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Drone fai da te: lezione 8. Aerei..

Contenuti

Introduzione

L'uso di piccoli droni per FPV e mappatura autonoma sta diventando sempre più popolare, soprattutto perché la popolarità dei droni per volare in modalità in prima persona e la disponibilità di particolari. Questo articolo discute diverse considerazioni sull'idoneità di un aeromobile all'uso come drone e, in tal caso, su come scegliere il tipo giusto.

Multicottero vs Aereo

Quali vantaggi può offrire un aeroplano rispetto a un multirotore? Mentre il multirotore è ottimo per il divertimento FPV / volo autonomo, il suo carico utile e il tempo di volo sono ancora limitati, poiché i rotori devono ruotare costantemente (e quindi consumare energia) per combattere la gravità e mantenere il drone in aria. Gli aeroplani, d'altra parte, usano le loro ali per creare portanza. Quindi quale tipo è migliore? A parte il materiale elettronico come trasmettitore, ricevitore, attrezzatura FPV, controllore di volo, le seguenti caratteristiche sembrano essere le più rilevanti per rispondere alla domanda posta:

Multicottero

  • In grado di prendere scendere e atterrare verticalmente, oltre a librarsi sul posto.
  • Non richiedono molto spazio per volare e sono essenzialmente “omnidirezionali”, capaci di cambiare direzione e velocità molto rapidamente.
  • La spinta generata dalle eliche è ciò che mantiene la barca in aria.
  • Meno intuitivo in volo, dato che la nave può cambiare orientamento e volare in quasi tutte le direzioni, e i gimbal possono facilmente causare disorientamento.
  • I multicotteri “medi” con diametri da 400 a 600 mm sono i più comuni e in genere costano tra US $ 200 e US $ 1000 per un impianto (personalizzato) pronto al volo.
  • Nonostante il fatto che i multicotteri abbiano un numero significativamente inferiore di parti mobili rispetto agli elicotteri, quasi ogni malfunzionamento di un quadrirotore porta a un incidente.

Aereo

  • Lanciato manualmente da pista o catapulta e di solito atterra su erba relativamente piatta o pista...
  • Per il volo è necessario un ampio spazio aperto poiché la manovrabilità dell'aeromobile è limitata (ovvero è sempre necessario avanzare).
  • Le ali creano portanza.
  • Maggiore capacità di sollevamento.
  • I modelli in schiuma possono essere indulgenti in caso di incidente e la maggior parte può essere ricostruita/ristrutturata.
  • I modelli con un'apertura alare da 500 mm a 1,8 m sono i più comuni per l'uso hobbistico e un'installazione completa costa in genere tra US $ 200 e US $ 1000.
  • In caso di avaria al motore, è comunque possibile atterrare senza danneggiare l'aeromobile.

VTOL (decollo e atterraggio verticale)

  • Le strutture includono ali ed eliche (al momento non ci sono molti prodotti commerciali/di produzione).
  • I controlli sono ancora abbastanza difficili da passare dal volo verticale a quello orizzontale.
  • I design sono molto diversi dai droni con ali o dall'utilizzo/allungamento dei bracci di supporto dei droni (travi) per abilitare i profili alari.
  • Non verrà discusso ulteriormente in questo articolo.
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Considerazioni

  • Sito di lancio: danno o danno a un persona o proprietà, agli UAV/droni è vietato sorvolare edifici, in aree densamente popolate o in luoghi affollati. Gli aeroplani richiedono idealmente grandi aree aperte, mentre i multicotteri possono operare in spazi più ristretti. Se non hai uno spazio aperto per il volo, allora è meglio usare un piccolo multirotore.
  • Applicazione: Il multirotore è più adatto che mai per la fotografia aerea/FPV. La cartografia e i voli a lunga distanza sono fatti meglio usando un aereo.
  • Interesse: Questo dovrebbe essere uno dei fattori importanti nella scelta se sei interessato a un tipo di drone più di un altro.
  • Budget: È probabile che il multirotore più comune (500 mm) sia leggermente più costoso di un aeromobile comparabile (apertura alare ≈ 1,5 m), ma non di molto. Quanto sei preparato a perdere il drone a causa di un incidente improvviso o di una perdita di controllo che causa una rimozione incontrollata?
  • Tempo di volo: Un quadricottero medio, di dimensioni medie, rimarrà in volo per 10-15 minuti (sebbene alcuni produttori possano aumentare questo tempo a 30-40 minuti), mentre la media velivoli elettrici di dimensioni forniranno circa 20-60 minuti al minuto in un uso "normale" (cioè non a pieno regime), tuttavia in entrambi i casi devono essere considerati molti fattori diversi.
  • Controllore di volo: Non tutti i controllori sono in grado di pilotare tutti i tipi di aerei. Prima di sceglierne uno, assicurati che il tipo di aeromobile che ti interessa sia supportato dal controllore di volo (se intendi utilizzarne uno). Come impostare un controller di volo non verrà discusso in questo articolo.

