DIY drone: Lektion 8. Flyvemaskiner..

Indhold

Indledning

Brugen af ​​små droner til FPV og autonom kortlægning bliver mere og mere populær, især da dronernes popularitet til at flyve i førstepersons -tilstand og tilgængeligheden af detaljer. Denne artikel undersøger flere overvejelser om, hvorvidt et fly er egnet til brug som drone, og i givet fald hvordan man vælger den rigtige type.

Multicopter vs Airplane

Hvilke fordele kan et fly tilbyde frem for en multicopter? Mens en multikopter er fantastisk til sjov FPV / autonom flyvning, er dens nyttelast og flyvetid stadig begrænset, da rotoren konstant skal rotere (og dermed spilde energi) for at bekæmpe tyngdekraften og holde dronen i luften. Fly derimod bruger deres vinger til at skabe lift. Så hvilken type er bedre? Bortset fra elektronisk fyld, f.eks. Sender, modtager, FPV -udstyr, flyvekontroller, synes følgende funktioner at være de mest relevante for at besvare det stillede spørgsmål:

Multicopter

  • Kan tage slukke og lande lodret samt svæve på plads.
  • De kræver ikke meget plads til at flyve og er i det væsentlige "omnidirektionelle", der er i stand til meget hurtigt at ændre retning og hastighed.
  • Skubbet fra propellerne er det, der holder båden i luften.
  • Mindre intuitiv under flyvning, da fartøjet kan ændre orientering og flyve i næsten enhver retning, og gimbals kan let forårsage desorientering.
  • "Mellemstore" multicoptere med diametre på 400 til 600 mm er de mest almindelige og koster typisk mellem US $ 200 og US $ 1000 for en (tilpasset) flyveklar rig.
  • På trods af at multicoptere har betydeligt færre bevægelige dele end helikoptere, fører næsten enhver funktionsfejl i en quadcopter til en ulykke.

Fly

  • Lanceret manuelt med landingsbane eller katapult og lander normalt på relativt fladt græs eller landingsbane...
  • Der kræves et stort åbent rum til flyvning, da flyets manøvredygtighed er begrænset (dvs. det er altid nødvendigt at komme videre).
  • Vingerne skaber løft.
  • Højere løftekapacitet.
  • Skummodeller kan være overbærende i tilfælde af en ulykke, og de fleste kan repareres / renoveres.
  • Modeller med et vingefang på 500 mm til 1,8 m er de mest almindelige til hobbybrug, og en komplet installation koster typisk mellem US $ 200 og US $ 1000.
  • I tilfælde af motorfejl er det stadig muligt at lande uden at beskadige flyet.

VTOL (lodret start og landing)

  • Strukturerne omfatter vinger og propeller (ikke mange kommercielle / produktionsprodukter i øjeblikket).
  • Betjeningen er stadig ret vanskelig at skifte fra lodret til vandret flyvning.
  • Konstruktionerne er meget forskellige fra quadcopters med vinger eller fra at bruge / forlænge drone støtte arme (bjælker) for at muliggøre vingeprofiler.
  • Vil ikke blive diskuteret yderligere i denne artikel.
  • ​​

