Как работает квадрокоптер?
Квадрокоптеры, дроны – как бы вы их ни называли, эти маленькие устройства одновременно увлекательны и с ними очень весело играть! И для тех из вас, у кого есть самостоятельное стремление к изучению дронов, создание квадрокоптера может стать потрясающим проектом.
Но как именно работает квадрокоптер? Как он летает и какие компоненты вам нужно собрать вместе, чтобы создать свой собственный? Следуйте за мной, и я разгадаю эту тайну для вас.
Как летают квадрокоптеры?
В этой статье я сосредоточусь на квадрокоптерах, но многое из того, что я здесь объясняю, относится и к другим летательным аппаратам с более чем четырьмя пропеллерами. Так что, если вы строите октокоптер, многое из того, что вы здесь прочитали, также будет применимо.
Прежде чем я объясню, как работает квадрокоптер или любой другой БПЛА, нам нужно определить несколько важных понятий-шаг, рыскание и крен. Эти термины относятся к трем измерениям, в которых воздушное судно в полете свободно передвигается.
- Шаг – Шаг относится к носу самолета, идущего вверх или вниз. Вы могли бы думать об этом как о скалолазании или дайвинге
- Рыскание – Рыскание, с другой стороны, относится к носу самолета, поворачивающему влево или вправо. Вы могли бы просто думать об этом как о повороте.
- Крен – Чтобы понять крен, подумайте об оси, проходящей от передней части самолета к задней. Когда самолет катится, он включает этот доступ. Вы также можете думать о броске как о наклоне.
Квадрокоптеры используют 4 двигателя. Два из этих двигателей вращаются по часовой стрелке, в то время как два других вращаются против часовой стрелки. Двигатели на одной и той же оси вращаются в одном и том же направлении, как показано здесь.
Высота – это термин, с которым вы, вероятно, знакомы, — он просто описывает движение вверх или вниз. Квадрокоптер может либо зависать, либо регулировать высоту, прилагая равную тягу ко всем четырем роторам.
Чтобы отрегулировать его рыскание или заставить его поворачиваться влево или вправо, квадрокоптер прикладывает больше тяги к одному набору двигателей. Например, квадрокоптер может приложить больше тяги к двум двигателям, которые вращаются по часовой стрелке, чтобы совершить поворот.
Шаг и крен, с другой стороны, регулируются путем приложения большей тяги к одному ротору и меньшей к другому противоположному ротору. Например, квадрокоптер может регулировать свой шаг, прилагая больше тяги к вращающемуся по часовой стрелке двигателю спереди и меньше тяги к вращающемуся по часовой стрелке двигателю прямо напротив сзади.
Одна вещь, которая облегчает полет на квадрокоптерах, заключается в том, что на самом деле вам не нужно вручную регулировать скорость двигателя, так как именно здесь используются контроллер и электроника. Я сейчас расскажу об электронике, но сначала давайте рассмотрим двигатели.
Двигатели
Без двигателей ваш квадрокоптер никуда не полетит, и очень важно, чтобы вы выбрали правильные. К сожалению, технические характеристики двигателя иногда могут сбивать с толку.
Большинство квадрокоптеров используют бесщеточные двигатели постоянного тока, хотя двигатели более дешевых квадрокоптеров и микрокоптеров часто имеют щетки.
Бесщеточные двигатели состоят из ротора с постоянным магнитом и ряда окружающих его электромагнитов, которые также называются полюсами. Бесщеточные двигатели могут иметь от 2 до 14 полюсов. Чем больше число полюсов, тем точнее можно управлять двигателем.
Бесщеточные двигатели имеют три провода, эти провода управляют двигателями тремя фразами. Изменяя соединения на этих проводах, вы можете заставить двигатель вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Одной из ключевых характеристик двигателя квадрокоптера является его номинальная мощность. КВ не означает киловольт, вместо этого это показатель количества оборотов в минуту (об / мин), которое двигатель будет вращаться, когда к двигателю без нагрузки приложена разность потенциалов в 1 вольт. КВ также можно рассматривать как об/мин / вольт. Типичные значения КВ для квадрокоптеров составляют от 500 до 2500. Двигатель низкого напряжения может вращать большой пропеллер и, таким образом, создавать большую тягу.
