DIY -drönare: Lektion 8. Flygplan..

Innehåll

  • DIY -drönare: Lektion 1. Terminologi.
  • Gör-det-själv drönare: Lektion 2. Ramar.
  • Gör-det-själv drönare: Lektion 3. Kraftverk.
  • Gör-det-själv-drönare: Lektion 4. Flygkontroller.
  • Gör-det-själv-drönare: Lektion 5. Montering.
  • Gör-det-själv-drönare: Lektion 6. Prestandakontroll.
  • DIY Drone: Lektion 7. FPV och Distance.
  • Gör-det-själv-drönare: Lektion 8. Flygplan.] detaljer. Denna artikel undersöker flera överväganden om huruvida ett flygplan är lämpligt att använda som en drönare och i så fall hur man väljer rätt typ.

    Multicopter vs Airplane

    Vilka fördelar kan ett flygplan erbjuda framför en multicopter? Medan en multikopter är perfekt för roliga FPV / autonoma flygningar, är dess nyttolast och flygtid fortfarande begränsad eftersom rotorn konstant måste rotera (och därmed slösa energi) för att bekämpa gravitationen och hålla drönaren i luften. Flygplan, å andra sidan, använder sina vingar för att skapa lyft. Så vilken typ är bättre? Bortsett från elektronisk fyllning som sändare, mottagare, FPV -utrustning, flygkontroll, verkar följande funktioner vara de mest relevanta för att besvara frågan:

    Multicopter

    • Kan ta av och landa vertikalt samt sväva på plats.
    • De kräver inte mycket utrymme för att flyga och är i huvudsak "omnidirektionella" och kan snabbt ändra riktning och hastighet.
    • Dragkraften från propellerna är det som håller båten i luften.
    • Mindre intuitivt under flygning, med tanke på att fartyget kan ändra orientering och flyga i nästan vilken riktning som helst, och gimbal kan lätt orsaka desorientering.
    • "Medium" multicopters med diametrar på 400 till 600 mm är de vanligaste och kostar vanligtvis mellan 200 och 1000 dollar för en (anpassad) färdigflygrigg.
    • Trots att multikoptrar har betydligt färre rörliga delar än helikoptrar leder nästan alla funktionsstörningar i en quadcopter till en olycka.

    Flygplan

    • Startas manuellt med landningsbana eller katapult och landar vanligtvis på relativt plant gräs eller landningsbana...
    • Ett stort öppet utrymme krävs för flygning eftersom flygplanets manövrerbarhet är begränsad (det vill säga det är alltid nödvändigt att gå framåt).
    • Vingarna skapar lyft.
    • Högre lyftkapacitet.
    • Skummodeller kan vara överseende vid en olycka och de flesta kan repareras / renoveras.
    • Modeller med ett vingspann på 500 mm till 1,8 m är de vanligaste för hobbybruk, och en komplett installation kostar vanligtvis mellan 200 och 1000 dollar.
    • Vid motorfel är det fortfarande möjligt att landa utan att skada flygplanet.

    VTOL (vertikal start och landning)

    • Strukturerna inkluderar vingar och propellrar (inte många kommersiella / produktionsprodukter för tillfället).
    • Kontrollerna är fortfarande ganska svåra att byta från vertikal till horisontell flygning.
    • Konstruktionerna skiljer sig mycket från drönare med vingar eller från att använda / förlänga drönarstödarmar (balkar) för att möjliggöra vingprofiler.
    • Kommer inte att diskuteras vidare i denna artikel.
    • ​​