Overvejelser

  • Lanceringssted: skade eller skade på en person eller ejendom, er UAV'er / droner forbudt at flyve over bygninger, i tæt befolkede områder eller på overfyldte steder. Fly kræver ideelt set store åbne områder, mens multikoptere kan operere i mere trange rum. Hvis du ikke har åben plads til flyvning, er det bedst at bruge en lille multikopter.
  • Anvendelse: Multikopteren er mere velegnet til luft- / FPV -fotografering end nogensinde. Kortlægning og langdistanceflyvninger foretages bedst ved hjælp af et fly.
  • Renter: Dette bør være en faktor, når du vælger, om du er interesseret i en type drone mere end en anden.
  • Budget: Den mest almindelige multikopter (500 mm) vil sandsynligvis være lidt dyrere end et sammenligneligt fly (≈ 1,5 m vingefang), men ikke meget. Hvor forberedt er du på at miste dronen på grund af et pludseligt styrt eller tab af kontrol, der forårsager ukontrolleret fjernelse?
  • Flyvetid: En gennemsnitlig quadcopter, gennemsnitlig størrelse vil forblive højt i 10-15 minutter (selvom nogle producenter kan øge denne tid til 30-40 minutter), mens gennemsnittet en mellem- elektriske fly i størrelse vil give omkring 20-60 minutter i minuttet ved "normal" brug (dvs. ikke fuld gas), men mange forskellige faktorer skal overvejes i begge tilfælde.
  • Flight Controller: Ikke alle controllere er i stand til at flyve alle typer fly. Inden du vælger en af ​​få, skal du sørge for, at den flytype, du er interesseret i, understøttes af flyvekontrolleren (hvis du havde til hensigt at bruge en). Sådan opsættes en flyvekontroller vil ikke blive diskuteret i denne artikel.

Almindelige UAV / Drone Wing -typer

Der bruges mange forskellige flyrammer til at bygge droner, men nogle designs bruges meget oftere end andre. Efterhånden som flere og flere producenter begynder at producere brugerdefinerede aerodynamiske rammer til enkeltstående brug, forsvinder unødvendige dele, f.eks. Cockpitlayout, som normalt var fundet på RC-fly tidligere.

Delta Wing

The Flying Wing er langt den enkleste (og muligvis den mest populære) design. En enkel / rudimentær ramme kan fremstilles ved hjælp af billigt ekspanderet polypropylenskum (EPP) og en grundlæggende Kline-Fogleman flyvefolie (Kline-Fogleman eller KFm). De har traditionelt kun to styreflader, hvilket betyder, at alle drejninger foretages med ruller. Propellen er sædvanligvis bagpå (gør det muligt at montere kameraet foran), men den flyver på samme måde med motoren i midten eller foran, forudsat at tyngdepunktet er korrekt. Fantastisk konstruktion for sin enkelhed og har en tendens til at flyve med høje hastigheder.

Motoriseret svævefly / svævefly

Hvis du vil forblive højt så længe som muligt (dvs. længste flyvetid), er dette design er det bedste valg. Den har normalt en medium eller høj vinge, og halen er ofte T- eller V-formet. Alle rammer vist her kan bruges til sjov flyvning (eller mere), men hvis du vil have dronen til at blive i luften så længe som muligt, skal du overveje et fly med en stor vinge, og det er her svævefly er fremragende. De er ikke designet til at være de hurtigste (snarere de langsomste) og bære mest nyttelast (de skal være så lette som muligt), men et godt design kan forblive i luften i timevis. Næsten alle har en propel installeret foran, så i tilfælde hvor et kamera er påkrævet, er det normalt monteret på undersiden / maven af ​​skroget.

"Skywalker"

forstyrrer, placeret lige nedenfor. Vingen er normalt trapezformet eller rektangulær. Et alternativt design bruger to bomme til at støtte halen (en på hver side af propellen, type " Twin Boom

Standard

Konventionelle RC -fly konverteres stadig hyppigt til brug som droner, med designs lige fra Mustangs (Sport) til Piper Unger (træner). Næsten alle har en frontmonteret propel (trækker eller trækker). Vingerne har normalt en lige forkant / bagkant (rektangulær), men for kampfly kan vingen være mere trapezformet. Sådanne designs bruges mest, fordi de er de mest almindelige og let tilgængelige RC -fly. Desværre er flyet ikke egnet til modifikation og indeholder æstetiske elementer, der ikke er nødvendige, når de bruges som en UAV. Derudover er dette ikke det mest bekvemme design i forhold til at vælge et uhindret sted til installation af kameraet. De fleste er baseret på træ, der ikke tilgiver ulykker.

Brugerdefineret

Der findes flere tilpassede designs, hvoraf den ene er "Drak" (næsten omvendt delta). Dette særlige design har vinger i en næsten fremadrettet position og en propel i ryggen. Fordele og ulemper varierer fra model til model, selvom deres unikke udseende ofte tiltrækker stor opmærksomhed.

