DIY 无人机：第 3 课。发电厂..

内容

DIY 无人机：第 1 课。术语。
自己动手做的无人机：第 2 课。框架。
自己动手做的无人机：第 3 课。发电厂。
自己动手做的无人机：第 4 课。飞行控制器。
自己动手做的无人机：第 5 课。组装。
自己动手做的无人机：第 6 课。性能检查。
自己动手做的无人机：第 7 课。 FPV 和距离。
用自己的双手驾驶无人机：第 8 课。飞机。

介绍

现在您已经选择或构建了一个框架，下一步是选择正确的动力系统。由于现有的大多数无人机都是电动的，我们将专注于通过无刷直流电机产生纯电力推进。动力装置包括电机、转子（螺旋桨，简称螺旋桨）、ESC 和蓄电池。

1. 电机

您在组装中使用的电机将决定无人机可以提升的最大负载，以及它可以飞行多长时间。发电厂必须由相同品牌和型号的电机组成，这种方法将为其提供平衡运行。应该注意的是，即使是完全相同（品牌/型号）的电机也会在速度上存在细微差异，随后由飞行控制器进行调整。

有刷与无刷

在有刷电机中，绕线转子在定子内旋转，磁体刚性固定在定子内。在无刷电机中，一切都在转弯；绕组刚性固定在定子内部，磁铁安装在轴上并旋转。在大多数情况下，您只会考虑无刷直流电机 (BC)。这种类型的电机广泛用于业余无线电行业，以组装从直升机和飞机到汽车和船只驱动系统的产品。
薄饼无刷电机直径更大，更扁平，并且通常具有高扭矩和更低的KV（详情如下）。小型无人机（通常为手掌大小）由于成本较低且两线控制器简单，因此通常使用小型有刷电机。虽然无刷电机有不同的尺寸和规格，但选择更小的尺寸并不意味着它会更便宜。

内转子与外转子

有几种类型的无刷直流电机：
内转子 是内转子.绕组固定在定子上，磁铁安装在转子轴上，转子轴旋转（由于高KV，通常用于遥控船、直升机和汽车）。
外转子 - 外转子。磁铁固定在围绕固定绕组旋转的定子上。电机底部被锁定。（通常，这种类型的电机具有更大的扭矩）。
Hybrid Outrunner 在技术上是“Outrunner”，但在“Inrunner”包中实现。这种方法可以将“外转子”扭矩和没有外部旋转元件的“外转子”类型电机结合为一种类型。

KV

KV 额定值 - 最大在给定电压下，电机在不损失功率的情况下可以发展的转数。对于大多数多旋翼无人机，较低的 KV 值（例如，从 500 到 1000）是相关的，因为这有助于确保稳定性。而对于特技飞行，1000 到 1500 之间的 KV 值将是相关的，与较小直径的转子（螺旋桨）一起使用。假设特定电机的 KV 值为 650 rpm，那么在 11.1V 电压下，电机将以以下速度旋转：11.1 × 650 = 7215 rpm，如果您在较低电压下使用电机（比如 7.4V) ，则转速为：7.4 × 650 = 4810 rpm。然而，需要注意的是，使用低电压通常意味着更高的电流消耗（功率 = 电流 × 电压）。

推力

一些无刷电机制造商可能会在规格信息中指定电机与推荐转子一起产生的最大可能推力（推力）。推力的计量单位通常是千克（Kg / Kg）、磅（Lbs）或牛顿（N）。例如，如果您正在建造一架四轴飞行器，并且您知道单个电机的推力值 = 在带有 11 英寸转子的隔间中高达 0.5 千克，那么在输出端可以以最大推力提升四个这样的电机：0.5 千克× 4 = 2kg。因此，如果您的四轴飞行器的总重量略小于 2 公斤，那么对于这样的动力装置，它只能以最大转速（最大推力）起飞。在这种情况下，要么选择更强大的转子电机组，这将提供更大的推力，要么减少无人机的总重量，这将是相关的。在最大。动力装置推力=2kg，无人机重量不超过该值的一半（1kg，包括电机本身的重量）。可以对任何配置进行类似的计算。假设六轴飞行器（包括机架、电机、电子设备、配件等）的重量为 2.5kg。这意味着此类组件的每台发动机必须提供（2.5kg ÷ 6 个电机）× 2 = 0.83kg（或更多）的推力。现在您知道如何根据总重量计算电机的最佳推力，但在做出决定之前，我们建议您熟悉以下部分。