Tipi comuni di ala UAV/drone

Ci sono molte cellule differenti usate per costruire droni, ma alcuni modelli sono usati molto più spesso di altri. Poiché sempre più produttori iniziano a produrre telai aerodinamici personalizzati per uso autonomo, le parti non necessarie come il layout della cabina di pilotaggio, ad esempio, che in passato si trovavano solitamente sugli aerei RC, stanno scomparendo.

Delta Wing

L'ala volante è di gran lunga la più semplice (e forse la più popolare) design. Un telaio semplice / rudimentale può essere prodotto utilizzando una schiuma di polipropilene espanso (EPP) economica e un profilo aerodinamico Kline-Fogleman di base (Kline-Fogleman o KFm). Tradizionalmente hanno solo due superfici di controllo, il che significa che tutte le virate sono realizzate con rulli. L'elica è solitamente nella parte posteriore (che consente di montare la telecamera nella parte anteriore), ma vola allo stesso modo con il motore al centro o davanti, a condizione che il baricentro sia corretto. Costruzione superba per la sua semplicità e tende a volare ad alte velocità.

Aliante / Aliante a motore

Se vuoi rimanere in volo il più a lungo possibile (cioè il tempo di volo più lungo), questo il design è la scelta migliore. Tipicamente può avere un'ala media o alta, e la coda è spesso a forma di T o V. Tutti i frame mostrati qui possono essere utilizzati per un volo divertente (o più), tuttavia, se vuoi che il drone rimanga in aria il più a lungo possibile, devi considerare un aereo con un'ala grande, ed è qui che si trovano gli alianti eccellente. Non sono progettati per essere i più veloci (piuttosto i più lenti) e trasportare il maggior carico utile (dovrebbero essere il più leggeri possibile), ma un buon design può rimanere in volo per ore. Quasi tutti hanno un'elica installata nella parte anteriore, quindi nei casi in cui è richiesta una telecamera, di solito è montata sul lato inferiore / ventre della fusoliera.

"Skywalker"

interferisce appena sotto. L'ala è solitamente trapezoidale o rettangolare. Un design alternativo utilizza due boma per supportare la coda (uno su ciascun lato dell'elica, tipo " Twin Boom

Standard

Gli aerei RC convenzionali sono ancora frequentemente convertiti per l'uso come droni, con design che vanno dai Mustang (Sport) ai Piper Cuccioli (allenatore). Quasi tutti hanno un'elica montata frontalmente (tirando o tirando). Le ali di solito hanno un bordo anteriore / posteriore diritto (rettangolare), ma per gli aerei da combattimento l'ala può essere più trapezoidale. Tali progetti sono più comunemente usati perché sono i velivoli RC più comuni e facilmente disponibili. Sfortunatamente, gli aerei non sono adatti per la modifica e includono elementi estetici che non sono necessari quando vengono utilizzati come UAV. Inoltre, questo non è il design più conveniente in termini di scelta di un luogo senza ostacoli per l'installazione della telecamera. La maggior parte sono basati su legno che non perdona gli incidenti.

Personalizzato

Sono disponibili diversi design personalizzati, uno dei quali è "Drak" (delta quasi invertito). Questo particolare design ha le ali in posizione quasi spazzata in avanti e un'elica nella parte posteriore. I vantaggi e gli svantaggi variano da modello a modello, sebbene il loro aspetto unico attiri spesso molta attenzione.

