Dronurobsisám

DIY dron: Lekcia 3. Elektráreň..

Obsah

Úvod

Teraz, keď ste vybrali alebo zostavili rám, ďalším krokom je výber správneho pohonného systému. Pretože väčšina existujúcich dronov je elektrických, zameriame sa na generovanie čisto elektrického pohonu pomocou bezkartáčových jednosmerných motorov. Elektráreň obsahuje motory, rotory (vrtule, skrátené rekvizity), ESC a akumulátorovú batériu.

1. Motor

Od toho, aké motory vo svojej zostave použijete, bude závisieť od toho, aké maximálne zaťaženie dron dokáže zdvihnúť, a tiež od toho, ako dlho môže byť za letu. Elektráreň musí nevyhnutne pozostávať z motorov rovnakej značky a modelu, tento prístup jej zabezpečí vyváženú prevádzku. Treba poznamenať, že dokonca aj úplne identické (značka / model) motory môžu mať mierny rozdiel v otáčkach, ktorý následne vyrovná letový regulátor.

Brush vs. Brushless

V kartáčovaných motoroch sa vinutý rotor otáča vo vnútri statora, na ktorom sú magnety pevne pripevnené. V bezkartáčových motoroch je všetko na rade; vinutie je pevne pripevnené k vnútornej strane statora a magnety sú namontované na hriadeli a otáčajú sa. Vo väčšine prípadov budete zvažovať iba bezkartáčové jednosmerné motory (BC). Motory tohto typu sa v amatérskom rádiovom priemysle široko používajú na montáž výrobkov od helikoptér a lietadiel po pohonné systémy v automobiloch a člnoch.

Bezkartáčové motory na palacinky majú väčší priemer, plochejšie a spravidla majú vysoký krútiaci moment a nižší KV (podrobnosti nižšie). Malé UAV (zvyčajne veľkosti dlane) často používajú malé kartáčované motory kvôli ich nižším nákladom a jednoduchému dvojvodičovému ovládaču. Aj keď bezkartáčové motory prichádzajú v rôznych veľkostiach a špecifikáciách, výber menšej veľkosti neznamená, že bude lacnejší.

Inrunner vs Outrunner

Existuje niekoľko typov bezkartáčových jednosmerných motorov:

  • Inrunner je vnútorný rotor. Vinutie je pripevnené k statoru, magnety sú namontované na hriadeli rotora, ktorý sa otáča (zvyčajne sa používa na RC člnoch, vrtuľníkoch a automobiloch kvôli vysokému KV).
  • Outrunner - vonkajší rotor. Magnety sú pripevnené k statoru, ktorý sa otáča okolo stacionárneho vinutia. Spodná časť motora je pevná.(motory tohto typu majú spravidla vyšší krútiaci moment).
  • Hybrid Outrunner - Technicky ide o „Outrunner“, ale implementovaný v balíku „Inrunner“. Tento prístup umožnil kombinovať v jednom type krútiaci moment „Outrunner“ a absenciu vonkajších rotujúcich prvkov ako v motoroch typu „Inrunner“.

KV

KV hodnotenie - max. počet otáčok, ktoré môže motor vyvinúť bez straty výkonu pri danom napätí. Pre väčšinu viacrotorových UAV je dôležitá nízka hodnota KV (napríklad od 500 do 1 000), pretože to pomáha zaistiť stabilitu. Kým pre akrobatický let bude relevantná hodnota KV medzi 1 000 a 1 500, v tandeme s rotormi s menším priemerom (vrtule). Povedzme, že hodnota KV pre konkrétny motor je 650 ot / min, potom pri napätí 11,1 V sa motor bude otáčať rýchlosťou: 11,1 × 650 = 7215 ot / min, a ak použijete motor pri nižšom napätí (povedzme 7,4 V)), potom budú otáčky: 7,4 × 650 = 4810 ot / min. Je dôležité si však uvedomiť, že použitie nízkeho napätia vo všeobecnosti znamená vyššiu spotrebu prúdu (výkon = prúd × napätie).