其他注意事项

连接器： 直流有刷电机有两个连接器“”和“-”。改变地方的电线会改变电机的旋转方向。
连接器： 无刷直流电机具有三个连接器。要了解如何连接它们以及如何改变旋转方向，请参阅下面的 ESC 部分。
绕组： 绕组影响电机的 KV。如果您需要最低的KV值但优先考虑扭矩，最好将注意力转向Pancake型无刷直流电机。
安装： 大多数制造商都有用于直流电机的直流电机的通用接线图，这可以让车架公司避免制作所谓的适配器。模板通常是公制的，两个孔相距 16mm，另外两个孔相距 19mm（与第一个成 90°）。
螺纹： 用于将无刷电机连接到框架的安装螺纹可能会有所不同。常用的螺丝公制尺寸有M1、M2和M3，英制尺寸可以是2-56和4-40。

2. 主旋翼（Propellers）

多旋翼无人机的主旋翼（螺旋桨，简称螺旋桨）源于无线电遥控飞机的螺旋桨。很多人会问：为什么不使用直升机桨叶？即使这已经完成，想象一下带有直升机叶片的六轴飞行器的尺寸。还值得注意的是，直升机系统需要改变桨叶的桨距，这使设计显着复杂化。

你可能还会问为什么不使用涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机等？当然，它们非常擅长提供大量推力，但它们也需要大量能量。如果无人机的主要关注点是快速移动而不是在密闭空间中盘旋，那么上述电机之一可能是不错的选择。

叶片和直径

大多数多旋翼无人机的主旋翼有两个或三个叶片。使用最广泛的螺旋桨有两个桨叶。不要以为增加更多的叶片会自动增加推力；每个叶片都在被前一个叶片扰动的气流中工作，降低了螺旋桨的效率。小直径的主旋翼惯性更小，因此更容易加速和减速，这对于特技飞行很重要。

俯仰/攻角/效率/推力

主旋翼取决于空气密度、螺旋桨的转数、直径、叶片的形状和面积以及桨距。螺旋桨的效率与攻角有关，攻角定义为桨距减去螺旋角（产生的相对速度与桨叶旋转方向之间的夹角）。效率本身就是输出功率与输入功率的比值。大多数精心设计的螺旋桨的效率都在 80% 以上。攻角受相对速度的影响，因此螺旋桨在不同的电机速度下会有不同的效率。主旋翼桨叶的前缘对效率也有很大的影响，尽可能光滑是非常重要的。虽然可变螺距设计是最好的，但由于多旋翼固有的简单性而增加了复杂性，这意味着几乎从不使用可变螺距螺旋桨。

旋转

转子设计为顺时针旋转 (CW) 或逆时针旋转(CCW)。旋转方向由叶片的倾斜度表示（从对接端VtailY6X8

执行材料

用于制造旋翼（螺旋桨）的材料可能对飞行有中等影响性能，但安全应该是重中之重，特别是如果您是初学者且缺乏经验。
塑料（ABS / 尼龙等） 是多引擎无人机最受欢迎的选择。这主要是由于低成本、良好的飞行特性和指数级耐用性。通常，在发生坠机事故时，至少有一个螺旋桨坏了，而当您掌握无人机并学习飞行时，总会有很多损坏的螺旋桨。塑料螺钉的刚度和抗冲击性可以通过用碳纤维（碳）增强来提高，这种方法是最大的。与成熟的碳纤维螺旋桨相比，这种螺旋桨是有效且不那么昂贵的。
纤维增强聚合物（碳纤维、碳增强尼龙等） - 是“先进”技术在许多关系中。碳纤维部件仍然不是很容易制造，因此与具有相似参数的普通塑料螺钉相比，您需要为它们支付更多费用。由碳纤维制成的螺旋桨更难折断或弯曲，因此，如果它坠毁，它会对其接触到的任何东西造成更大的损坏。同时，碳螺旋桨通常制作精良，更坚固（效率损失最小），很少需要平衡，并且重量比任何其他材料都轻。建议仅在用户的驾驶水平变得舒适后才考虑使用此类螺旋桨。
木材是一种很少用于生产多旋翼无人机旋翼的材料，因为它们的制造需要机械加工，这后来使木制螺旋桨比塑料螺旋桨更贵。同时，这棵树非常强壮，从不弯曲。请注意，无线电遥控飞机仍使用木制螺旋桨。

