Bespilotnaletjelicauradisam

Uradi sam bespilotna letjelica: Lekcija 3. Elektrana..

Sadržaj

Uvod

Sada kada ste odabrali ili izgradili okvir, sljedeći je korak odabir ispravnog pogonskog sklopa. Budući da je većina postojećih bespilotnih letjelica električna, usredotočit ćemo se na stvaranje čisto električnog pogona putem istosmjernih motora bez četkica. Elektrana uključuje motore, rotore (propelere, skraćene podupirače), ESC i akumulatorsku bateriju.

1. Motor

Od motora koje koristite u svom sklopu ovisit će o maksimalnom opterećenju koje bespilotna letjelica može podići, kao i o trajanju leta. Elektrana se nužno mora sastojati od motora iste marke i modela, ovaj pristup će joj omogućiti uravnotežen rad. Valja napomenuti da čak i apsolutno identični motori (marke / modela) mogu imati malu razliku u brzini, koju naknadno izravnava kontrolor leta.

Brushed vs Brushless

Kod četkanih motora, namotani rotor se okreće unutar statora na koji su magneti čvrsto pričvršćeni. U motorima bez četkica sve je na redu; namot je kruto pričvršćen za unutarnju stranu statora, a magneti su postavljeni na osovinu i okreću se. U većini ćete slučajeva uzeti u obzir samo istosmjerne motore bez četkica (BC). Motori ovog tipa naširoko se koriste u radio -amaterskoj industriji za sastavljanje proizvoda u rasponu od helikoptera i aviona do pogonskih sustava u automobilima i čamcima.

Motori bez četkica za palačinke su većeg promjera, ravniji i općenito imaju veliki okretni moment i niži KV (detalji dolje). UAV-ovi male veličine (obično veličine dlana) često koriste male četkane motore zbog njihove niske cijene i jednostavnog dvožičnog kontrolera. Iako motori bez četkica dolaze u različitim veličinama i specifikacijama, odabir manje veličine ne znači da će biti jeftiniji.

Inrunner vs Outrunner

Postoji nekoliko vrsta istosmjernih motora bez četkica:

  • Inrunner je unutarnji rotor. Namot je pričvršćen na stator, magneti su postavljeni na osovinu rotora, koja se okreće (obično se koristi na RC brodovima, helikopterima i automobilima zbog visokog KV).
  • Outrunner - vanjski rotor. Magneti su pričvršćeni na stator koji se okreće oko stacionarnog namota. Dno motora je fiksno.(u pravilu motori ovog tipa imaju veći okretni moment).
  • Hibridni Outrunner tehnički je "Outrunner", ali implementiran u "Inrunner" paketu. Ovaj pristup omogućio je kombiniranje u jednom tipu zakretnog momenta "Outrunner" i odsutnost vanjskih rotirajućih elemenata kao u motorima tipa "Inrunner".

KV

KV naziv - max. broj okretaja koje motor može razviti bez gubitka snage pri danom naponu. Za većinu bespilotnih letjelica s više rotora važna je niska vrijednost KV (na primjer, od 500 do 1000), jer to pomaže u osiguravanju stabilnosti. Dok će za akrobatski let biti relevantna vrijednost KV između 1000 i 1500, u tandemu s rotorima manjeg promjera (propeleri). Recimo da je vrijednost KV za određeni motor 650 o / min, tada će se pri naponu od 11,1 V motor rotirati brzinom: 11,1 × 650 = 7215 o / min, a ako koristite motor na nižem naponu (recimo 7,4 V), tada će brzina rotacije biti: 7,4 × 650 = 4810 o / min. Važno je napomenuti, međutim, da korištenje niskog napona općenito znači veću potrošnju struje (Snaga = Struja × Napon).