Ťah

Niektorí výrobcovia bezkartáčových motorov môžu v špecifikácii špecifikovať informácie o maximálnom možnom ťahu (sile) generovanom motorom v spojení s odporúčaným hlavným rotorom. Mernou jednotkou ťahu je zvyčajne kilogram (Kg / Kg), libra (Lbs) alebo Newton (N). Napríklad, ak staviate kvadrokoptéru a poznáte hodnotu ťahu jedného motora = do 0,5 kg v oddelení s 11-palcovým rotorom, potom na výstup možno zdvihnúť štyri takéto motory pri maximálnom ťahu: 0,5 kg × 4 = 2 kg. Ak je teda celková hmotnosť vašej kvadrokoptéry o niečo menšia ako 2 kg, potom s takouto elektrárňou bude štartovať iba pri maximálnych otáčkach (maximálny ťah). V tomto prípade bude dôležité buď zvoliť výkonnejší zväzok motorov rotora, ktorý poskytne väčší ťah, alebo znížiť celkovú hmotnosť dronu. Pri max. ťah elektrárne = 2 kg, hmotnosť dronu by nemala byť väčšia ako polovica tejto hodnoty (1 kg vrátane hmotnosti samotných motorov). Podobný výpočet je možné vykonať pre akúkoľvek konfiguráciu. Predpokladajme, že hmotnosť hexakoptéry (vrátane rámu, motorov, elektroniky, príslušenstva atď.) Je 2,5 kg. To znamená, že každý motor pre takú zostavu musí poskytovať (2,5 kg ÷ 6 motorov) × 2 = ťah 0,83 kg (alebo viac). Teraz viete, ako vypočítať optimálny ťah motorov na základe celkovej hmotnosti, ale než sa rozhodnete, odporúčame vám zoznámiť sa s nižšie uvedenými časťami.

Doplňujúce úvahy

  • Konektory: DC kartáčované motory majú dva konektory "" a "-". Výmena drôtov na miestach zmení smer otáčania motora.
  • Konektory: Bezkartáčové jednosmerné motory majú tri konektory. Ak sa chcete dozvedieť, ako ich pripojiť a ako zmeniť smer otáčania, pozrite si nižšie uvedenú časť ESC.
  • Vinutia: Vinutia ovplyvňujú KV motorov. Ak potrebujete najnižšiu hodnotu KV, ale uprednostňujete krútiaci moment, je najlepšie obrátiť svoju pozornosť na bezkartáčové jednosmerné motory typu Pancake.
  • Montáž: Väčšina výrobcov má všeobecnú schému zapojenia jednosmerných motorov pre jednosmerné motory, ktorá umožňuje spoločnostiam, ktoré sa zaoberajú rámom, vyhýbať sa výrobe takzvaných adaptérov. Šablóna je zvyčajne metrická, s dvoma otvormi vzdialenými 16 mm a dvoma ďalšími otvormi vzdialenými 19 mm (90 ° k prvému).
  • Závit: Montážny závit použitý na pripevnenie bezkartáčového motora k rámu sa môže líšiť. Bežné metrické veľkosti skrutiek sú M1, M2 a M3, imperiálne veľkosti môžu byť 2-56 a 4-40.

2. Hlavné rotory (vrtule)

Hlavné rotory (vrtule, skrátené rekvizity) pre viacrotorové UAV pochádzajú z vrtúľ rádiom riadených lietadiel. Mnohí sa budú pýtať: prečo nepoužiť listy helikoptéry? Aj keď sa to už stalo, predstavte si rozmery hexacopteru s lopatkami helikoptéry. Za zmienku tiež stojí, že systém vrtuľníka vyžaduje zmenu výšky lopatiek, čo výrazne komplikuje dizajn.

Môžete sa tiež opýtať, prečo nevyužiť prúdový motor, turbovrtuľový motor, turbovrtuľový motor atď.? Iste sú neuveriteľne dobrí v poskytovaní veľkého ťahu, ale vyžadujú si aj veľa energie. Ak je hlavným záujmom dronu pohybovať sa veľmi rýchlo a nie vznášať sa v uzavretom priestore, môže byť dobrou voľbou jeden z vyššie uvedených motorov.

Listy a priemer

Hlavný rotor väčšiny viacrotorových UAV má dva alebo tri listy. Najpoužívanejšie vrtule sú s dvoma lopatkami. Nepredpokladajte, že pridanie ďalších čepelí automaticky zvýši ťah; každá lopatka pracuje v prúde narušenom predchádzajúcou lopatkou, čím sa znižuje účinnosť vrtule. Hlavný rotor malého priemeru má menšiu zotrvačnosť, a preto je jednoduchšie akcelerovať a spomaľovať, čo je dôležité pre akrobatický let.

