції, яка з'єднує між собою всі інші частини. Повинна бути міцною і в той же час легкої.
Двигуни, які забезпечують необхідну тягу для підйому квадрокоптера в повітря.
Обороти кожного двигуна управляються окремими контролерами
Пропелери (несучі гвинти)
Джерела живлення - батареї або акумулятори
Датчики прискоренні / кута нахилу
Мікроконтролер - мозок апарату
Прилади дистанційного керування
Додаткове обладнання

Рама (так само відома як хрестовина)

Рама призначена для з'єднання все компонентів конструкції в одне ціле. Рама повинна бути досить жорсткою і в той же час мати здатність гасити вібрації роторів.

Рама квадрокоптера. як правило, складається з двох або трьох частин. Вони не обов'язково повинні складатися з одного і того ж матеріалу.

Центральна плита, на яку монтуються електронні компоненти
Хрестовина з 4 симетричних балок, які кріпляться до центральної плиті
Чотири мотогондоли, які кріплять двигуни до закінцівки балок хрестовини.

Примітка перекладача: вираз «дві або три частини», ймовірно означає, що з метою полегшення конструкції, центральна плита для розміщення електроніки, іноді не передбачена.

Для рами підходять наступні матеріали:

карбон
Алюміній і його сплави
Дерево, наприклад, фанера або МДФ

Найбільш доцільним для використання є карбон, з - за його жорсткості і вибропоглощающих властивостей, проте, і ціна часто робить його недоступним для пересічних ентузіастів авіабудування :).

Популярністю при створенні різного роду квадрокоптера користуються пустотілі алюмінієві профілі (в основному - П-образні). Це викликано їх відносно низька вага, жорсткістю і прийнятною ціною. У той же час, в порівнянні з карбоном (вуглепластиком). алюміній менше поглинає вібрації, що може привести до спотворення показань датчиків. Фото саме такий хрестовини приведено в заголовку статті.

Плити на основі деревини, наприклад, МДФ - плити або фанера також з успіхом використовуються для створення квадрокоптера через прийнятних вибропоглощающих характеристик. Однак, такі матеріали не володіють високою міцністю і можуть бути легко пошкоджені в разі катастрофи. Незважаючи на те, що матеріал центральної плити не грає такої ж важливу роль, як матеріал для балок хрестовини, найчастіше для її виготовлення застосовується фанера як легкий і легко обробляється матеріал, який добре поглинає вібрацію.

Для позначення довжини кожної з перекладин хрестовини квадрокоптера іноді застосовують термін «междвігательное відстань», тобто дистанцію між валами протилежних роторів.

безколекторні двигуни

Безколекторний двигун зсередини

Невелике введення в теорію електродвигунів. Безколекторні двигуни, як і електродвигуни постійного струму класичної схеми, використовують котушки з дротом і магніти для обертання приводного вала. Котушки в бесколлектроних двигунах розташовані на внутрішній стороні кожуха двигуна, і відповідно, в їх конструкції відсутні щітки, призначені для передачі електричного струму на розташовані на валу котушки.

Магніти в безколекторних двигунах розташовані в циліндрі, насадженому на вал двигуна. Таким чином, дроти живлення приєднуються безпосередньо до обмоток котушок що виключає необхідність використання щіток.

Пристрій і принцип дії. Зверніть увагу на розташування магнітів.

Перевагою безколекторних двигунів є набагато більш висока швидкість обертання. а також менше енергоспоживання в режимах роботи, які можна порівняти з двигунами класичної схеми. Крім того, в безколекторних двигунах відсутні втрати потужності через тертя і іскріння щіток і струмознімачів, що робить їх більш енергоефективними.

Існуючі безколекторні двигуни в першу чергу розрізняються розмірами і відносно малим споживанням енергії. При виборі двигуна для вашого квадрокоптреа, необхідно взяти до уваги вагу і розміри двигунів, характеристики несучих гвинтів, а також їх відповідність відносного споживання двигунів, яке описується терміном «kV Rating».

ВАЖЛИВО! Не забудьте, що для квадрокоптреа необхідні дві пари двигунів з протилежними напрямками обертання.

Пропелери (несучі гвинти)

Напевно, на зображеннях квадрокоптера ви не помітили, що всі їх чотири гвинти не ідентичні. Якщо придивитися, можна помітити, що передній і задній несучі гвинти маю правий вигин, в той час як на перепендикулярно плечі хрестовини несучі гвинти зігнуті навпаки.

Промислово виготовлені повітряні гвинти для квадрокоптера виготовляються в різних діаметрах і з різними ступенями вигину (англ. - pitch, далі - крок гвинта). Вибір пропелера залежить від розмаху балок несучої хрестовини і визначає вибір двигунів. Нижче наведено кілька типорозмірів несучих гвинтів в залежності від розмірів квадрокоптера.

Пари несучих гвинтів правого або лівого кроку

EPP1045 10 diameter and 4.5 pitch - найпопулярніший, використовується в проектах середнього розміру.
APC 1047 10 diameter and 4.7 pitch - вельми схожий на варіант № 1
EPP0845 8 diameter and 4.5 pitch як правило, застосовується в малих квадрокоптера
EPP1245 12 diameter and 4.5 pitch - для великих апаратів, яким необхідна значна тяга
EPP0938 9 diameter and 3.8 pitch для маленьких квадрокоптера

Більший діаметр і крок повітряного гвинта визначає його велику тягу і можливість підняти більший тягар. У той же час, для обертання такого гвинта необхідна велика потужність двигуна.
При використанні високоборотістих моторів ви можете дозволити собі задіяти гвинти меншого діаметру. Однак, в разі зниження швидкості оборотів, тяги несучих гвинтів може не вистачити для утримання апарату та вантажу в повітрі і навіть для їх щодо м'якої посадки.

Співвідношення кроку, діаметру і швидкості обертання повітряного гвинта

Діаметр гвинта визначає його площа. в той час як крок гвинта - його ефективну площу. яка і створює тягу. Таким чином, при рівних діаметрах, повітряний гвинт з великим кроком створить велику тягу і забезпечить більшу вантажопідйомність при більших витратах потужності.

Збільшення швидкості обертання повітряного гвинта збільшить швидкість і маневреність літального апарату, проте накладе обмеження на корисне навантаження незалежно від витраченої на підйом потужності. У той же час, сила тяги (і відповідно, витрачена на обертання гвинта потужність), збільшується при збільшенні ефективної площі повітряного гвинта. Це означає, що більший діаметр або крок повітряного гвинта дозволить створити велику тягу при тій же швидкості обертання і підняти велику корисне навантаження.

Як зробити квадрокоптер своїми руками - 1
Як зробити квадрокоптер своїми руками - 3
Як зробити квадрокоптер своїми руками - 4
Як зробити квадрокоптер своїми руками - 5