Potisak

Neki proizvođači motora bez četkica mogu specificirati u specifikaciji podatke o najvećem mogućem potisku (Potisku) koji generira motor zajedno s preporučenim rotorom. Mjerna jedinica za potisak obično je kilogram (Kg / Kg), funta (Lbs) ili Newton (N). Na primjer, ako gradite četverokopter, a znate vrijednost potiska jednog motora = do 0,5 kg u odjeljku s rotorom od 11 inča, tada se na izlazu mogu podići četiri takva motora s maksimalnim potiskom: 0,5 kg × 4 = 2 kg. Sukladno tome, ako je ukupna težina vašeg quadcoptera nešto manja od 2 kg, tada će s takvom elektranom poletjeti samo pri najvećim okretajima u minuti (maksimalni potisak). U ovom slučaju bit će važno ili odabrati snažniji snop motora s rotorom koji će osigurati veći potisak ili smanjiti ukupnu težinu drona. Na maks. potisak elektrane = 2 kg, težina drona ne smije biti veća od polovice ove vrijednosti (1 kg, uključujući težinu samih motora). Sličan izračun može se izvršiti za bilo koju konfiguraciju. Pretpostavimo da je težina heksakoptera (uključujući okvir, motore, elektroniku, pribor itd.) 2,5 kg. To znači da svaki motor za takav sklop mora osigurati (2,5 kg ÷ 6 motora) × 2 = 0,83 kg potiska (ili više). Sada znate izračunati optimalni potisak motora na temelju ukupne težine, ali prije donošenja odluke predlažemo da se upoznate s donjim odjeljcima.

Dodatna razmatranja

  • Konektori: Motori s istosmjernom četkom imaju dva priključka "" i "-". Promjenom žica na mjestima mijenja se smjer okretanja motora.
  • Konektori: Motori istosmjerne struke bez četkica imaju tri konektora. Kako biste saznali kako ih spojiti, kao i kako promijeniti smjer rotacije, pogledajte donji odjeljak ESC.
  • Namoti: Namoti utječu na KV motora. Ako trebate najnižu vrijednost KV, ali dajete prednost okretnom momentu, najbolje je obratiti pozornost na istosmjerne motore bez četkica tipa Pancake.
  • Montaža: Većina proizvođača ima opći dijagram ožičenja za istosmjerne motore za istosmjerne motore, što tvrtkama s okvirima omogućuje izbjegavanje izrade takozvanih adaptera. Predložak je obično metrički, s dvije rupe udaljene 16 mm i još dvije rupe udaljene 19 mm (90 ° prema prvoj).
  • Navoj: Montažni navoj koji se koristi za pričvršćivanje motora bez četkica na okvir može varirati. Uobičajene metričke veličine vijaka su M1, M2 i M3, imperijalne veličine mogu biti 2-56 i 4-40.

2. Glavni rotori (Propeleri)

Glavni rotori (propeleri, skraćeni rekviziti) za bespilotne letjelice s više rotora potječu od propelera zrakoplova s ​​radio upravljanjem. Mnogi će se pitati: zašto ne koristiti oštrice helikoptera? Iako je to već učinjeno, zamislite dimenzije heksakoptera s lopaticama helikoptera. Također je vrijedno napomenuti da sustav helikoptera zahtijeva promjenu nagiba lopatica, a to značajno komplicira dizajn.

Također se možete upitati zašto ne biste koristili turboreaktivni motor, motor s turboventilatorom, turbopropeler itd.? Sigurno su nevjerojatno dobri u pružanju velikog potiska, ali zahtijevaju i puno energije. Ako je primarna briga drona kretanje vrlo brzo umjesto da lebdi u skučenom prostoru, jedan od gore navedenih motora mogao bi biti dobra opcija.

Lopatice i promjer

Glavni rotor većine bespilotnih letjelica s više rotora ima dvije ili tri lopatice. Najviše se koriste elise s dvije lopatice. Nemojte pretpostavljati da će dodavanje više lopatica automatski povećati potisak; svaka lopatica radi u protoku poremećenom prethodnom lopaticom, smanjujući učinkovitost propelera. Glavni rotor malog promjera ima manju inerciju i stoga se lakše ubrzava i usporava, što je važno za akrobatski let.