Rozteč / uhol útoku / účinnosť / ťah

Ťah generovaný hlavný rotor závisí od hustoty vzduchu, počtu otáčok vrtule, jeho priemeru, tvaru a plochy lopatiek, ako aj od jeho rozstupu. Účinnosť vrtule súvisí s uhlom nábehu, ktorý je definovaný ako rozstup lopatky mínus uhol skrutkovice (uhol medzi výslednou relatívnou rýchlosťou a smerom otáčania listu). Samotná účinnosť je pomer výstupného výkonu k vstupnému výkonu. Väčšina dobre navrhnutých vrtúľ má účinnosť viac ako 80%. Uhol nábehu je ovplyvnený relatívnou rýchlosťou, takže vrtuľa bude mať pri rôznych otáčkach motora rôznu účinnosť. Nábežná hrana listu hlavného rotora tiež výrazne ovplyvňuje účinnosť a je veľmi dôležité, aby bola čo najhladšia. Aj keď by bol najvhodnejší dizajn s premenlivým rozstupom, dodatočná zložitosť potrebná vzhľadom na inherentnú jednoduchosť viacrotorového rotora znamená, že vrtuľa s premenlivým rozstupom sa takmer nikdy nepoužíva.

Rotácia

Rotory sú navrhnuté na otáčanie v smere hodinových ručičiek (CW) alebo proti smeru hodinových ručičiek (CCW). Smer otáčania je naznačený sklonom lopatky ( na vrtuľu od konca tupého kolesaVtailY6X8

Použité materiály

Materiál (y) použitý na výrobu rotorov (vrtúľ) môže mať mierny vplyv na let výkon, ale bezpečnosť by mala byť najvyššou prioritou, najmä ak ste začiatočník a nemáte skúsenosti.

  • Plast (ABS / nylon, atď.) je najobľúbenejšou voľbou, pokiaľ ide o viacmotorové bezpilotné prostriedky. Je to do značnej miery spôsobené nízkymi nákladmi, slušnými letovými vlastnosťami a exponenciálnou trvanlivosťou. V prípade nárazu je spravidla zlomená aspoň jedna vrtuľa a kým zvládnete dron a naučíte sa lietať, vždy budete mať veľa pokazených rekvizít. Tuhosť a odolnosť proti nárazu plastovej skrutky je možné zlepšiť vystužením uhlíkovými vláknami (uhlík), tento prístup je max. efektívna a nie tak drahá v porovnaní s plnohodnotnou vrtuľou a uhlíkovými vláknami.

  • Polymér vystužený vláknami (uhlíkové vlákna, nylon vystužený uhlíkom atď.) -je „pokročilá“ technológia v mnohých vzťahoch. Diely z uhlíkových vlákien stále nie je veľmi jednoduché vyrobiť, a preto za ne zaplatíte viac ako za bežnú plastovú skrutku s podobnými parametrami. Vrtuľa vyrobená z uhlíkových vlákien sa ťažšie zlomí alebo ohne, a preto ak narazí, viac poškodí všetko, s čím príde do kontaktu. Súčasne sú uhlíkové vrtule spravidla dobre vyrobené, tuhšie (poskytujú minimálnu stratu účinnosti), zriedka vyžadujú vyváženie a majú nižšiu hmotnosť ako ktorýkoľvek iný materiál. Odporúča sa zvážiť takéto vrtule až potom, čo sa užívateľská úroveň pilotáže stane pohodlnou.

  • Drevo je zriedka používaným materiálom na výrobu viacrotorových UAV rotorov, pretože ich výroba vyžaduje mechanické spracovanie, čo neskôr robí drevené vrtule drahšími ako plastové. Strom je zároveň dosť silný a nikdy sa neohýba. Všimnite si toho, že drevené vrtule sa stále používajú v rádiom riadených lietadlách.