Как правило, квадрокоптеры весом более 1 килограмма будут использовать двигатель в диапазоне от 700 до 900 КВ. Вертолеты весом от полутора до 1 килограмма используют двигатели мощностью от 900 до 1300 КВ. Суда весом менее 500 грамм используют двигатели напряжением от 1300 до 2200 кВ.
Еще одним важным фактором является максимальный номинальный ток двигателя. Вам нужно будет знать это значение, измеренное в амперах, прежде чем выбирать электронный регулятор скорости (ESC) и аккумулятор.
Номинальная тяга двигателя определяется в сочетании с размером пропеллера. Это важная спецификация, которая требует знания общего веса вашего квадрокоптера, имейте в виду, что этот вес включает вес самих двигателей.
Основное эмпирическое правило состоит в том, что комбинация двигателя и пропеллера должна быть способна генерировать в два раза больший вес судна при тяге. Таким образом, если квадрокоптер имеет четыре двигателя, это означает, что каждый отдельный двигатель должен обеспечивать тягу, равную половине веса всего квадрокоптера. Другими словами, для квадрокоптера весом 1 килограмм требуется четыре двигателя, каждый из которых способен развивать тягу не менее полукилограмма.
Еще одной важной характеристикой двигателя является диаметр вала. Это важно, так как определяет, какие пропеллеры вы сможете совместить с двигателем.
Вы также хотите посмотреть на схему крепежных винтов и крепления двигателя, чтобы убедиться, что ваш двигатель может быть успешно смонтирован на раме вашего квадрокоптера.
Пропеллеры
Диаметр и шаг-это две основные характеристики пропеллера. Пропеллеры, как правило, продаются в комплекте с 2 пропеллерами по часовой стрелке и 2 пропеллерами против часовой стрелки .
Пропеллеры бывают разных диаметров и диаметров и могут быть изготовлены из пластика, углеродного волокна или даже дерева. Небольшие винты диаметром менее 8 дюймов используются для гонок и акробатики наряду с двигателями высокого напряжения. Пропеллеры диаметром более 8 дюймов используются с двигателями низкого напряжения в конструкциях, предназначенных для подъема тяжелых полезных нагрузок, таких как видеокамеры.
Pttch обычно определяется как “расстояние перемещения за один оборот”. Более высокий шаг означает более медленное вращение, которое увеличит скорость вашего автомобиля, но также будет потреблять больше энергии. Вы действительно можете продлить время полета вашего квадрокоптера, просто заменив винты с меньшим шагом. Пропеллеры с меньшим шагом могут генерировать больший крутящий момент и потреблять меньше тока от вашего двигателя.
Диаметр пропеллера относится к его размеру. Увеличение диаметра увеличивает эффективность пропеллера, но также будет потреблять больше тока от двигателя.
Соответствие двигателя пропеллеру также является фактором стабильности, это может быть важно при переноске камеры. Для большого квадрокоптера, способного переносить большие полезные нагрузки, лучше всего работают большие пропеллеры и двигатели низкого напряжения.
Электронные регуляторы скорости (ESC)
Устройство, управляющее бесщеточными двигателями постоянного тока, называется электронным регулятором скорости или ESC. Вам понадобится по одному из них для каждого двигателя.
ESC будет иметь три комплекта проводов. Есть три провода большого диаметра, которые соединяются с тремя проводами вашего бесщеточного двигателя. Два других провода большого диаметра подключаются к вашей распределительной плате питания, это подает напряжение на ESC и двигатели. Кроме того, к вашему контроллеру полета будут подключены три провода меньшего размера.
ЭКУ должен быть рассчитан на максимальный ток, потребляемый вашим двигателем. Всегда разумно выбирать ESC, номинальный ток которого превышает максимальный ток двигателя.