    Överväganden

    • Lanseringsplats: skada eller skada på en person eller egendom, är UAV: ​​er / drönare förbjudna att flyga över byggnader, i tätbefolkade områden eller på trånga platser. Flygplan kräver helst stora öppna ytor, medan multicopters kan operera i mer trånga utrymmen. Om du inte har ett öppet utrymme för flygning, är det bäst att använda en liten multikopter.
    • Tillämpning: Multikoptern är mer lämplig för flyg- / FPV -fotografering än någonsin. Kartografi och långdistansflyg görs bäst med ett flygplan.
    • Intresse: Detta bör vara en faktor när du väljer om du är intresserad av en typ av drönare mer än en annan.
    • Budget: Den vanligaste multikoptern (500 mm) kommer sannolikt att vara något dyrare än ett jämförbart flygplan (≈ 1,5 m vingspann), men inte mycket. Hur beredd är du att tappa drönaren på grund av en plötslig krasch eller förlust av kontroll som orsakar okontrollerad borttagning?
    • Flygtid: En genomsnittlig quadcopter, medelstorlek kommer att stanna uppe i 10-15 minuter (även om vissa tillverkare kan öka den här tiden till 30-40 minuter), medan den genomsnittliga elektriska flygplan kommer att ge cirka 20-60 minuter per minut vid "normal" användning (dvs inte full gas), men många olika faktorer måste beaktas i båda fallen.
    • Flight Controller: Inte alla kontrollanter kan flyga alla typer av flygplan. Innan du väljer en av några, se till att den flygplanstyp du är intresserad av stöds av flygkontrollen (om du tänkte använda en). Hur man ställer in en flygkontroller kommer inte att diskuteras i den här artikeln.

    Vanliga UAV / Drone Wing -typer

    Det finns många olika flygplan som används för att bygga drönare, men vissa konstruktioner används mycket oftare än andra. I takt med att fler och fler tillverkare börjar producera anpassade aerodynamiska ramar för fristående användning försvinner onödiga delar, till exempel cockpitlayout, som vanligtvis hittades på RC-flygplan tidigare.

    Delta Wing

    Den flygande vingen är den överlägset enklaste (och kanske mest populära) design. En enkel / rudimentär ram kan tillverkas med hjälp av billigt expanderat polypropylenskum (EPP) och en grundläggande Kline-Fogleman flygplatta (Kline-Fogleman eller KFm). De har traditionellt bara två kontrollytor, vilket innebär att alla varv görs med rullar. Propellern är vanligtvis på baksidan (så att kameran kan monteras på framsidan), men den flyger på samma sätt med motorn i mitten eller fram, förutsatt att tyngdpunkten är korrekt. Fantastisk konstruktion för sin enkelhet och tenderar att flyga i höga hastigheter.

    Motoriserad segelflygplan / segelflygplan

    Om du vill stanna uppe så länge som möjligt (dvs. längsta flygtid), detta design är det bästa valet. Vanligtvis kan den ha en medellång eller hög vinge, och svansen är ofta T- eller V-formad. Alla ramar som visas här kan användas för roliga flygningar (eller mer), men om du vill att drönaren ska stanna i luften så länge som möjligt måste du överväga ett flygplan med en stor vinge, och det är här som segelflygplan är excellent. De är inte utformade för att vara de snabbaste (snarare de långsammaste) och bära mest nyttolast (de ska vara så lätta som möjligt), men en bra design kan hålla sig i luften i timmar. Nästan alla har en propeller installerad på framsidan, så i fall där det behövs en kamera är den vanligtvis monterad på undersidan / magen på flygkroppen.

    "Skywalker"

    stör, som ligger precis nedanför. Vingen är vanligtvis trapetsformad eller rektangulär. En alternativ design använder två bommar för att stödja svansen (en på varje sida av propellern, typ " Twin Boom

    Standard

    Konventionella RC -plan konverteras fortfarande ofta för användning som drönare, med mönster som sträcker sig från Mustangs (Sport) till Piper Cubs (tränare). Nästan alla har en frontmonterad propeller (dragare eller avdragare). Vingarna har vanligtvis en rak fram- / bakkant (rektangulär), men för stridsflygplan kan vingen vara mer trapetsformad. Sådana konstruktioner används mest eftersom de är de vanligaste och lättillgängliga RC -flygplanen. Tyvärr är flygplanet inte lämpliga för modifiering och innehåller estetiska element som inte behövs när de används som en UAV. Dessutom är detta inte den mest praktiska designen när det gäller att välja en obehindrad plats för installation av kameran. De flesta är baserade på trä som inte förlåter olyckor.

