Kutilsiudělejtesami

DIY dron: Lekce 8. Letadla..

Obsah

Úvod

Používání malých dronů pro FPV a autonomní mapování je stále oblíbenější, zejména kvůli popularitě dronů pro létání v režimu první osoby a dostupnosti podrobnosti. Tento článek zkoumá několik úvah o tom, zda je letadlo vhodné pro použití jako dron, a pokud ano, jak zvolit správný typ.

Multicopter vs Airplane

Jaké výhody může letoun nabídnout oproti multikoptéře? Zatímco multikoptéra je skvělá pro zábavné FPV / autonomní létání, její užitečné zatížení a doba letu jsou stále omezené, protože rotor se musí neustále otáčet (a tím plýtvat energií), aby bojoval s gravitací a drone držel ve vzduchu. Letadla naopak využívají křídla k vztlaku. Který typ je tedy lepší? Kromě elektronických náplní, jako jsou vysílač, přijímač, zařízení FPV, letový ovladač, se pro zodpovězení položené otázky zdají být nejdůležitější následující funkce:

Multicopter

  • Schopný převzít vypnout a přistát svisle a také se vznášet na místě.
  • Nevyžadují k létání mnoho prostoru a jsou v podstatě „všesměrové“, schopné velmi rychle měnit směr a rychlost.
  • Tah generovaný vrtulemi je to, co udržuje loď ve vzduchu.
  • Méně intuitivní za letu, vzhledem k tomu, že plavidlo může měnit orientaci a létat téměř jakýmkoli směrem a kardanové závěsy mohou snadno způsobit dezorientaci.
  • „Střední“ multikoptéry o průměru 400 až 600 mm jsou nejběžnější a obvykle stojí mezi 200 a 1 000 USD za (přizpůsobenou) soupravu připravenou k letu.
  • Navzdory skutečnosti, že multikoptéry mají výrazně méně pohyblivých částí než helikoptéry, téměř jakákoli porucha kvadrokoptéry vede k nehodě.

Letoun

  • Spuštěn ručně po dráze nebo katapultu a obvykle přistává na relativně ploché trávě nebo přistávací dráze...
  • K letu je nutný velký otevřený prostor, protože manévrovatelnost letadla je omezená (tj. Vždy je nutné se pohybovat vpřed).
  • Křídla vytvářejí vztlak.
  • Vyšší nosnost.
  • Pěnové modely mohou být v případě nehody shovívavé a většinu lze opravit / renovovat.
  • Pro hobby použití jsou nejběžnější modely s rozpětím křídel 500 mm až 1,8 m. Kompletní instalace obvykle stojí mezi 200 USD a 1 000 USD.
  • V případě poruchy motoru je stále možné přistát bez poškození letadla.

VTOL (vertikální vzlet a přistání)

  • Struktury zahrnují křídla a vrtule (v současné době není mnoho komerčních / výrobních produktů).
  • Ovládání je stále poměrně obtížné přepnout z vertikálního na horizontální let.
  • Provedení se velmi liší od kvadrokoptér s křídly nebo od použití / prodloužení nosných ramen (paprsků) dronu k povolení profilů křídel.
  • V tomto článku nebude dále diskutováno.
    • ​​

Úvahy

  • Místo spuštění: poškození nebo poškození osoby nebo majetek, UAV / dronům je zakázáno létat nad budovami, v hustě obydlených oblastech nebo na přeplněných místech. Letadla v ideálním případě vyžadují velké otevřené plochy, zatímco multikoptéry mohou fungovat ve stísněnějších prostorách. Pokud nemáte otevřený prostor pro let, pak je nejlepší použít malou multikoptéru.
  • Použití: Multikoptéra je pro letecké / FPV fotografování vhodnější než kdy dříve. Mapování a dálkové lety se nejlépe provádějí pomocí letadla.
  • Zájem: To by měl být faktor při výběru, pokud vás zajímá jeden typ dronu více než jiný.
  • Rozpočet: Nejběžnější multikoptéra (500 mm) bude pravděpodobně o něco dražší než srovnatelné letadlo (rozpětí křídel ≈ 1,5 m), ale ne o moc. Jak jste připraveni přijít o dron v důsledku náhlé havárie nebo ztráty kontroly způsobující nekontrolované odebrání?
  • Doba letu: Průměrná kvadrokoptéra, průměrná velikost vydrží nahoře po dobu 10–15 minut (i když někteří výrobci mohou tuto dobu prodloužit na 30–40 minut), zatímco průměrná střední velká elektrická letadla poskytnou přibližně 20–60 minut za minutu při „normálním“ používání (tj. ne při plném plynu), v obou případech je však třeba zvážit mnoho různých faktorů.
  • Letový ovladač: Ne všichni řídící mohou létat na všech typech letadel. Před výběrem jednoho z několika se ujistěte, že typ letadla, který vás zajímá, je podporován letovým ovladačem (pokud jste jej chtěli použít). V tomto článku nebude diskutováno, jak nastavit letový ovladač.