Dimensioni

Quindi quanto dovrebbe essere grande il tuo aereo? Un criterio che determina la futura modalità di trasporto, a cui spesso si fa riferimento ancor prima dell'utilizzo. Gli aeroplani sono (quasi) sempre più grandi dei multicotteri, e poiché lo spazio che prevedi di volare potrebbe non essere vicino a casa tua o al tuo lavoro, la maggior parte delle volte, il trasporto dovrà essere effettuato in auto. Per questo motivo, la dimensione del telaio per questo tipo di droni tende ad essere limitata a 2 metri (apertura alare) e nella maggior parte dei casi le ali dovrebbero essere rimovibili. Se l'ala volante non può avere ali staccabili, l'apertura alare sarà inferiore a 1,2 metri in modo che possano essere facilmente posizionate sul sedile posteriore di un veicolo. Classicamente, gli aerei RC di dimensioni standard hanno un'apertura alare di 0,5 - 2 m, quindi la disponibilità di parti per queste dimensioni (motore, ESC, batteria, servi, ecc.) è molto buona.

Durata del volo

La seconda domanda che potresti porti è per quanto tempo l'aereo dovrebbe rimanere in aria. Se hai intenzione di controllare a distanza l'aereo, vale la pena considerare che dopo circa 20-30 minuti di pilotaggio, la maggior parte delle persone si stanca fisicamente / mentalmente e cerca di completare il volo. Per i voli a lungo termine, si consiglia di considerare un aliante con un'apertura alare di almeno 2 metri (con un carico utile basso).

Applicazione

E la terza considerazione, ovviamente, è la potenziale applicazione. L'elenco di quelli comuni: volo FPV, mappatura e volo completamente autonomo tramite sensori. Per il volo autonomo, è necessario un controller di volo GPS ed è anche possibile aggiungere sensori.

Tipi di kit

La progettazione di un aeromobile personalizzato è raramente una priorità per coloro che vogliono semplicemente decollare per un volo in prima persona o autonomo. poiché ciò di solito richiede una ricerca seria o un'adeguata conoscenza dell'aerodinamica. Per questo motivo stanno diventando sempre più popolari i telai progettati appositamente per FPV/UAV. Tuttavia, data la diffusa popolarità degli aerei RC convenzionali, molti appassionati si stanno ancora rivolgendo ai modelli RC esistenti (non necessariamente modelli in scala) e li adattano per l'uso FPV / autonomo.

RTF (Ready to Fly) - questo kit include tutto il necessario per utilizzare il prodotto per lo scopo previsto e, di norma, include un telaio completamente assemblato (per una consegna più compatta, le ali possono essere smontate) con imbottitura funzionante preinstallata (motore, ESC, servi, flap, ecc.), nonché trasmettitore e ricevitore, batteria e caricabatterie. Di solito si collega la fusoliera all'ala (o alle ali), si carica, si installa e si collega la batteria e si è pronti a volare. Questo è il modo più veloce per volare, ma allo stesso tempo tali kit non consentono aggiornamenti successivi.

BNF (Bind and Fly) - Il drone viene consegnato quasi completamente assemblato (per una consegna più compatta, le ali possono essere smontate). Il kit non include un ricevitore/trasmettitore. Il montaggio è molto veloce considerando che tutte le parti sono già assemblate/assemblate. Dovrai collegare il ricevitore ai servi e al gruppo propulsore, installare la batteria e controllare il CG (centro di gravità), quindi passare attraverso l'elenco di controllo del lancio pre-volo, eseguire la calibrazione. Si prega di notare che potrebbe essere necessario personalizzare la propria attrezzatura di controllo per questo modello di UAV. Questo è il secondo modo più veloce per entrare in aria.

PNF (Plug and Fly) - l'aereo è per lo più completamente assemblato (per una consegna più compatta, le ali possono essere smontate). Il kit include ESC, eliche e servi. Il kit non include trasmettitore, ricevitore, batteria o caricabatterie. Sarà necessario collegare il ricevitore ai servi e al gruppo propulsore, selezionare e installare la batteria (controllare il baricentro), quindi passare attraverso l'elenco di controllo del lancio pre-volo ed eseguire la calibrazione. Si prega di notare che potrebbe essere necessario personalizzare la propria attrezzatura di controllo per questo modello di UAV.