Skladacie

Skladacie rekvizity majú stredovú časť, ktorá sa spája s dvoma otočnými čepeľami. Keď sa stred (ktorý je spojený s výstupným hriadeľom motora) otáča, na lopatky pôsobia odstredivé sily, ktoré ich tlačia smerom von a v zásade robia vrtuľu „tuhou“, s rovnakým účinkom ako klasická neskladacia vrtuľa. Vzhľadom na nízky dopyt a veľký počet požadovaných dielov sú skladacie vrtule menej časté. Hlavnou výhodou skladacích rekvizít je kompaktnosť a v kombinácii so skladacím rámom môžu byť prepravné rozmery dronu výrazne menšie ako letové rozmery. Súčasnou výhodou skladacieho mechanizmu je absencia potreby úplnej výmeny vrtule v prípade nárazu, stačí nahradiť iba poškodenú lopatku.

Inštalácia

Rovnako ako UAV môžu mať rotory široký rozsah veľkostí. V priemysle teda existuje množstvo „štandardných“ priemerov hriadeľov motorov. V tejto súvislosti je hlavný rotor často dodávaný s malou sadou adaptačných krúžkov (vyzerajú ako podložky s otvormi s rôznym priemerom v strede), ktoré sú inštalované v stredovom otvore podpery

Skrutku je možné pripevniť k motoru podľa toho, ktorý spôsob montáže váš motor podporuje. Ak hriadeľ motora neznamená žiadne možnosti upevnenia (závitové pripojenie, rôzne upevňovacie zariadenia atď.), Potom sa použijú špeciálne adaptéry, ako sú podložky a upínacie klieštiny.

  • Propsaver
  • Upínacie klieštiny

Bezkartáčové motory s vonkajším rotorom (typ "Outrunner") majú spravidla v hornej časti niekoľko závitových otvorovje rovnako obľúbenou možnosťou upevnenia vrtule na hriadeľ motora BC

Ochrana rotorov

Ochrana rotorov - navrhnuté tak, aby vylúčili priamy kontakt elektrárne UAV s protiidúcim predmetom, čím sa zachová jej integrita a prevádzkyschopnosť, ako aj aby sa zabránilo zraneniu rýchlo rotujúcich vrtúľ v dôsledku zrážok s ľuďmi a zvieratami. Kryty vrtúľ sú pripevnené k hlavnému rámu. V závislosti od verzie môže buď čiastočne prekrývať pracovný priestor elektrárne, alebo úplne (kruhová ochrana). Ochrana vrtúľ sa najčastejšie používa na malých (hračkových) UAV. Použitie ochranných prvkov v zostave prináša aj množstvo kompromisov, vrátane:

  • Môže spôsobiť nadmerné vibrácie.
  • Všeobecne odoláva ľahkým úderom.
  • Ak je pod vrtuľou umiestnených príliš veľa montážnych pätiek, môže dôjsť k zníženiu ťahu.

Vyvažovanie

K zlému vyváženiu dochádza na väčšine lacných vrtúľ. Aby ste sa o tom presvedčili, nemusíte chodiť ďaleko, stačí vložiť ceruzku do stredového otvoru skrutky (spravidla pri nerovnováhe bude jedna strana ťažšia ako druhá). Preto sa odporúča vyvážiť svoje rekvizity pred ich inštaláciou na motory. Nevyvážená vrtuľa spôsobí nadmerné vibrácie, ktoré zase negatívne ovplyvnia výkonnosť letového ovládača (prejavuje sa nesprávnym správaním drona za letu), nehovoriac o zvýšení hluku, zvýšenom opotrebovaní prvkov elektrárne a zhoršení stavu kvalita snímania zavesenej kamery.

Vrtuľa môže byť vyvážená rôznymi spôsobmi, ale ak staviate dron od nuly, potom v arzenáli nástrojov musí byť lacné vyváženie vrtúľ, ktoré vám umožní ľahko a jednoducho určiť nerovnováhu hmotnosti vo vrtuli. Na vyrovnanie hmotnosti môžete buď rozdrviť najťažšiu časť podpery (stredná časť listu je rovnomerne brúsená a v žiadnom prípade nie je odrezaná časť vrtule), môžete tiež vyvážiť prilepením kúska pásky (tenkej) na ostrie zapaľovača (segmenty pridávajte rovnomerne, kým sa nedosiahne rovnováha). Všimnite si toho, že čím ďalej od stredu budete vykonávať vyvažovaciu opravu (brúsenie alebo pridávanie remeňa) vrtule, tým väčší bude účinok založený na princípe krútiaceho momentu.