    Anpassad

    Det finns flera anpassade mönster tillgängliga, varav en är "Drak" (nästan omvänd delta). Denna speciella design har vingar i ett nästan framåt svept läge och en propeller i ryggen. Fördelarna och nackdelarna varierar från modell till modell, även om deras unika utseende ofta lockar mycket uppmärksamhet.

    Storlek

    Så hur stort ska ditt plan vara? Ett kriterium som avgör det framtida transportsättet, som ofta hänvisas till redan före användning. Flygplan är (nästan) alltid större än multicopters, och eftersom utrymmet du planerar att flyga kanske inte är nära ditt hem eller företag, måste transporten oftast ske med bil. På grund av detta tenderar ramstorleken för denna typ av drönare att vara begränsad till 2 meter (vingspann), och i de flesta fall borde vingarna vara avtagbara. Om den flygande vingen inte kan ha löstagbara vingar, kommer vingarna att vara mindre än 1,2 meter så att de enkelt kan placeras i baksätet på ett fordon. Klassiskt sett har RC -plan i standardstorlek ett vingspann på 0,5 - 2 m, så tillgången på delar för denna storlek (motor, ESC, batteri, servon etc.) är mycket bra.

    Flygtid

    Den andra frågan du kan ställa dig är hur länge planet ska stanna i luften. Om du planerar att fjärrstyra flygplanet är det värt att överväga att efter cirka 20-30 minuters pilotering blir de flesta fysiskt / psykiskt trötta och försöker slutföra flygningen. För långsiktiga flygningar rekommenderas att man överväger ett segelflygplan med ett vingspänner på minst 2 meter (med låg nyttolast).

    Ansökan

    Och det tredje övervägandet är naturligtvis den potentiella applikationen. Listan över vanliga: FPV -flygning, kartläggning, samt helt autonom flygning med sensorer. För autonom flygning behöver du en GPS -flygkontroll, och det är också möjligt att lägga till sensorer.

    Typer av kit

    Att designa ett anpassat flygplan är sällan en prioritet för dem som bara vill lyfta för första person eller autonom flygning. eftersom detta vanligtvis kräver antingen seriös forskning eller tillräcklig kunskap om aerodynamik. Av denna anledning blir ramar som är utformade specifikt för FPV / UAV allt mer populära. Men med tanke på den utbredda populariteten hos konventionella RC -flygplan vänder sig många entusiaster fortfarande till befintliga RC -modeller (inte nödvändigtvis skalmodeller) och anpassar dem för FPV / autonom användning.

    RTF (Ready to Fly) - detta kit innehåller allt du behöver för att använda produkten för det avsedda ändamålet, och som regel innehåller den en färdigmonterad ram (för mer kompakt leverans kan vingarna demonteras) med förinstallerad arbetsstoppning (motor, ESC, servon, klaffar etc.), samt en sändare och mottagare, batteri och laddare. Vanligtvis ansluter du flygkroppen till vingen (eller vingarna), laddar, installerar och ansluter batteriet och du är redo att flyga. Detta är det snabbaste sättet att komma upp i luften, men samtidigt tillåter sådana kit inte efterföljande uppgraderingar.

    BNF (Bind and Fly) - Drönaren levereras nästan helt monterad (för mer kompakt leverans kan vingarna demonteras). Satsen innehåller inte en mottagare / sändare. Monteringen är mycket snabb med tanke på att alla delar redan är monterade / monterade. Du måste ansluta mottagaren till servon och drivlinan, installera batteriet och kontrollera CG (tyngdpunkten) och sedan gå igenom checklistan före flygningen, utför kalibreringen. Observera att det kan vara nödvändigt att anpassa din kontrollutrustning för denna UAV -modell. Detta är det näst snabbaste sättet att komma upp i luften.