可折叠

可折叠道具的中央部分连接到两个旋转叶片。当中心（连接到电机的输出轴）旋转时，离心力作用在叶片上，将它们向外推，基本上使螺旋桨“变硬”，其效果与经典的非折叠螺旋桨相同。由于需求低且所需零件数量众多，折叠式螺旋桨不太常见。折叠道具的主要优点是紧凑，结合折叠架，无人机的运输尺寸可以明显小于飞行尺寸。折叠机构的一个附带优势是在发生碰撞时不需要完全更换螺旋桨，只需更换损坏的桨叶就足够了。

安装

与无人机一样，旋翼的尺寸范围也很广。因此，行业中有许多“标准”电机轴直径。在这方面，主旋翼通常配有一小组转接环（它们看起来像中心有不同直径孔的垫圈），它们安装在支柱的中心孔中，如果主转子孔径大于所用电机的轴径。由于并非所有开发商都配备一套这样的转接环来完成道具，因此建议您提前检查购买的道具的孔径和电机轴的直径。
根据您的电机支持哪种安装方法，可以将螺钉固定到电机上。如果电机轴不包含任何紧固选项（螺纹连接、各种紧固装置等），则使用特殊适配器，例如支撑器和夹头夹。
Propsaver
夹头夹头
带外转子（“外转子”型）的无刷电机，通常在其上部有几个螺纹孔是将螺旋桨连接到 BC 电机轴的同样流行的选项。这种电机的轴末端有螺纹，螺纹的方向与转子的旋转方向相反。这种方法消除了固定螺母的自发松动，确保了无人机的安全可靠运行。

旋翼保护

旋翼保护 - 旨在防止无人机的动力装置与迎面而来的物体直接接触，从而保持其完整性和可操作性，以及防止因与人和动物碰撞而导致快速旋转的螺旋桨受伤。螺旋桨护罩安装在主框架上。根据版本的不同，它可以部分重叠发电厂的工作区域，也可以完全重叠（环形保护）。螺旋桨保护最常用于小型（玩具）无人机。在组件中使用保护元件也带来了一些妥协，其中：
可能会导致过度振动。
通常能承受轻微的撞击。
如果在螺旋桨下放置太多安装脚，可能会降低推力。

平衡

最便宜的螺旋桨平衡不佳。为确保这一点，您不必走得太远，只需将铅笔插入螺钉的中心孔（通常，如果不平衡，一侧会比另一侧重）。因此，强烈建议在将它们安装到电机上之前平衡您的支柱。不平衡的螺旋桨会导致过度振动，进而对飞行控制器的性能产生负面影响（表现为无人机在飞行中的错误行为），更不用说噪音增加、动力装置元件磨损增加和质量下降悬挂的相机。
螺旋桨可以通过不同方式平衡，但是如果您从头开始构建无人机，那么在工具库中必须有一个便宜的螺旋桨平衡器，让您轻松简单地确定螺旋桨的重量不平衡。为了平衡重量，您可以研磨螺旋桨最重的部分（均匀研磨桨叶的中心部分，无论如何切不切掉螺旋桨部分），也可以通过在上面贴一条胶带（薄）来平衡较轻的刀片（均匀添加片段直到达到平衡）。请注意，离中心越远的螺旋桨进行平衡升级（打磨或添加皮带），基于扭矩原理的效果就越大。

3. ESC

ESC（英文电子调速器；rus.电子速度控制器） - 允许飞行控制器控制电机的速度和方向。使用正确的电压，ESC 必须能够承受最大。电机可以消耗的电流，同时也限制了开关过程中通过相的电流。大多数无人机爱好者电调只允许电机向一个方向旋转，但是使用正确的固件它们可以在两个方向上运行。