Běžné typy křídel UAV / dronů

Ke stavbě dronů se používá mnoho různých draků, ale některé konstrukce se používají mnohem častěji než jiné. Vzhledem k tomu, že stále více výrobců začíná vyrábět vlastní aerodynamické rámy pro samostatné použití, mizí nepotřebné části, jako například uspořádání kokpitu, které se v minulosti běžně vyskytovaly na RC letadlech.

Delta Wing

Létající křídlo je zdaleka nejjednodušší (a možná nejpopulárnější) design. Jednoduchý / základní rám lze vyrobit za použití levné expandované polypropylenové pěny (EPP) a základního profilu Kline-Fogleman (Kline-Fogleman nebo KFm). Tradičně mají pouze dvě ovládací plochy, což znamená, že všechny otáčky jsou provedeny s rolemi. Vrtule je obvykle vzadu (což umožňuje montáž kamery vpředu), ale létá stejným způsobem s motorem uprostřed nebo vpředu za předpokladu, že je těžiště správné. Vynikající konstrukce pro svou jednoduchost a tendenci létat vysokou rychlostí.

Motorový kluzák / kluzák

Pokud chcete zůstat ve vzduchu co nejdéle (tj. Nejdelší doba letu), toto design je nejlepší volbou. Obvykle může mít střední nebo vysoké křídlo a ocas má často tvar T nebo V. Všechny zde zobrazené rámy mohou být použity pro zábavný let (nebo více), pokud však chcete, aby dron zůstal ve vzduchu co nejdéle, musíte zvážit letadlo s velkým křídlem a právě zde jsou kluzáky vynikající. Nejsou navrženy tak, aby byly nejrychlejší (spíše nejpomalejší) a nesly největší užitečné zatížení (měly by být co nejlehčí), ale dobrý design vydrží ve vzduchu celé hodiny. Téměř všechny mají vrtuli nainstalovanou vpředu, takže v případech, kdy je vyžadována kamera, je obvykle namontována na spodní stranu / břicho trupu.

"Skywalker"

interferují, umístěné těsně pod nimi. Křídlo je obvykle lichoběžníkové nebo obdélníkové. Alternativní konstrukce využívá dva výložníky k podepření ocasu (jeden na každé straně vrtule, typ „ Twin Boom

Standard

Konvenční RC letadla se stále často převádějí pro použití jako drony, přičemž designy sahají od Mustangů (sport) po Piper Mláďata (trenér). Téměř všechny mají vpředu namontovanou vrtuli (tažnou nebo stahovací). Křídla mají obvykle rovnou náběžnou / odtokovou hranu (obdélníková), ale u stíhacích letadel může být křídlo více lichoběžníkové. Takové konstrukce se nejčastěji používají, protože jsou nejběžnějším a snadno dostupným RC letadlem. Letadla bohužel nejsou vhodná k úpravám a obsahují estetické prvky, které nejsou při použití jako UAV potřeba. Navíc to není nejvhodnější design, pokud jde o výběr volného místa pro instalaci kamery. Většina je na bázi dřeva, které neodpouští nehody.

Vlastní

K dispozici je několik vlastních návrhů, z nichž jeden je "Drak" (téměř obrácená delta). Tento konkrétní design má křídla v téměř posunuté poloze dopředu a vrtuli vzadu. Výhody a nevýhody se liší model od modelu, ačkoli jejich jedinečný vzhled často přitahuje velkou pozornost.