Størrelse

Så hvor stort skal dit fly være? Et kriterium, der bestemmer den fremtidige transportform, som der ofte refereres til allerede før brug. Fly er (næsten) altid større end multikoptere, og da det rum, du planlægger at flyve, muligvis ikke er i nærheden af ​​dit hjem eller din forretning, skal transporten oftest foregå i bil. På grund af dette har rammestørrelsen for denne type droner tendens til at være begrænset til 2 meter (vingefang), og i de fleste tilfælde skal vingerne være aftagelige. Hvis den flyvende vinge ikke kan have aftagelige vinger, vil vingefanget være mindre end 1,2 meter, så de let kan placeres på bagsædet af et køretøj. Klassisk set har RC -fly i standardstørrelse et vingefang på 0,5 - 2 m, så tilgængeligheden af ​​dele til denne størrelse (motor, ESC, batteri, servoer osv.) Er meget god.

Flyvetid

Det andet spørgsmål, du måske stiller dig selv, er, hvor længe flyet skal forblive i luften. Hvis du planlægger at fjernstyre flyet, er det værd at overveje, at efter cirka 20-30 minutters pilotering bliver de fleste fysisk / psykisk trætte og forsøger at gennemføre flyvningen. Ved langtidsflyvninger anbefales det at overveje et svævefly med et vingefang på mindst 2 meter (med lav nyttelast).

Ansøgning

Og den tredje betragtning er naturligvis den potentielle anvendelse. Listen over almindelige: FPV -flyvning, kortlægning samt fuldt autonom flyvning ved hjælp af sensorer. Til autonom flyvning har du brug for en GPS -flyvekontroller, og det er også muligt at tilføje sensorer.

Typer af sæt

At designe et tilpasset fly er sjældent en prioritet for dem, der bare vil starte til første person eller autonom flyvning. da dette normalt kræver enten seriøs forskning eller tilstrækkelig viden om aerodynamik. Af denne grund bliver rammer designet specielt til FPV / UAV'er mere og mere populære. I betragtning af den udbredte popularitet af konventionelle RC -fly, vender mange entusiaster stadig til eksisterende RC -modeller (ikke nødvendigvis skalamodeller) og tilpasser dem til FPV / autonom brug.

RTF (Ready to Fly) - dette kit indeholder alt, hvad du har brug for for at bruge produktet til det tilsigtede formål, og som regel indeholder det en fuldt samlet ramme (for mere kompakt levering kan vingerne demonteres) med forudinstalleret arbejdsfyld (motor, ESC, servoer, klapper osv.), samt sender og modtager, batteri og oplader. Normalt forbinder du flykroppen til vingen (eller vingerne), oplader, installerer og tilslutter batteriet, og du er klar til at flyve. Dette er den hurtigste måde at komme op i luften, men på samme tid tillader sådanne sæt ikke efterfølgende opgraderinger.

BNF (Bind and Fly) - Dronen leveres næsten fuldstændig samlet (for mere kompakt levering kan vingerne demonteres). Sættet indeholder ikke en modtager / sender. Samlingen er meget hurtig i betragtning af at alle delene allerede er samlet / samlet. Du bliver nødt til at tilslutte modtageren til servoer og drivlinje, installere batteriet og kontrollere CG (tyngdepunktet) og derefter gennemgå tjeklisten før flyvning, udfør kalibreringen. Bemærk, at det kan være nødvendigt at tilpasse dit kontroludstyr til denne UAV -model. Dette er den næsthurtigste måde at komme op i luften.

PNF (Plug and Fly) - flyet er for det meste fuldstændigt samlet (for mere kompakt levering kan vingerne demonteres). Sættet indeholder ESC'er, propeller og servoer. Sættet indeholder ikke en sender, modtager, batteri eller oplader. Du bliver nødt til at tilslutte modtageren til servoer og drivlinje, vælge og installere batteriet (tjek CG), og derefter gennemgå tjeklisten før start, udfør kalibreringen. Bemærk, at det kan være nødvendigt at tilpasse dit kontroludstyr til denne UAV -model.