    PNF (Plug and Fly) - flygplanet är mestadels helt monterat (för mer kompakt leverans kan vingarna demonteras). Satsen innehåller ESC, propellrar och servon. Satsen innehåller inte en sändare, mottagare, batteri eller laddare. Du måste ansluta mottagaren till servon och drivlinan, välja och installera batteriet (kontrollera CG) och sedan gå igenom checklistan före flygningen och utföra kalibreringen. Observera att det kan vara nödvändigt att anpassa din kontrollutrustning för denna UAV -modell.

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

    ARF (Almost Ready to Fly) - produkter i denna konfiguration innehåller vanligtvis en ram och lite hårdvara. Levereras delvis monterad med praktiskt taget alla ramdelar / komponenter som krävs för att montera ramen. Viss vidhäftning kan krävas. Användaren måste välja sin egen sändare, mottagare, motor, ESC, propeller och servo eftersom de inte ingår.

    KIT - I dag innehåller KIT -flygplan monteringsplaner, men det kommer att ta lång tid innan flygplanet är värdigt att flyga. Det rekommenderas att ha en viss flygupplevelse innan du flyger med ett KIT -flygplan, eftersom en olycka (vanligtvis på den första flygningen) kan leda till många timmars UAV -återhämtning.] piloten. Vanligtvis behöver designern välja alla lämpliga komponenter, och ofta görs monteringen genom försök och fel.

    Konstruktion

    Det finns många olika material som används för att skapa ram, skärmar och svans för RC -flygplan / drönare. Medan bemannade flygplan ofta använder glasfiber, aluminium och till och med kolfiber använder UAV -tillverkare ännu inte sådana material i småbåtar. Följande är de vanligaste materialen du hittar i branschen:

    EPO (Expanded PolyOlefin) - Denna typ av skum är lätt, styvare och starkare än expanderad polystyren (EPS). När du gör formar kan du uppnå en ganska slät yta. I händelse av en olycka komprimeras sådant skum, och om kraften är överdriven kommer de svagaste punkterna att bli föremål för förstörelse. Som regel förblir delar av EPO intakta, och om olyckan inte är allvarlig kan de skadade elementen limas senare.

    EPP (Expanded PolyPropylene) - Denna typ av skum är flexibel och elastisk, och även om den är något tyngre än EPO, är den praktiskt taget oförstörbar (för praktiska mål).

    EPS (Expanded PolyStyrene) - Denna typ av skum används vanligtvis som förpackningsmaterial för tv -apparater, elektriska apparater vid tillverkning av hjälmar, inuti islådor och för väg- och bostadsbyggande. EPS innehåller cirka 95-98% luft.

    Balsa Wood - Tidigare använde de flesta RC -flygplan balsa som basmaterial. Det är ett otroligt lätt, men ändå tydligt tufft och lättarbetat trä, optimalt lämpat för ramar, skärmar och empennage. Otrolig vård och tid måste investeras under konstruktionen, och även de lättaste slagna kan orsaka allvarliga skador på ramen (allvarligare krascher leder till fullständig förstörelse).

    Blåst plast - Plastblåsformningsprocessen innebär en sluten munstycke i vilken halvsmält plast blåses och kyls sedan för att behålla sin form. Resultatet är ett starkt ihåligt skal. Blåst plast används oftast för att skapa en flygkropp (i motsats till vingar), efter tillverkningen måste användaren göra lämpliga utskärningar. De blåsta strukturerna / satsen kan också innehålla förskuren balsa som förstärkning. Blåst plast tål ljuspåverkan och har en tendens att bucka snarare än att kollapsa.

    Vakuumplast - Vakuumformningsprocessen innebär att man värmer ett tunt plastark så att det blir flexibelt men inte helt smält och placerar det på det täckta matris; medan den förblir flexibel, avlägsnas luften mellan munstycket och arket (dvs pumpas ut), vilket får arket att ta sin form. Plasten svalnar och en tredimensionell form skärs av det omgivande materialet. Det finns många olika typer av plast som kan vakuumformas och deras egenskaper kan variera. Polykarbonat är en bra kompromiss mellan vikt och slagtålighet.