Velikost

Jak velké by tedy mělo být vaše letadlo? Kritérium, které určuje budoucí způsob dopravy, o kterém se často hovoří ještě před použitím. Letadla jsou (téměř) vždy větší než multikoptéry, a protože prostor, který plánujete letět, nemusí být poblíž vašeho domova nebo firmy, většinu času bude nutné dopravu provádět autem. Z tohoto důvodu bývá velikost rámu pro tento typ dronů omezena na 2 metry (rozpětí křídel) a ve většině případů by křídla měla být odnímatelná. Pokud létající křídlo nemůže mít odnímatelná křídla, bude rozpětí křídel menší než 1,2 metru, takže je lze snadno umístit na zadní sedadlo vozidla. Klasicky mají RC letadla standardní velikosti rozpětí křídel 0,5 - 2m, takže dostupnost dílů pro tuto velikost (motor, ESC, baterie, serva atd.) Je velmi dobrá.

Doba letu

Druhou otázkou, kterou byste si mohli položit, je, jak dlouho by letadlo mělo zůstat ve vzduchu. Pokud plánujete dálkově ovládat letadlo, stojí za zvážení, že zhruba po 20–30 minutách pilotování se většina lidí fyzicky / psychicky unaví a pokusí se let dokončit. U dlouhodobých letů se doporučuje uvažovat s kluzákem s rozpětím křídel minimálně 2 metry (s nízkým užitečným zatížením).

Aplikace

A třetí úvaha je samozřejmě potenciální aplikace. Seznam běžných: let FPV, mapování a plně autonomní let pomocí senzorů. Pro autonomní let potřebujete ovladač letu GPS a je také možné přidat senzory.

Typy souprav

Navrhování vlastního letadla je jen zřídka prioritou pro ty, kteří chtějí pouze vzlétnout pro první osobu nebo autonomní let. protože to obvykle vyžaduje buď seriózní výzkum, nebo adekvátní znalosti aerodynamiky. Z tohoto důvodu jsou rámy navržené speciálně pro FPV / UAV stále oblíbenější. Vzhledem k rozšířené popularitě konvenčních RC letadel se však mnoho nadšenců stále obrací ke stávajícím RC modelům (ne nutně zmenšeným modelům) a přizpůsobuje je pro FPV / autonomní použití.

RTF (Ready to Fly) - tato sada obsahuje vše, co potřebujete k použití produktu k zamýšlenému účelu, a zpravidla obsahuje plně sestavený rám (pro kompaktnější dodávku lze křídla demontovat) pomocí předinstalované pracovní náplně (motor, ESC, serva, klapky atd.), stejně jako vysílače a přijímače, baterie a nabíječky. Obvykle připojíte trup ke křídlu (nebo křídlům), nabijete, nainstalujete a připojíte baterii a jste připraveni k letu. Je to nejrychlejší způsob, jak se dostat do vzduchu, ale zároveň takové stavebnice neumožňují následné upgrady.

BNF (Bind and Fly) - Dron je dodáván téměř kompletně smontovaný (pro kompaktnější doručení lze křídla demontovat). Sada neobsahuje přijímač / vysílač. Montáž je velmi rychlá vzhledem k tomu, že všechny díly jsou již sestaveny / smontovány. Budete muset připojit přijímač k servům a hnacímu ústrojí, nainstalovat baterii a zkontrolovat CG (Center of Gravity), a poté projít kontrolním seznamem před letem, provést kalibraci. Vezměte prosím na vědomí, že může být nutné přizpůsobit vaše řídicí zařízení pro tento model UAV. Toto je druhý nejrychlejší způsob, jak se dostat do vzduchu.

PNF (Plug and Fly) - letoun je většinou kompletně smontovaný (pro kompaktnější dodání lze křídla demontovat). Sada obsahuje ESC, vrtule a serva. Sada neobsahuje vysílač, přijímač, baterii ani nabíječku. Budete muset připojit přijímač k servům a hnacímu ústrojí, vybrat a nainstalovat baterii (zkontrolovat CG) a poté projít kontrolním seznamem před letem, provést kalibraci. Vezměte prosím na vědomí, že může být nutné přizpůsobit vaše řídicí zařízení pro tento model UAV.