PNP (Plug and Play) - Samme som PNF -kit.

ARF (Almost Ready to Fly) - produkter i denne konfiguration indeholder normalt en ramme og noget hardware. Leveres delvist samlet med stort set alle rammedele / komponenter, der kræves for at samle rammen. Noget vedhæftning kan være påkrævet. Brugeren skal vælge sin egen sender, modtager, motor, ESC, propel og servoer, da de ikke er inkluderet.

KIT - I disse dage indeholder KIT -fly monteringsplaner, men det vil tage lang tid, før flyet er værd at flyve. Det anbefales at have en vis flyveoplevelse, før du flyver med et KIT -fly, da en ulykke (normalt på den første flyvning) kan føre til mange timers UAV -genopretning.

DIY (Gør det selv / Bygget fra bunden) - hvilket, når man taler om fly, normalt betyder et helt ikke -standardiseret design, som muligvis er designet af piloten. Normalt skal designeren vælge alle de passende komponenter, og ofte sker samlingen ved at prøve og fejl.

Konstruktion

Der er mange forskellige materialer, der bruges til at skabe ramme, skærme og hale på RC -fly / droner. Mens bemandede fly ofte bruger glasfiber, aluminium og endda kulfiber, bruger UAV -producenter endnu ikke sådanne materialer i små fartøjer. Følgende er de mest almindelige materialer, du finder i branchen:

EPO (Expanded PolyOlefin) - Denne type skum er let, stivere og stærkere end ekspanderet polystyren (EPS). Når du laver forme, giver det dig mulighed for at opnå en ret glat overflade. I tilfælde af en ulykke komprimeres sådant skum, og hvis kraften er overdreven, vil de svageste punkter blive ødelagt. Som regel forbliver dele fremstillet af EPO intakte, og hvis uheldet ikke er alvorligt, kan de beskadigede elementer limes senere.

EPP (Expanded PolyPropylene) - Denne type skum er fleksibel og elastisk, og selvom den er lidt tungere end EPO, er den praktisk talt uforgængelig (til praktiske mål).

EPS (Expanded PolyStyrene) - Denne type skum bruges almindeligvis som emballagemateriale til fjernsyn, elektriske apparater til fremstilling af hjelme, inde i isbokse og til vej- og boligbyggeri. EPS indeholder omkring 95-98% luft.

Balsa Wood - Tidligere brugte de fleste RC -fly balsa som grundmateriale. Det er et utroligt let, men alligevel vejledende hårdt og let at arbejde træ, der er optimalt egnet til stel, skærme og empennage. Utrolig pleje og tid skal investeres under konstruktionen, og selv de letteste slag kan forårsage alvorlig skade på rammen (mere alvorlige nedbrud resulterer i fuldstændig ødelæggelse).

Blæst plast - Plastblæsestøbningsprocessen involverer en lukket matrice, hvori halvsmeltet plast blæses og derefter afkøles for at bevare sin form. Resultatet er en stærk hul skal. Blæst plast bruges oftest til at skabe en skrog (i modsætning til vinger), efter fremstilling skal brugeren foretage de passende udskæringer. De blæste strukturer / kit kan også omfatte forskåret balsa som forstærkning. Blæst plastik kan modstå lyspåvirkninger og har en tendens til at bukke frem for at falde sammen.

Støvsuget plast - Vakuumdannelsesprocessen involverer opvarmning af et tyndt plastark i en sådan grad, at det bliver fleksibelt, men ikke helt smeltet, og placeres på det dækkede matrix; mens den forbliver fleksibel, fjernes luften mellem matricen og arket (dvs. pumpes ud), hvilket får arket til at tage sin form. Plasten afkøles, og en tredimensionel form skæres af det omgivende materiale. Der er mange forskellige plasttyper, der kan vakuumformes, og deres egenskaber kan variere. Polycarbonat er et godt kompromis mellem vægt og slagfasthed.