PNP (Plug and Play) - Uguale al kit PNF.

ARF (quasi pronto per il volo) - i prodotti in questa configurazione di solito includono un telaio e dell'hardware. Fornito parzialmente assemblato con praticamente tutte le parti/componenti del telaio necessari per assemblare il telaio. Potrebbe essere necessaria una certa adesione. L'utente deve scegliere il proprio trasmettitore, ricevitore, motore, ESC, elica e servi poiché non sono inclusi.

KIT - Attualmente gli aerei KIT includono piani di assemblaggio, ma ci vorrà molto tempo prima che valga la pena volare. Si consiglia di avere una certa esperienza di volo prima di pilotare un aereo KIT, poiché un incidente (di solito al primo volo) può portare a molte ore di recupero dell'UAV.

DIY (Fai da te / Costruito da zero) - che, parlando di aerei, di solito significa un design completamente non standard, che potrebbe essere stato progettato da il pilota. Di solito il progettista deve selezionare tutti i componenti appropriati e spesso l'assemblaggio viene eseguito per tentativi ed errori.

Costruzione

Esistono molti materiali diversi utilizzati per creare il telaio, i parafanghi e la coda degli aerei/droni RC. Mentre gli aerei con equipaggio utilizzano spesso fibra di vetro, alluminio e persino fibra di carbonio, i produttori di UAV non utilizzano ancora tali materiali in piccole imbarcazioni. I seguenti sono i materiali più comuni che troverai nel settore:

EPO (Expanded PolyOlefin) - Questo tipo di schiuma è leggero, più rigido e più resistente del polistirene espanso (EPS). Quando si realizzano stampi, consente di ottenere una superficie abbastanza liscia. In caso di incidente, tale schiuma si comprime e, se la forza è eccessiva, i punti più deboli saranno soggetti a distruzione. Di norma, le parti in EPO rimangono solide e, se l'incidente non è grave, gli elementi danneggiati possono essere incollati in seguito.

EPP (Polipropilene Espanso) - Questo tipo di schiuma è flessibile ed elastica e, sebbene leggermente più pesante dell'EPO, è praticamente indistruttibile (per scopi pratici).

EPS (polistirene espanso) - Questo tipo di schiuma è comunemente usato come materiale di imballaggio per televisori, elettrodomestici, nella fabbricazione di caschi, all'interno di ghiacciaie e per la costruzione di strade e abitazioni. L'EPS contiene circa il 95-98% di aria.

Legno di balsa - In passato, la maggior parte degli aerei RC usava la balsa come materiale di base. È un legno incredibilmente leggero, ma indicativamente duro e facile da lavorare, ottimamente adatto per telai, parabordi e empennage. Durante la costruzione è necessario investire tempo e cura incredibili, e anche i colpi più leggeri possono causare gravi danni al telaio (urti più gravi provocano la distruzione completa).

Plastica soffiata - Il processo di soffiaggio della plastica prevede uno stampo chiuso in cui la plastica semifusa viene soffiata e quindi raffreddata per mantenerne la forma. Il risultato è un robusto guscio cavo. La plastica soffiata viene spesso utilizzata per creare una fusoliera (al contrario delle ali), dopo la produzione l'utente deve eseguire i ritagli appropriati. Le strutture/kit soffiati possono includere anche balsa pretagliata come rinforzo. La plastica soffiata può resistere a impatti leggeri e ha la tendenza ad ammaccarsi piuttosto che a collassare.

Plastica sottovuoto - Il processo di formatura sottovuoto prevede il riscaldamento di un sottile foglio di plastica in misura tale da renderlo flessibile ma non completamente fuso e posizionarlo sul matrice; mentre rimane flessibile, l'aria tra lo stampo e il foglio viene rimossa (cioè pompata), il che fa sì che il foglio prenda la sua forma. La plastica si raffredda e dal materiale circostante viene ritagliata una forma tridimensionale. Esistono molti tipi diversi di plastica che possono essere formati sotto vuoto e le loro proprietà possono variare. Il policarbonato è un buon compromesso tra peso e resistenza agli urti.