PNP (Plug and Play) - Stejné jako souprava PNF.

ARF (Almost Ready to Fly) - produkty v této konfiguraci obvykle obsahují rám a nějaký hardware. Dodává se částečně smontovaný prakticky se všemi částmi / součástmi rámu potřebnými k sestavení rámu. Může být vyžadována určitá přilnavost. Uživatel si musí vybrat vlastní vysílač, přijímač, motor, ESC, vrtuli a serva, protože nejsou součástí dodávky.

KIT - Letouny KIT dnes obsahují montážní plány, ale bude dlouho trvat, než bude letadlo hodno letu. Před létáním s letadlem KIT se doporučuje mít určité zkušenosti s létáním, protože jedna nehoda (obvykle při prvním letu) může vést k mnohahodinové obnově UAV.

DIY (udělej si sám / postaveno od nuly) - což, pokud jde o letadlo, obvykle znamená zcela nestandardní konstrukci, kterou mohl navrhnout pilot. Obvykle musí projektant vybrat všechny příslušné součásti a často se montáž provádí metodou pokusů a omylů.

Konstrukce

K vytvoření rámu, nárazníků a ocasu RC letadel / dronů se používá mnoho různých materiálů. Zatímco letadla s posádkou často používají sklolaminát, hliník a dokonce i uhlíková vlákna, výrobci UAV takové materiály v malých plavidlech zatím nepoužívají. Níže jsou uvedeny nejběžnější materiály, které v tomto odvětví najdete:

EPO (Expanded PolyOlefin) - Tento typ pěny je lehký, tužší a pevnější než expandovaný polystyren (EPS). Při výrobě forem vám umožňuje dosáhnout poměrně hladkého povrchu. V případě nehody se taková pěna stlačí, a pokud je síla nadměrná, nejslabší místa budou zničena. Části z EPO zůstávají zpravidla neporušené, a pokud nehoda není vážná, poškozené prvky lze později lepit.

EPP (Expanded PolyPropylene) - Tento typ pěny je pružný a elastický, a přestože je o něco těžší než EPO, je prakticky nezničitelný (pro praktické cíle).

EPS (Expanded PolyStyrene) - Tento typ pěny se běžně používá jako obalový materiál pro televizory, elektrická zařízení, při výrobě přileb, uvnitř boxů na led a pro stavbu silnic a domů. EPS obsahuje asi 95-98% vzduchu.

Balsa Wood - V minulosti většina RC letadel používala jako základní materiál balzu. Jedná se o neuvěřitelně lehké, přesto orientačně houževnaté a snadno opracovatelné dřevo, které se optimálně hodí pro rámy, blatníky a ocasní plochy. Při stavbě je třeba investovat neuvěřitelnou péči a čas a i ty nejlehčí rány mohou způsobit vážné poškození rámu (vážnější nárazy mají za následek úplné zničení).

Vyfukovaný plast - Proces vyfukování plastů zahrnuje uzavřenou matrici, do které je vháněn polotavený plast a poté ochlazen, aby si udržel tvar. Výsledkem je silná dutá skořápka. Foukaný plast se nejčastěji používá k vytvoření trupu (na rozdíl od křídel), po výrobě musí uživatel provést příslušné výřezy. Foukané struktury / souprava mohou také obsahovat předem vystřiženou balzu jako výztuž. Foukaný plast odolává lehkým nárazům a má tendenci se spíše promáčknout než zhroutit.

Vacuumed Plastic - Proces vakuového tváření zahrnuje ohřev tenké plastové fólie do takové míry, že se stane pružnou, ale ne zcela roztavenou, a položí ji na krytý matice; zatímco zůstává pružný, vzduch mezi matricí a listem je odstraněn (tj. čerpán), což způsobí, že list získá svůj tvar. Plast se ochladí a z okolního materiálu je vyříznut trojrozměrný tvar. Existuje mnoho různých typů plastů, které lze vakuově tvarovat a jejich vlastnosti se mohou lišit. Polykarbonát je dobrým kompromisem mezi hmotností a odolností proti nárazu.