    Korrugerad plast - även om få flygplan använder den för flygkroppen eller vingarna, används den ofta för att stelna dörrar eller varhelst plana ytor krävs. Wellpapp ser ut som wellpapp, bara gjord av plast. Det är mycket krasch- och stöttåligt, lätt att arbeta med utan några speciella verktyg och mycket elegant (aerodynamik).

    Vilket material är bättre?

    Så vilket material ska du välja för flygplanet? De allra flesta i FPV -communityn använder EPO -skum eftersom:

    • Jämfört med balsa tar det exponentiellt kortare monteringstid och stiger därför snabbare upp i luften.
    • Relativt lätt jämfört med andra material och hyfsat seg*, men kan enkelt ändras / klippas.
    • ”Förlåtande”, i den meningen att han tål olyckor och små påverkan, och kan också limas om många gånger; och igen i flygning.
    • Bra kvalitet; Skummodeller är ganska dyra eftersom konstruktören måste kompensera för kostnaden för strukturen, prototyper och mögel, och kostnaden för ramen är vanligtvis proportionell mot dess storlek.
    • Kräver inga specialverktyg som ett uppvärmt laminatjärn.
    • De flesta kompletta ramarna innehåller de grundläggande komponenterna som krävs (balsamodeller kräver ofta ytterligare inköp av laminat, mest hårdvara och mer).

    *Skummodeller är sällan tillräckligt styva på egen hand och för att klara belastningarna som påverkar vingarna under flygning senare kräver ytterligare förstärkning i form av "spars" (långa och tunna stavar, vanligtvis gjorda av glasfiber eller kolfiber) för att öka styvheten. Dessa spars, tänkta, måste limmas på olika strategiska platser, både ovanför och under vingen (limmade i de förklippta kanalerna). Storleken på skummodeller begränsar som regel bara det praktiska, varför det är ganska sällsynt att se modeller med ett vingspann på mer än 2 m.

    Bygg

    • Skum: Det är viktigt att notera att långt inte alla lim kan användas för att limma skummet, eftersom några av de befintliga kan korrodera och förstöra materialet. De vanligaste limen som används för bindning av EPO -skum är Goop (varumärke) och Gorilla Lim (varumärke). Goop är transparent och har en tjock konsistens och utmärkt bindning. Gorillalim - kräver lite vatten för att aktivera, den ursprungliga konsistensen är tjock. Efter interaktion med vatten skummar den upp till cirka 400% av sin ursprungliga storlek och har en gul färg. Gorillalim kan skäras på platser där det är oönskat, men det är nödvändigt att förhindra att limmet läcker ut i områden där det inte ska vara (till exempel med maskeringstejp), och efter applicering måste de fästa delarna vara stationära medan lim expanderar och stelnar. Skummet skärs vanligtvis med en vass kniv, en lödpistol (i motsats till ett lödkolv) eller en uppvärmd tråd. Handsågen tenderar att bryta skummet och lämna en mycket grov yta. Skumplan är ofta vita, sällan svarta och ännu mindre ofta gråa eller andra färger. Utseende anpassning handlar om att lägga till färg eller mönster som kan göras med specialfärg, laminat eller vinyl. Observera att inte alla färger är lämpliga för färgning av skummet, vissa kan förstöra det.
    • Balsa: Cyanoakrylatlim används oftast för att binda balsaträ - vanligtvis en viskös vätska (nästan som vatten), ger en mycket stark bindning mellan ytorna som ska bindas. När ramen är klar måste den täckas med ett laminat (plastark med värmeaktiverat lim på ena sidan) för att skapa en aerodynamisk yta. Lamineringsfilmen värms / appliceras med lamineringsjärnet, vilket ger en fast / hård yta vid utgången. Laminat är endast lämpligt för limning på balsaträ - det kan inte användas för att skapa 3D -former.
    • Kompositer: ​​Det är fortfarande sällan man ser kompositmaterial som används för att skapa små flygplan (kolfiber). Dessa delar är baserade på epoxiharts (eller speciellt bindemedel) och är svårare att skära för hand, oftare krävs en CNC -fräsmaskin. Skapandet av 3D -former är också ganska komplext. Flygplan använder vanligtvis kompositer för förstärkning.