3. ESC

ESC (anglický elektronický regulátor rýchlosti; rus.elektronický regulátor rýchlosti) - umožňuje letovému regulátoru ovládať rýchlosť a smer motora. Pri správnom napätí musí ESC vydržať max. prúd, ktorý môže motor spotrebovať, a tiež obmedziť prúd prechádzajúci fázou počas prepínania. Väčšina hobby ESC dronov umožňuje otáčanie motora iba v jednom smere, avšak so správnym firmvérom môžu pracovať v oboch smeroch.

Pripojenie

Na začiatku môže byť ESC mätúce, pretože na jeho pripojenie je k dispozícii niekoľko drôtov / pinov / konektorov. stranách (ESC môže byť s spájkovanými konektormi alebo bez nich).

  • Napájanie: Dva hrubé vodiče (zvyčajne čierne a červené) sú určené na napájanie z rozvodnej dosky / zväzku, do ktorého prichádza energia priamo z hlavnej batérie lietadla.
  • 3 konektory: Na opačnej strane ovládača sú k dispozícii tri konektory na pripojenie k trom guľkovým konektorom (obvykle dodávaným s motormi) na bezkefovom motore. Použitie konektorov pri pripájaní ESC umožňuje v prípade potreby (v prípade poruchy) rýchlo zmeniť ovládač bez použitia spájkovačky. Stáva sa, že konektory v tvare guľky prichádzajúce s motorom sa nezhodujú s konektormi na regulátore, v takom prípade ich jednoducho vymeňte za vhodné. Ktorý z týchto troch je „plus“ a ktorý je „mínus“? Referenčný bod je jednoduchý, kladný kladný vodič z batérie, na ESC prechádza do plusu, podobne s mínusom.
  • 3-pólový servo konektor R / C s tenkými vodičmi: cez ktorý je spracovaný signál prichádzajúci z prijímača, z toho jeden vodič je signál (prenos plynového signálu do ESC alebo vstup), druhý „mínus“ (alebo uzemnenie) a kladný vodič (nepoužíva sa, ak nie je vstavaný BEC; so vstavaným BEC je to 5 V výstup, ktorý je možné neskôr použiť na napájanie palubná elektronika).

BEC

V počiatkoch modelovania lietadiel bol ako elektráreň použitý spaľovací motor a palubná elektronika bola poháňaná malým batéria. S príchodom elektrickej trakcie a regulátorov (ESC) v nich začali zahŕňať takzvaný obvod na elimináciu batérie-BEC (v angličtine: Batérie Eliminator Circuit; alebo palubný menič napájania; spravidla poskytuje ďalší zdroj prúdu s napätím 5 V pri prúde 1 A alebo vyššom). Inými slovami, je to menič napätia použitý v zostave LiPo na napätie na napájanie palubnej elektroniky dronu.

Pri montáži multirotora musia byť všetky ESC pripojené k letovému ovládaču, vyžaduje sa však iba jeden BEC, inak môžu pri napájaní rovnakých vedení vznikať problémy. Pretože zvyčajne neexistuje spôsob, ako zakázať BEC na ESC, je najlepšie odstrániť červený vodič () a omotať ho elektrickou páskou pre všetky ESC okrem jedného. Je tiež dôležité nechať čierny vodič (uzemnenie) na spoločnú zem.

Firmware

Nie všetky ESC na trhu sú rovnako dobré pre viacrotorové aplikácie. Je dôležité pochopiť, že pred príchodom viacmotorových bezpilotných lietadiel sa bezuhlíkové motory používali predovšetkým ako elektráreň pre rádiom riadené autá, lietadlá a helikoptéry. Väčšina nevyžaduje rýchle reakčné časy ani aktualizácie. ESC so vstavaným softvérom SimonK alebo BLHeli sú schopné veľmi rýchlo reagovať na prichádzajúce zmeny, čo spravidla robí rozdiel medzi stabilným letom alebo nárazom.