Nagib / napadni kut / učinkovitost / potisak

Potisak koji generira glavni rotor ovisi o gustoći zraka, broju okretaja propelera, njegovu promjeru, obliku i površini lopatica, kao i njegovom nagibu. Učinkovitost propelera povezana je s napadnim kutom, koji je definiran kao nagib lopatice minus kut spirale (kut između rezultirajuće relativne brzine i smjera okretanja lopatice). Sama učinkovitost je omjer izlazne i ulazne snage. Većina dobro projektiranih propelera učinkovitija je od 80%. Na napadni kut utječe relativna brzina, pa će propeler imati različitu učinkovitost pri različitim brzinama motora. Na učinkovitost također snažno utječe prednji rub glavne lopatice rotora, a vrlo je važno da ona bude što je moguće glatkija. Iako bi dizajn s promjenjivim korakom bio najbolji, dodatna složenost potrebna zbog inherentne jednostavnosti višerotornog rotora znači da se propeler s promjenjivim korakom gotovo nikada ne koristi.

Rotacija

Rotori su projektirani za rotaciju u smjeru kazaljke na satu (CW) ili suprotno od kazaljke na satu (CCW). Smjer rotacije označen je nagibom lopatice ( gledajući propeler s kundakaVtailY6X8

Izvršni materijali

Materijali koji se koriste za proizvodnju rotora (propelera) mogu imati umjeren učinak na let performanse, ali sigurnost bi trebala biti glavni prioritet, osobito ako ste početnik i neiskusni.

  • Plastika (ABS / najlon itd.) najpopularniji je izbor kada su u pitanju višemotorni bespilotni letjelice. To je uvelike posljedica niske cijene, pristojnih letnih karakteristika i eksponencijalne trajnosti. Obično se u slučaju sudara pokvari barem jedan propeler, a dok ovladate dronom i naučite letjeti, uvijek ćete imati puno polomljenih rekvizita. Krutost i otpornost na udar plastičnog vijka mogu se poboljšati pojačanjem ugljičnim vlaknima (ugljikom), ovaj pristup je max. učinkovit i ne tako skup u usporedbi s punopravnim propelerom od ugljičnih vlakana.

  • Polimer ojačan vlaknima (ugljična vlakna, najlon ojačan ugljikom itd.) -je „napredna“ tehnologija u mnogim odnosima. Dijelovi od ugljičnih vlakana još uvijek nisu laki za proizvodnju, pa ih plaćate više nego za obične plastične vijke sa sličnim parametrima. Propeler od ugljičnih vlakana teže se lomi ili savija, pa će, ako se sruši, nanijeti veću štetu svemu s čime dođe u dodir. Istodobno, ugljični propeleri općenito su dobro izrađeni, čvršći (s minimalnim gubitkom učinkovitosti), rijetko zahtijevaju balansiranje i lakši su od bilo kojeg drugog materijala. Preporučuje se uzeti u obzir takve propelere tek nakon što korisnička razina upravljanja postane ugodna.

  • Drvo je rijetko korišten materijal za proizvodnju rotora bespilotnih letjelica s više rotora, budući da njihova proizvodnja zahtijeva mehaničku obradu, što kasnije drvene propelere čini skupljima od plastičnih. Istodobno, stablo je prilično jako i nikada se ne savija. Imajte na umu da se drveni propeleri još uvijek koriste u zračno upravljanim zrakoplovima.

Sklopivi

Sklopivi podupirači imaju središnji dio koji se spaja s dvije zakretne oštrice. Kad se središte (koje je spojeno na izlaznu osovinu motora) rotira, centrifugalne sile djeluju na lopatice, gurajući ih prema van i u biti čineći propeler "ukočenim", s istim učinkom kao klasični propeler koji se ne može sklopiti. Zbog male potražnje i velikog broja potrebnih dijelova, sklopivi propeleri su rjeđi. Glavna prednost sklopivih rekvizita je kompaktnost, a u kombinaciji sa sklopivim okvirom transportne dimenzije drona mogu biti znatno manje od dimenzija leta. Prateća prednost sklopivog mehanizma je odsustvo potrebe da se, u slučaju sudara, potpuno promijeni propeler, bit će dovoljno zamijeniti samo oštećenu oštricu.