Plastica ondulata - sebbene pochi aerei lo usino per la fusoliera o le ali, è spesso usato per irrigidire le porte o ovunque siano richieste superfici piatte. La plastica ondulata sembra cartone ondulato, fatta solo di plastica. È molto resistente agli urti e agli urti, facile da lavorare senza attrezzi speciali e molto elegante (aerodinamica).

Quale materiale è migliore?

Quindi quale materiale scegliere per l'aereo? La stragrande maggioranza della comunità FPV utilizza la schiuma EPO perché:

  • Rispetto alla balsa, richiede tempi di assemblaggio esponenzialmente inferiori e quindi si alza più velocemente nell'aria.
  • Relativamente leggero rispetto ad altri materiali e discretamente resistente*, ma può essere facilmente modificato/tagliato.
  • “Perdonatore”, nel senso che è in grado di resistere a incidenti e piccoli urti, e può anche essere ri-incollato più volte; e di nuovo in volo.
  • Buona qualità; I modelli in schiuma sono piuttosto costosi perché il progettista deve compensare il costo della struttura, dei prototipi e dello stampo e il costo del telaio è solitamente proporzionale alle sue dimensioni.
  • Non richiede strumenti speciali come un ferro laminato riscaldato.
  • La maggior parte dei telai completi include i componenti di base richiesti (i modelli in balsa spesso richiedono l'acquisto aggiuntivo di laminato, la maggior parte dell'hardware e altro).

*I modelli in schiuma raramente sono abbastanza rigidi da soli, e per resistere ai carichi che agiscono sulle ali in volo, i questi ultimi richiedono rinforzi aggiuntivi sotto forma di "longheroni" (barre lunghe e sottili, solitamente in fibra di vetro o fibra di carbonio) per aumentare la rigidità. Questi longheroni, concepiti, devono essere incollati in vari punti strategici, sia sopra che sotto l'ala (incollati nei canali pretagliati). Le dimensioni dei modelli in schiuma, di regola, limitano solo la praticità, motivo per cui è piuttosto raro vedere modelli con un'apertura alare superiore a 2 m.

Costruzione

  • Schiuma: È importante notare finora non tutte le colle possono essere utilizzate per incollare la schiuma, poiché alcune di quelle esistenti possono corrodere e distruggere il materiale. Gli adesivi più comuni utilizzati per l'incollaggio della schiuma EPO sono Goop (marchio) e Gorilla Glue (marchio). Goop è trasparente e ha una consistenza densa e un'ottima adesione. Gorilla Glue - richiede un po' d'acqua per attivarsi, la consistenza iniziale è densa. Dopo l'interazione con l'acqua, fa schiuma fino a circa il 400% della sua dimensione originale e ha un colore giallo. La colla Gorilla può essere tagliata nei punti in cui è indesiderabile, ma è necessario evitare che la colla fuoriesca in aree dove non dovrebbe essere (ad esempio, utilizzando nastro adesivo) e dopo l'applicazione, le parti fissate devono essere ferme mentre il la colla si espande e si indurisce. La schiuma viene solitamente tagliata con un coltello affilato, una pistola per saldatura (al contrario di un saldatore) o un filo riscaldato. La sega a mano tende a rompere la schiuma e a lasciare una superficie molto ruvida. Gli aerei in schiuma sono spesso bianchi, raramente neri e ancor meno spesso grigi o di altri colori. La personalizzazione dell'aspetto riguarda l'aggiunta di colori o motivi che possono essere eseguiti utilizzando vernice speciale, laminato o vinile. Si prega di notare che non tutte le vernici sono adatte per colorare la schiuma, alcune possono distruggerla.
  • Balsa: La colla cianoacrilica è più spesso utilizzata per incollare il legno di balsa - di solito un liquido viscoso (quasi come l'acqua), fornisce un legame molto forte tra le superfici da incollare. Una volta che il telaio è pronto, deve essere ricoperto con un laminato (foglio di plastica con adesivo termoattivato su un lato) per creare una superficie aerodinamica. Il film di laminazione viene riscaldato / applicato con il ferro di laminazione, fornendo una superficie solida / dura all'uscita. Il laminato è adatto solo per l'incollaggio su legno di balsa - non può essere utilizzato per creare forme 3D.
  • Compositi: ​​​​È ancora raro vedere materiali compositi utilizzati per creare piccoli velivoli (fibra di carbonio). Queste parti sono a base di resina epossidica (o agente legante speciale) e sono più difficili da tagliare a mano, più spesso è necessaria una fresatrice CNC. Anche la creazione di forme 3D è piuttosto complessa. Gli aeroplani in genere utilizzano materiali compositi per il rinforzo.