Bølgepapir - selvom få fly bruger det til flykroppen eller vingerne, bruges det ofte til at stive døre eller hvor som helst flade overflader kræves. Bølgepapir ligner bølgepap, kun lavet af plast. Det er meget nedbrud og stødsikker, let at arbejde med uden specialværktøj og meget slank (aerodynamik).

Hvilket materiale er bedre?

Så hvilket materiale skal du vælge til flyet? Langt størstedelen af ​​FPV -samfundet bruger EPO -skum, fordi:

  • Sammenlignet med balsa tager det eksponentielt mindre samlingstid og stiger derfor hurtigere op i luften.
  • Relativt let i forhold til andre materialer og anstændigt sejt*, men kan dog let ændres / skæres.
  • “Tilgivelse”, i den forstand at han er i stand til at modstå ulykker og små påvirkninger, og kan også limes igen mange gange; og igen i flyvning.
  • God kvalitet; Skummodeller er ret dyre, fordi designeren skal kompensere for omkostningerne ved konstruktionen, prototyper og form, og rammens omkostninger er normalt proportionale med dens størrelse.
  • Kræver ikke specialværktøj som f.eks. Et opvarmet laminatjern.
  • De fleste komplette rammer indeholder de grundlæggende nødvendige komponenter (balsamodeller kræver ofte ekstra køb af laminat, mest hardware og mere).

*Skummodeller er sjældent stive nok alene, og for at modstå belastninger, der påvirker vingerne under flyvning, er sidstnævnte kræver yderligere forstærkning i form af "spars" (lange og tynde stænger, normalt lavet af glasfiber eller kulfiber) for at øge stivheden. Disse udformede spars skal limes forskellige strategiske steder, både over og under vingen (limet ind i de forskårne kanaler). Størrelsen på skummodeller begrænser som regel kun praktisk, hvorfor det er ret sjældent at se modeller med et vingefang på mere end 2 m.

Bygge

  • Skum: Det er vigtigt at bemærke at langt ikke alle lim kan bruges til at lime skummet, da nogle af de eksisterende kan tære og ødelægge materialet. De mest almindelige klæbemidler, der bruges til limning af EPO -skum, er Goop (mærke) og Gorilla Lim (mærke). Goop er gennemsigtig og har en tyk konsistens og fremragende binding. Gorilla Lim - kræver lidt vand for at aktivere, den indledende konsistens er tyk. Efter interaktion med vand skummer det op til ca. 400% af dets oprindelige størrelse og har en gul farve. Gorillalim kan skæres på steder, hvor det er uønsket, men det er nødvendigt at forhindre, at limen lækker ind i områder, hvor det ikke bør være (f.eks. Ved hjælp af malertape), og efter påføring skal de fastgjorte dele stå stille, mens lim udvider og hærder. Skummet skæres normalt af med en skarp kniv, en loddepistol (i modsætning til et loddejern) eller en opvarmet tråd. Håndsaven har en tendens til at bryde skummet og efterlade en meget ru overflade. Skumfly er ofte hvide, sjældent sorte og endnu sjældnere grå eller andre farver. Tilpasning af udseende handler om at tilføje farve eller mønstre, der kan udføres ved hjælp af speciel maling, laminat eller vinyl. Bemærk, at ikke alle malinger er egnede til at farve skummet, nogle kan ødelægge det.
  • Balsa: Cyanoacrylatlim bruges oftest til at binde balsatræ - normalt en tyktflydende væske (næsten som vand), giver en meget stærk binding mellem de overflader, der skal bindes. Når rammen er klar, skal den dækkes med et laminat (plastfolie med varmeaktiveret klæbemiddel på den ene side) for at skabe en aerodynamisk overflade. Lamineringsfilmen opvarmes / påføres med lamineringsjernet, hvilket giver en fast / hård overflade ved udgangen. Laminat er kun egnet til limning på balsatræ - det kan ikke bruges til at skabe 3D -former.
  • Kompositter: ​​Det er stadig sjældent at se kompositmaterialer bruges til at lave små fly (kulfiber). Disse dele er baseret på epoxyharpiks (eller et specielt bindemiddel) og er vanskeligere at skære i hånden, oftere er en CNC -fræser påkrævet. Oprettelsen af ​​ 3D -former er også ret kompleks. Fly bruger typisk kompositter til forstærkning.