连接

最初，ESC 可能会令人困惑，因为有几根电线/针脚/连接器可用于连接它。两个侧面（ESC 可以带有或不带有焊接连接器）。
电源： 提供两根粗线（通常为黑色和红色）以从配电板/线束供电，电源直接来自飞机的主电池。
3 个连接器： 控制器的另一侧提供三个连接器，用于连接无刷电机上的三个子弹形连接器（通常与电机一起提供）。连接 ESC 时使用连接器可以在必要时（在发生故障时）快速更换控制器，而无需使用烙铁。碰巧电机附带的子弹形连接器与调节器上的连接器不匹配，在这种情况下，只需更换合适的连接器即可。三者中哪一个是“加”，哪一个是“减”？参考点很简单，来自电池的正极线，进入 ESC 的正极，同样带有负极。
3 针遥控舵机连接器，细线： 处理来自接收器的信号，其中一根线是信号（将气体信号传输到电调或输入），第二个“减号”（或地），和正极线（如果没有内置BEC，则不使用；内置BEC，它是5V电源输出，以后可以用来供电车载电子设备）。

BEC

在飞机建模的早期，内燃机被用作动力装置，机载电子设备由一个小型电池。随着电力牵引和控制器（ESC）的出现，在后者中，他们开始包括所谓的电池消除电路——BEC（英文。Battery Eliminator Circuit；或车载电源转换器；通常，它提供一个额外的电流源，电压为 5V，电流为 1A 或更高）。换句话说，它是用于组装 LiPo 的电压转换器，转换为电压，为无人机的机载电子设备供电。
组装多旋翼时，必须将所有电调都连接到飞控上，但只需要一个BEC，否则在同一条线供电时可能会出现问题。由于通常无法禁用 ESC 上的 BEC，因此最好移除红线 () 并用电工胶带将其包裹起来，除了一个 ESC。将黑线（地）留作公共地也很重要。

固件

并非市场上的所有 ESC 都同样适用于多旋翼应用。重要的是要了解，在多引擎无人机出现之前，无刷电机主要用作无线电遥控汽车、飞机和直升机的动力装置。大多数不需要快速响应时间或更新。带有嵌入式 SimonK 或 BLHeli 软件的 ESC 能够对传入的变化做出非常迅速的反应，这通常是稳定飞行或坠毁之间的区别。

配电

由于每个电调均由主电池供电，因此必须以某种方式将主电池连接器分成四个电调。这是使用配电板配电线束

4. 电池

化学

目前无人机中使用的电池只有锂聚合物 (LiPo) ，其中一些成分非常奇特——锂锰或其他锂变种。铅酸根本不适合，而且 NiMh/NiCd 对其容量来说仍然太重，通常无法提供所需的高放电率。 LiPo 提供高性能和低重量的放电率。缺点是相对较高的成本和持续存在的安全问题（火灾隐患）。

电压

实际上，您的无人机只需要一块电池。此电池的电压必须与您选择的 BK 电机相匹配。今天使用的几乎所有电池都是基于锂的，并且包含多个 3.7V 的电池（罐），其中 3.7V = 1S（即一罐电池；2S 是两罐等）。因此，标有4S的电池标称值很可能是4×3.7V=14.8V。此外，罐的数量将帮助您确定使用哪种充电器。请注意，高容量单节电池在物理上可能看起来像低容量多节电池。

容量

电池容量以安时 (Ah) 为单位。小型电池容量可达0.1Ah（100mAh），中型无人机电池容量可在2-3Ah（2000mAh-3000mAh）。容量越高，飞行时间越长，因此电池也越重。常规无人机的飞行时间可以在10-20分钟范围内，这可能看起来很短暂，但您应该明白，无人机在飞行过程中不断与重力作斗争，并且与飞机不同的是，它没有表面（机翼）以最佳提升力的形式提供帮助。

放电率

锂电池放电率以“C”为单位，其中 1C 是电池容量（通常以安培小时为单位，除非您考虑使用手掌）。大多数 LiPo 电池的放电率至少为 5C（容量的 5 倍），但由于大多数用于多旋翼无人机的电机消耗大量电流，因此电池必须能够以极高的电流放电，这通常是大约 30A 或更多。

安全性

锂聚合物电池并不完全安全，因为它们含有加压氢气，并且有燃烧和/或爆炸的趋势有什么不对劲。因此，如果您对电池的健康状况有任何疑问，在任何情况下，都不要将其连接到无人机甚至充电器 - 将其视为“退役”并妥善处理。电池出现问题的迹象是凹痕或膨胀（即漏气）。为 LiPo 电池充电时，最好使用保险箱 LiPo 盒（电池保险箱）。电池存储