Instalacija

Poput bespilotnih letjelica, rotori mogu imati širok raspon veličina. Dakle, u industriji postoji niz "standardnih" promjera osovina motora. S tim u vezi, glavni rotor često se isporučuje s malim setom adapterskih prstenova (izgledaju kao podloške s rupama različitih promjera u sredini), koji su ugrađeni u središnji otvor podupirača

Vijak se može pričvrstiti na motor na temelju načina na koji vaš motor podržava način montaže. Ako osovina motora ne podrazumijeva mogućnosti pričvršćivanja (navojni priključak, različiti pričvrsni uređaji itd.), Tada se koriste posebni adapteri, kao što su rekviziti i stezne stezaljke.

  • Propsaver
  • Stezna glava

Motori bez četkica s vanjskim rotorom (tip "Outrunner"), u pravilu, u njegovom gornjem dijelu, imaju nekoliko rupa s navojemjednako je popularna opcija za pričvršćivanje propelera na osovinu motora BC. Vratilo takvog motora na kraju ima navoj čiji je smjer suprotan smjeru rotacije rotora. Ovaj pristup eliminira spontano otpuštanje matice za pričvršćivanje, osiguravajući siguran i pouzdan rad drona.

Zaštita rotora

Zaštita rotora - osmišljena tako da isključuje izravni kontakt elektrane UAV -a s nadolazećim objektom, čime se čuva njezin integritet i rad, kao i kako bi se spriječile ozljede o brzo rotirajući propeleri kao posljedica sudara s ljudima i životinjama. Štitnici propelera pričvršćeni su na glavni okvir. Ovisno o izvedbi, može djelomično preklapati radno područje elektrane ili potpuno (zaštita prstenom). Zaštita propelera najčešće se koristi na malim (igračkastim) bespilotnim letjelicama. Korištenje zaštitnih elemenata u sklopu također donosi niz kompromisa, među kojima:

  • Može uzrokovati prekomjerne vibracije.
  • Općenito podnosi lagane udarce.
  • Može smanjiti potisak ako se ispod propelera postavi previše montažnih nogu.

Balansiranje

Loše uravnoteženje javlja se na većini jeftinih propelera. Da biste se u to uvjerili, ne morate ići daleko, samo umetnite olovku u središnji otvor vijka (u pravilu će s neravnotežom jedna strana biti teža od druge). Stoga se toplo preporučuje da uravnotežite svoje rekvizite prije nego ih instalirate na motore. Neuravnotežen propeler uzrokovat će prekomjerne vibracije, koje će pak negativno utjecati na performanse kontrolora leta (očituju se u nepravilnom ponašanju drona u letu), da ne spominjemo povećanje buke, povećano trošenje elemenata elektrane i pogoršanje kvalitete suspendirane kamere.

Propeler se može uravnotežiti na različite načine, ali ako gradite bespilotnu letjelicu od nule, tada u arsenalu alata mora postojati jeftin balans propelera koji vam omogućuje jednostavno i jednostavno određivanje neravnoteže težine u propeleru. Da biste izjednačili težinu, možete ili samljeti najteži dio podupirača (ravnomjerno usitnite središnji dio oštrice, a ni u kojem slučaju ne odrežite dio propelera), također možete uravnotežiti lijepljenjem trake (tanke) na svjetlije oštrice (segmente ravnomjerno dodavajte dok se ne postigne ravnoteža). Imajte na umu da što dalje od središta vršite uravnoteženje nadogradnje (brušenje ili dodavanje pojasa) propelera, to će učinak biti veći na temelju principa zakretnog momenta.