Effekt

  • Flykraftværket består af en motor, propel (propel), ESC og batteri... At vælge de rigtige dele til en ramme bør ikke være et "gæt", og det er bedst at se, om rammeproducenten har anbefalinger vedrørende motor, propel eller rækkevidde for en given nyttelast.
  • I disse dage hælder de fleste entusiaster mod elektriske motorer frem for brændstoffer (f.eks. Petroleum) på grund af deres laveste ejeromkostninger og brugervenlighed. Solenergi bruges sjældent, fordi den strøm, som solenergi giver, sammenlignet med den ekstra vægt af solpaneler (som bruges til at oplade batterier), stadig ikke er gavnlig.
  • Vælg en motor / propelkombination, der kan levere den krævede kraft til din svævefly ved en bestemt belastning. Flere svæveflyproducenter tilbyder en række stødkrav baseret på deres egne eksperimenter for at give en generel idé om det krævede område.
  • Utilstrækkelig flykraft kan føre til ustabilitet eller nedbrud. Et overbelastet fly kan være helt ustabilt under flyvning. I betragtning af at næsten alle de teknologier, der bruges til at skabe droner, stammer fra radiostyringsindustrien, er der rigelig information om valg af de rigtige tryk- og servodrev til forskellige applikationer.
  • Massecenter: Massens centrum er det punkt, som rammen kan placeres omkring, så vægten er ens på alle sider. Center for løft / momentforhold. Dette er det punkt, hvor al den løft, der genereres af vingerne og kontroloverfladerne, tilføjes, sædvanligvis på det højeste punkt på flyvepladen. Det er ønskeligt, at massecentret svarer til midten af ​​løftekraften.

Lancering / landing

  • Start / landingsbane: for at bruge landingsbane, har dronen brug for hjul, og landingsbanen skal være så flad og perfekt asfalteret som muligt.
  • Manuel udløser: Der er to hovedmetoder til manuel udløsning: svingning i hånden eller svingning over hovedet. Fejemetoden svarer til at starte en skive (eller kaste sten gennem vand), hvor operatøren forsøger at accelerere dronen til maksimal hastighed ved hjælp af vinkelhastighed. Alternativt er der en overhead -metode, hvor operatøren starter flyet opad (helst med en anden operatør / assistent).
  • Catapult Launch: For at accelerere dronen så hurtigt som muligt bruger en katapult en af ​​flere forskellige metoder: et bungeekabel, et spil eller endda trykluft. Katapulter er ikke lette at transportere og kræver yderligere investeringer og diagnostik.
  • Håndgreb: Det er ikke svært at fange en lille drone med din hånd, forudsat at propellen ikke roterer, men på en eller anden måde kræver metoden en vis dygtighed.
  • Landing: Den mest anvendte landingsmetode er en skridbane på en anstændig plan overflade, f.eks. Græs. Denne metode er relevant, fordi færre og færre droner har landingsudstyr (og landingsbanen er ikke tilgængelig), hvilket tvinger flyet til simpelthen at lande på ethvert muligt fly. Normalt finder piloten, inden han flyver, et passende landingssted. Ideelt set skulle flyet have udskiftelige beskyttelsesplader på grund af progressivt slid.
  • Netværks “capture”: Selvom denne landingsmetode oftest bruges af militæret til små droner, er det meget effektivt at bruge et net til at fange en drone, hvor andre landingsmetoder er vanskelige. Når det er sagt, er opsætning af et netværkssystem tidskrævende, og andre plantningstyper foretrækkes for de fleste entusiaster.
.