Potenza

  • La centrale elettrica dell'aeromobile è costituita da un motore, un'elica (elica), un ESC e una batteria... La scelta delle parti giuste per un telaio non dovrebbe essere un'"ipotesi" ed è meglio vedere se il produttore del telaio ha qualche consiglio in merito al motore, all'elica o alla gamma per un determinato carico utile.
  • In questi giorni, la maggior parte degli appassionati si sta orientando verso i motori elettrici piuttosto che i combustibili (come il cherosene) a causa del loro costo di proprietà più basso e della facilità d'uso. L'energia solare viene utilizzata raramente perché l'energia fornita dall'energia solare, rispetto al peso aggiuntivo dei pannelli solari (che vengono utilizzati per caricare le batterie), non è ancora vantaggiosa.
  • Scegliete una combinazione motore/elica in grado di fornire la spinta richiesta per il vostro aliante con un carico particolare. Diversi produttori di alianti offrono una serie di requisiti di spinta basati sui propri esperimenti per dare un'idea generale della gamma richiesta.
  • Una potenza insufficiente dell'aeroplano può portare a instabilità o incidenti. Un aereo sovraccarico può essere completamente instabile in volo. Considerando che quasi tutte le tecnologie utilizzate per creare i droni provengono dall'industria dei radiocomandi, ci sono ampie informazioni sulla scelta della giusta spinta e dei servoazionamenti per varie applicazioni.
  • Centro di massa: il centro di massa è il punto attorno al quale è possibile posizionare il telaio in modo che il peso sia lo stesso su tutti i lati. Centro di sollevamento/rapporto di coppia. Questo è il punto in cui viene aggiunta tutta la portanza generata dalle ali e dalle superfici di controllo, solitamente nel punto più alto del profilo alare. È auspicabile che il centro di massa corrisponda al centro della forza di sollevamento.

Lancio/Atterraggio

  • Lancio/Atterraggio Pista: per utilizzare il pista, il drone ha bisogno di ruote e la pista deve essere il più piana e perfettamente asfaltata possibile.
  • Attivazione manuale: Esistono due metodi principali per l'attivazione manuale: oscillazione nella mano o oscillazione sopra la testa. Il metodo di spazzamento è simile al lancio di un disco (o al lancio di pietre nell'acqua) in cui l'operatore cerca di accelerare il drone alla massima velocità utilizzando la velocità angolare. In alternativa, esiste un metodo aereo in cui l'operatore lancia l'aereo verso l'alto (preferibilmente con un secondo operatore/assistente).
  • Lancio della catapulta: Per accelerare il drone il più rapidamente possibile, una catapulta utilizza uno dei diversi metodi: un cavo elastico, un argano o persino l'aria compressa. Le catapulte non sono facili da trasportare e richiedono ulteriori investimenti e diagnostica.
  • Impugnatura: Non è difficile catturare un piccolo drone con la mano, a condizione che l'elica non ruoti, ma in qualche modo il metodo richiede una certa abilità.
  • Atterraggio: Il metodo di atterraggio più comunemente utilizzato è un atterraggio in derapata su una superficie abbastanza livellata come l'erba. Questo metodo è rilevante perché sempre meno droni hanno un carrello di atterraggio (e la pista non è disponibile), costringendo l'aereo ad atterrare semplicemente su qualsiasi aereo possibile. Di solito, prima di volare, il pilota trova un luogo di atterraggio adatto. Idealmente, l'aereo dovrebbe avere piastre protettive sostituibili a causa dell'usura progressiva.
  • “Cattura” della rete: Sebbene questo metodo di atterraggio sia più spesso utilizzato dai militari per piccoli droni, l'uso di una rete per catturare un drone è molto efficace laddove altri metodi di atterraggio sono difficili. Detto questo, la creazione di un sistema in rete richiede molto tempo e altri tipi di impianto sono preferibili per la maggior parte degli appassionati.
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