3. ESC

ESC (engleski elektronički regulator brzine; rus.elektronički regulator brzine) - omogućuje kontroloru leta kontrolu brzine i smjera motora. S ispravnim naponom, ESC mora izdržati max. struju koju motor može potrošiti, a također i ograničiti struju koja prolazi kroz fazu tijekom prebacivanja. Većina ESC -a iz hobija za bespilotne letjelice dopušta motoru da se okreće samo u jednom smjeru, no s ispravnim firmwareom mogu raditi u oba smjera.

Veza

U početku, ESC može biti zbunjujući jer postoji nekoliko žica / pinova / konektora na raspolaganju za povezivanje. strane (ESC može doći sa ili bez lemljenih konektora).

  • Napajanje: Dvije debele žice (obično crna i crvena) osiguravaju napajanje iz razdjelne ploče / kabelskog svežnja na koje napajanje dolazi izravno iz glavne baterije zrakoplova.
  • 3 konektora: Tri konektora su dostupna na suprotnoj strani kontrolera za spajanje na tri konektora s metkom (obično isporučeni s motorima) na motoru bez četkica. Korištenje konektora pri spajanju ESC -a omogućuje, ako je potrebno (u slučaju kvara), brzu promjenu regulatora bez upotrebe lemilice. Događa se da konektori u obliku metka koji dolaze s motorom ne odgovaraju konektorima na regulatoru, u tom ih slučaju jednostavno zamijenite odgovarajućim. Koji je od ova tri "plus", a koji "minus"? Referentna točka je jednostavna, pozitivna žica koja dolazi iz baterije, ide u pozitivnu vrijednost na ESC -u, slično s minusom.
  • 3-polni R / C servo konektor s tankim žicama: kroz koji se obrađuje signal koji dolazi iz prijemnika, od kojih je jedna žica signal (prijenos plinskog signala na ESC ili ulaz), drugi "minus" (ili uzemljenje) i pozitivna žica (ne koristi se ako nema ugrađenog BEC-a; s ugrađenim BEC-om, to je 5V izlazna snaga, koja se kasnije može koristiti za napajanje ugrađena elektronika).

BEC

U prvim danima modeliranja zrakoplova, motor s unutarnjim izgaranjem korišten je kao elektrana, a elektroniku na vozilu napajala je mala baterija. Pojavom električne vuče i kontrolera (ESC), u potonjem su počeli uključivati ​​takozvani krug za uklanjanje baterija-BEC (na engleskom. Circuit Eliminator Circuit; ili ugrađeni pretvarač napajanja; u pravilu pruža dodatni izvor struje s naponom od 5V pri struji od 1A ili više). Drugim riječima, radi se o pretvaraču napona koji se koristi u sklopu LiPo u napon za napajanje ugrađene elektronike drona.

Prilikom sastavljanja multirotora, svi ESC -i moraju biti povezani s kontrolorom leta, ali je potreban samo jedan BEC, inače se mogu pojaviti problemi pri napajanju istih vodova. Budući da obično nema načina da se onemogući BEC na ESC -u, najbolje je ukloniti crvenu žicu () i omotati je električnom trakom za sve osim jednog ESC -a. Također je važno ostaviti crnu žicu (uzemljenje) za zajedničko uzemljenje.

Firmware

Nisu svi ESC-i na tržištu jednako dobri za primjene s više rotora. Važno je razumjeti da su se prije pojave višemotornih bespilotnih letjelica motori bez četkica prvenstveno koristili kao elektrana za radio-upravljane automobile, zrakoplove i helikoptere. Većina ne zahtijeva brzo vrijeme odgovora ili ažuriranje. ESC -ovi s ugrađenim softverom SimonK ili BLHeli mogu vrlo brzo reagirati na nadolazeće promjene, što općenito čini razliku između stabilnog leta ili pada.