Rozvod energie

Pretože každý ESC je napájaný hlavnou batériou, konektor hlavnej batérie musí byť nejakým spôsobom rozdelený na štyri ESC. Vykonáva sa to pomocou dosky na distribúciu energiezväzku distribúcie energieDeans

4. Batéria

Chémia

Batérie používané v leteckých dopravných prostriedkoch bez posádky sú v súčasnosti výlučne lítiumpolyméry (LiPo) a zloženie niektorých z nich je dosť exotické - lítium mangán alebo iné lítium varianty. Olovená kyselina jednoducho nie je vhodná a NiMh / NiCd sú na svoju kapacitu stále príliš ťažké a často nedokážu poskytnúť vysoké požadované rýchlosti vybíjania. LiPo ponúka vysoký výkon a rýchlosť vybíjania, pričom je ľahký. Nevýhodou sú ich relatívne vysoké náklady a neustále problémy s bezpečnosťou (nebezpečenstvo požiaru).

Napätie

V praxi vám na váš UAV stačí jedna batéria. Napätie tejto batérie sa musí zhodovať s motormi BK, ktoré ste vybrali. Takmer všetky batérie, ktoré sa dnes používajú, sú založené na lítiu a obsahujú niekoľko článkov (plechoviek) po 3,7 V, kde 3,7 V = 1 S (t. J. Batéria s jednou plechovkou; 2S sú batérie s dvoma plechovkami atď.). Preto batéria označená 4S bude mať pravdepodobne nominálnu hodnotu 4 × 3,7 V = 14,8 V. Počet plechoviek vám tiež pomôže určiť, akú nabíjačku použiť. Upozorňujeme, že vysokokapacitná jednočlánková batéria môže fyzicky vyzerať ako nízkokapacitná viacčlánková batéria.

Kapacita

Kapacita batérie sa meria v ampérhodinách (Ah). Malé batérie môžu mať kapacitu 0,1 Ah (100 mAh), kapacita batérií pre stredne veľké drony sa môže pohybovať od 2-3 Ah (2 000 mAh-3 000 mAh). Čím vyššia je kapacita, tým dlhšia je doba letu, a teda aj ťažšia batéria. Doba letu konvenčného UAV sa môže pohybovať v rozmedzí 10-20 minút, čo sa môže zdať krátkodobé, ale mali by ste pochopiť, že dron počas letu neustále bojuje s gravitáciou a na rozdiel od lietadla nemá povrchy. (krídla), ktoré poskytujú pomoc vo forme optimálnej zdvíhacej sily.] Dlaň). Rýchlosť vybíjania väčšiny batérií LiPo je najmenej 5 ° C (päťnásobok kapacity), ale keďže väčšina motorov používaných vo viacrotorových UAV spotrebováva veľa prúdu, batéria musí byť schopná vybíjania neuveriteľne vysokým prúdom, ktorý je zvyčajne asi 30A alebo viac.

​​

Bezpečnosť

LiPo batérie nie sú úplne bezpečné, pretože obsahujú stlačený vodíkový plyn a majú tendenciu horieť a / alebo explodovať, keď čokoľvek niečo nie je v poriadku. Ak teda máte akékoľvek pochybnosti o zdravotnom stave batérie, v žiadnom prípade ju nepripájajte k dronu alebo dokonca k nabíjačke - považujte ju za „vyradenú“ a zlikvidujte ju správne. Zjavnými znakmi toho, že s batériou nie je niečo v poriadku, sú preliačiny alebo opuch (t. J. Únik plynu). Pri nabíjaní batérie LiPo je najlepšie použiť bezpečný box LiPo (trezor na batérie). V týchto škatuliach je tiež najlepšie skladovať batériu

Nabíjanie

Väčšina batérií LiPo má dva konektoryNabíjačkabezpečnostné obavy súvisiace s lítium -polymérovými batériami

Mounting

Batéria je najťažším prvkom dronu, preto by mal byť nainštalovaný v strede úvrati, aby sa zabezpečilo rovnaké zaťaženie motorov. Batéria nevyžaduje žiadne špeciálne upevnenie (obzvlášť samorezné skrutky, ktoré môžu poškodiť LiPo a spôsobiť požiar), takže niektoré dnes používané spôsoby montáže zahŕňajú popruhy na suchý zips, gumené, plastové priehradky a ďalšie. Najbežnejšou možnosťou upevnenia batérie je zavesenie batérie pod rám pomocou remienka na suchý zips.

.
Podobné články