Vlnitý plast - přestože jej používá málo letadel na trup nebo křídla, často se používá k vyztužení dveří nebo všude tam, kde je vyžadován plochý povrch. Vlnitý plast vypadá jako vlnitá lepenka, pouze z plastu. Je velmi odolný proti nárazu a nárazům, snadno se s ním pracuje bez speciálních nástrojů a je velmi elegantní (aerodynamika).

Který materiál je lepší?

Jaký materiál byste si tedy měli do letadla vybrat? Drtivá většina komunity FPV používá EPO pěnu, protože:

  • V porovnání s balzou trvá montáž exponenciálně kratší dobu, a proto stoupá rychleji do vzduchu.
  • Poměrně lehký ve srovnání s jinými materiály a slušně houževnatý*, přesto lze snadno upravit / řezat.
  • „Odpouštějící“ v tom smyslu, že je schopen odolat nehodám a nárazům s nízkou silou a může být také mnohokrát přelepen; a znovu za letu.
  • Dobrá kvalita; Pěnové modely jsou poměrně drahé, protože projektant potřebuje kompenzovat náklady na konstrukci, prototypy a formu a náklady na rám jsou obvykle úměrné jeho velikosti.
  • Nevyžaduje speciální nástroje, jako je vyhřívaná laminátová žehlička.
  • Většina kompletních rámů obsahuje základní požadované součásti (balzové modely často vyžadují dodatečný nákup laminátu, většiny hardwaru a další).

*Pěnové modely jsou samy o sobě jen zřídka dostatečně tuhé a aby odolaly zatížení působícím na křídla za letu, posledně jmenované vyžadují pro zvýšení tuhosti dodatečné vyztužení ve formě „nosníků“ (dlouhé a tenké pruty, obvykle ze sklolaminátu nebo uhlíkových vláken). Tyto nosníky, koncipované, musí být lepeny na různých strategických místech, a to jak nad, tak pod křídlem (lepené do předem vyřezaných kanálů). Velikost pěnových modelů zpravidla omezuje pouze praktičnost, a proto je poměrně vzácné vidět modely s rozpětím křídel větším než 2 m.

Build

  • Foam: Je důležité si uvědomit že na lepení pěny nelze použít každé lepidlo, protože některé ze stávajících mohou materiál zkorodovat a zničit. Nejběžnějšími lepidly používanými pro lepení EPO pěny jsou Goop (značka) a Gorilla Glue (značka). Goop je transparentní a má hustou konzistenci a vynikající přilnavost. Gorilla Glue - k aktivaci vyžaduje trochu vody, počáteční konzistence je hustá. Po interakci s vodou pění až asi 400% své původní velikosti a má žlutou barvu. Lepidlo Gorilla lze řezat v místech, kde je to nežádoucí, ale je nutné zabránit úniku lepidla do oblastí, kde by nemělo být (například pomocí krycí pásky), a po aplikaci by měly být upevněné části nehybné, zatímco lepidlo expanduje a tvrdne. Pěna je obvykle odříznuta ostrým nožem, pájecí pistolí (na rozdíl od páječky) nebo zahřátým drátem. Ruční pila má tendenci lámat pěnu a zanechávat velmi drsný povrch. Pěnová letadla jsou často bílá, zřídka černá a ještě méně často šedá nebo jiné barvy. Přizpůsobení vzhledu je o přidání barvy nebo vzorů, které lze provést pomocí speciální barvy, laminátu nebo vinylu. Upozorňujeme, že ne všechny barvy jsou vhodné k barvení pěny, některé ji mohou zničit.
  • Balsa: Kyanoakrylátové lepidlo se nejčastěji používá k lepení balsového dřeva - obvykle viskózní kapalina (téměř jako voda), poskytuje velmi silné spojení mezi povrchy, které mají být spojeny. Jakmile je rám připraven, je třeba jej pokrýt laminátem (plastová fólie s tepelně aktivovaným lepidlem na jedné straně), aby se vytvořil aerodynamický povrch. Laminovací fólie se zahřívá / nanáší laminovací žehličkou, čímž poskytuje pevný / tvrdý povrch na výstupu. Laminát je vhodný pouze pro lepení na balzové dřevo - nelze jej použít k vytváření 3D tvarů.
  • Kompozity: ​​Je stále vzácné vidět kompozitní materiály používané k výrobě malých letadel (uhlíková vlákna). Tyto díly jsou na bázi epoxidové pryskyřice (nebo speciálního pojiva) a je obtížnější je řezat ručně, častěji je zapotřebí CNC frézka. Poměrně složité je také vytváření 3D tvarů. Letadla obvykle používají k vyztužení kompozity.