    Kraft

    • Flygplans kraftverk består av en motor, propeller (propeller), ESC och batteri... Att välja rätt delar för en ram bör inte vara en "gissning" och det är bäst att se om ramtillverkaren har några rekommendationer angående motor, propeller eller räckvidd för en given nyttolast.
    • I dessa dagar lutar de flesta entusiaster mot elmotorer snarare än bränslen (t.ex. fotogen) på grund av deras lägsta ägandekostnad och användarvänlighet. Solenergi används sällan eftersom den kraft som solenergi ger, jämfört med den extra vikten av solpaneler (som används för att ladda batterier), fortfarande inte är fördelaktig.
    • Välj en motor / propellerkombination som kan ge den glidkraft som krävs för din segelflygplan vid en viss last. Flera glidflyttillverkare erbjuder ett antal dragkrav baserade på egna experiment för att ge en allmän uppfattning om det erforderliga intervallet.
    • Otillräcklig flygplanskraft kan leda till instabilitet eller krasch. Ett överbelastat flygplan kan vara helt instabilt under flygning. Med tanke på att nästan all teknik som används för att skapa drönare kommer från radiostyrningsindustrin, finns det gott om information om att välja rätt driv- och servodrivning för olika applikationer.
    • Masscentrum: Massans centrum är den punkt runt vilken ramen kan placeras så att vikten är densamma på alla sidor. Lyfthöjd / vridmoment. Detta är den punkt där all hiss som genereras av vingarna och kontrollytorna läggs till, vanligtvis vid flygplanets högsta punkt. Det är önskvärt att massans centrum motsvarar lyftkraftens centrum.

    Uppskjutning / landning

    • Start / landning för landningsbana: för att använda banan, drönaren behöver hjul, och banan måste vara så platt och perfekt asfalterad som möjligt.
    • Manuell utlösare: Det finns två huvudsakliga metoder för manuell utlösning: svängning i hand eller svängning över tak. Sopmetoden liknar att starta en skiva (eller kasta sten genom vatten) där operatören försöker accelerera drönaren till maximal hastighet med vinkelhastighet. Alternativt finns det en överliggande metod där operatören startar planet uppåt (helst med en andra operatör / assistent).
    • Catapult Launch: För att accelerera drönaren så snabbt som möjligt använder en katapult en av flera olika metoder: en bungeekabel, en vinsch eller till och med tryckluft. Katapulter är inte lätta att transportera och kräver ytterligare investeringar och diagnostik.
    • Handtag: Det är inte svårt att fånga en liten drönare med handen, förutsatt att propellern inte roterar, men på något sätt kräver metoden viss skicklighet.
    • Landning: Den vanligaste landningsmetoden är en skidlandning på en hyfsat plan yta som gräs. Denna metod är relevant eftersom färre och färre drönare har landningsställ (och landningsbanan är inte tillgänglig), vilket tvingar planet att helt enkelt landa på vilket plan som helst. Vanligtvis, innan flygningen, hittar piloten en lämplig landningsplats. Helst ska flygplanet ha utbytbara skyddsplattor på grund av progressivt slitage.
    • Nätverksfångst: Även om denna landningsmetod oftast används av militären för små drönare, är det mycket effektivt att använda ett nät för att fånga en drönare där andra landningsmetoder är svåra. Med detta sagt är det tidskrävande att skapa ett nätverkssystem och andra typer av planteringar är att föredra för de flesta entusiaster.
    .