Raspodjela energije

Budući da se svaki ESC napaja glavnom baterijom, konektor glavne baterije mora se nekako podijeliti na četiri ESC -a. To se postiže pomoću ploče za raspodjelu energijekabelskog svežnjaDekani

4. Baterija

Kemija

Baterije koje se koriste u bespilotnim letjelicama trenutno su isključivo litijev polimer (LiPo), a sastav nekih od njih je prilično egzotičan - litij mangan ili drugi litij varijante. Olovna kiselina jednostavno nije prikladna, a NiMh / NiCd još uvijek su preteški za svoj kapacitet i često ne mogu isporučiti visoke potrebne količine ispuštanja. LiPo nudi visoke performanse i brzinu pražnjenja s malom težinom. Nedostaci su njihovi relativno visoki troškovi i stalni sigurnosni problemi (opasnost od požara).

Napon

U praksi vam je potrebna samo jedna baterija za bespilotnu letjelicu. Napon ove baterije mora odgovarati BK motorima koje ste odabrali. Gotovo sve baterije koje se danas koriste temelje se na litiju i sadrže nekoliko ćelija (limenki) od po 3,7 V, gdje je 3,7 V = 1 S (tj. Jedna baterija; 2S je dvije limenke itd.). Stoga će baterija s oznakom 4S vjerojatno imati nominalnu vrijednost 4 × 3,7 V = 14,8 V. Također, broj limenki pomoći će vam da odlučite koji punjač ćete koristiti. Imajte na umu da jednoćelijska baterija velikog kapaciteta može fizički izgledati kao višećelijska baterija niskog kapaciteta.

Kapacitet

Kapacitet baterije mjeri se u amper-satima (Ah). Male baterije mogu imati kapacitet od 0,1 Ah (100 mAh), kapacitet baterija za bespilotne letjelice srednje veličine može se kretati od 2-3 Ah (2000 mAh-3000 mAh). Što je veći kapacitet, to je duže vrijeme leta, a sukladno tome i teža baterija. Vrijeme leta konvencionalnog UAV-a može biti u rasponu od 10-20 minuta, što se može činiti kratkotrajnim, ali trebali biste shvatiti da se bespilotna letjelica tijekom leta neprestano bori s gravitacijom, i za razliku od zrakoplova, nema površine (krila) koja pružaju pomoć u obliku optimalne sile podizanja.

Brzina pražnjenja

Brzina pražnjenja litijeve baterije mjeri se u "C" gdje je 1C kapacitet baterije (obično u amperskim satima, osim ako ne razmišljate o dronu veličine Dlan). Brzina pražnjenja većine LiPo baterija je najmanje 5C (pet puta veći kapacitet), ali budući da većina motora koji se koriste u bespilotnim letjelicama s više rotora troše mnogo struje, baterija se mora moći isprazniti pri nevjerojatno velikoj struji, što je obično oko 30A ili više.

​​

Sigurnost

LiPo baterije nisu potpuno sigurne jer sadrže vodikov plin pod tlakom i imaju tendenciju da gore i / ili eksplodiraju kada bilo sta nesto nije u redu. Stoga, ako sumnjate u ispravnost baterije, ni u kojem slučaju nemojte je priključivati ​​na bespilotnu letjelicu, pa čak ni na punjač - smatrajte je "isključenom" i pravilno je zbrinite. Znakovi da nešto nije u redu s baterijom su udubljenja ili otekline (tj. Curenje plina). Prilikom punjenja LiPo baterije najbolje je koristiti sigurnu LiPo kutiju (Sigurnu kutiju za baterije). Skladištenje baterija

Punjenje

Većina LiPo baterija ima dva priključkaPunjačsigurnosne zabrinutosti povezane s litij -polimernim baterijama

Montaža

Baterija je najteži element bespilotne letjelice, pa je treba postaviti na središnju mrtvu točku kako bi se osiguralo isto opterećenje na motorima. Baterija ne uključuje nikakvu posebnu montažu (osobito samorezni vijci koji mogu oštetiti LiPo i uzrokovati požar), pa neke današnje metode montaže uključuju čičak trake, gumene, plastične pregrade i druge. Najčešća opcija ugradnje baterije je objesiti bateriju ispod okvira pomoću čičak trake.

.
Slični članci