Power

  • Letecká elektrárna se skládá z motoru, vrtule (vrtule), ESC a baterie... Výběr správných dílů pro rám by neměl být „dohad“ a je nejlepší zjistit, zda výrobce rámu má pro dané užitečné zatížení nějaká doporučení týkající se motoru, vrtule nebo doletu.
  • V dnešní době se většina nadšenců přiklání spíše k elektromotorům než k palivům (jako je petrolej), protože mají nejnižší náklady na vlastnictví a snadné použití. Solární energie se používá jen zřídka, protože energie, kterou solární energie poskytuje, ve srovnání s přidanou hmotností solárních panelů (které se používají k nabíjení baterií) stále není prospěšná.
  • Vyberte kombinaci motor / vrtule, která je schopna zajistit požadovaný tah pro váš kluzák při určitém zatížení. Několik výrobců kluzáků nabízí řadu požadavků na tah na základě svých vlastních experimentů, aby získali obecnou představu o požadovaném dosahu.
  • Nedostatečný výkon letadla může vést k nestabilitě nebo havárii. Přetížené letadlo může být za letu zcela nestabilní. Vzhledem k tomu, že téměř všechny technologie používané k výrobě dronů pocházejí z odvětví rádiového ovládání, existuje dostatek informací o výběru správných tahových a servopohonů pro různé aplikace.
  • Těžiště: Těžiště je bod, kolem kterého lze umístit rám tak, aby byla hmotnost na všech stranách stejná. Střed poměru zdvihu / točivého momentu. Toto je bod, kde se přidá veškerý vztlak generovaný křídly a ovládacími plochami, obvykle v nejvyšším bodě profilu křídla. Je žádoucí, aby těžiště odpovídalo středu zvedací síly.

Start / přistání

  • Start / přistání dráhy: k použití přistávací dráha, dron potřebuje kola a přistávací dráha musí být co nejrovnější a dokonale zpevněná.
  • Ruční spouštění: Existují dva hlavní způsoby ručního spouštění: houpání v ruce nebo švih nad hlavou. Metoda zametání je podobná vypuštění disku (nebo házení kamenů vodou), kdy se operátor snaží zrychlit dron na maximální rychlost pomocí úhlové rychlosti. Alternativně existuje režijní metoda, kdy operátor vypouští letadlo vzhůru (nejlépe s druhým operátorem / asistentem).
  • Spuštění katapultu: Aby katapult co nejrychleji zrychlil, používá katapult jednu z několika různých metod: kabel bungee, naviják nebo dokonce stlačený vzduch. Katapulty se snadno přepravují a vyžadují další investice a diagnostiku.
  • Rukojeť: Není těžké chytit malého drona rukou, za předpokladu, že se vrtule neotáčí, ale nějak to vyžaduje určitou zručnost.
  • Přistání: Nejčastěji používanou metodou přistání je přistání na smyku na slušně rovném povrchu, jako je tráva. Tato metoda je relevantní, protože stále méně dronů má podvozek (a dráha není k dispozici), což nutí letadlo jednoduše přistát na jakémkoli možném letadle. Pilot obvykle před letem najde vhodné místo přistání. V ideálním případě by letadlo mělo mít vyměnitelné ochranné desky kvůli postupnému opotřebení.
  • „Zachycení“ sítě: Ačkoli tuto metodu přistání armáda nejčastěji používá u malých dronů, použití sítě k zachycení dronu je velmi účinné tam, kde jsou jiné způsoby přistání obtížné. Jak již bylo řečeno, nastavení síťového systému je časově náročné a pro většinu nadšenců jsou upřednostňovány jiné druhy výsadby.
.
Podobné články