Диспетчеры полетов
Контроллер полета-это мозг вашего квадрокоптера. Это устройство, которое управляет скоростью ваших двигателей, посылая сигналы на ваши ЭСК.
Усовершенствованные контроллеры полета имеют больше функций и соединены с такими датчиками, как гироскопы, акселерометры, гидролокаторы, GPS и магнитометры. Простые контроллеры полета содержат только гироскопы, и их вполне достаточно для большинства начинающих.
Контроллер полета будет принимать сигналы от бортового радиоприемника, чтобы вы могли дистанционно управлять своим квадрокоптером. Затем он творит свое волшебство и посылает сигналы на ESC для управления скоростью двигателя.
Контроллеры полетов на самом деле являются небольшими компьютерами, и поэтому их можно запрограммировать и обновить, подключив к вашему компьютеру. Несмотря на свою сложность, контроллеры полетов на самом деле не так уж дороги.
Радиопередатчики и приемники
Ваш квадрокоптер будет иметь встроенный радиоприемник, и вы будете управлять устройством с помощью портативного радиопередатчика. Как приемник, так и передатчик определяются количеством каналов, которые они поддерживают, и частотой, на которой они работают.
Каждый канал в радиосистеме управляет одной функцией или устройством в квадрокоптере. Как минимум, вам понадобятся каналы для управления квадроциклом, хотя большинство людей начинают как минимум с шести. Дополнительные каналы могут использоваться для управления освещением или карданным двигателем для позиционирования камеры.
Четыре основных канала используются следующим образом – один канал для дроссельной заслонки, один канал для поворота вправо и влево, один канал для качания вперед и назад и один для поворота влево и вправо – другими словами, дроссельная заслонка, рыскание, шаг и крен. Канал также можно использовать для переключения между различными режимами полета.
Если вы планируете использовать несколько квадрокоптеров, вы можете купить один передатчик и несколько совместимых приемников, очевидно, что это позволит вам летать только на одном вертолете за раз. Это хорошая стратегия, так как она позволяет вам позволить себе передатчик хорошего качества, приемники, как правило, довольно недороги.
Комбинации передатчик-приемник работают в двух различных режимах, эти режимы по существу определяют конфигурацию управления передатчиком.
Конфигурация режима 1 имеет управление лифтом на левом джойстике и управление дроссельной заслонкой на правом джойстике. Режим 2 отменяет эти элементы управления, и это самая популярная конфигурация. Если вы новичок, обычно рекомендуется настроить свое оборудование для работы в режиме 2.
Батареи
Без батареи ваш квадрокоптер никуда не денется. Выбор аккумулятора-одно из самых важных решений, которое вы примете при проектировании и создании своего квадрокоптера.
Большие батареи будут иметь большую емкость и, следовательно, позволят увеличить время полета. Однако по мере увеличения емкости аккумулятора увеличивается и его вес, и добавление веса к вашему квадрокоптеру сократит время полета, так как для подъема полезной нагрузки от ваших двигателей потребуется больше тока. Имейте в виду, что более тяжелый квадрокоптер также менее маневренен.
Основной характеристикой аккумулятора является его текущая емкость, которая оценивается в миллиамперах в час или “мАч”. Батарея емкостью 2200 мАч может обеспечивать ток 2,2 ампера в течение 1 часа.
Еще одной характеристикой аккумулятора является его напряжение. Батареи состоят из нескольких элементов, каждый элемент обычной липо-батареи способен выдавать 3,7 вольта. Таким образом, напряжение батареи обычно определяется как кратное 3,7 вольта – например, обычно используются 3,7 вольта, 7,4 вольта, 11,1 вольта и 14,8 вольта. Если вы все же выберете батарею более высокого напряжения, убедитесь, что как ваш ESC, так и двигатели способны поддерживать это напряжение.
Рамка
Наконец мы подходим к рамке, которая удерживает ваш квадрокоптер вместе. Рамы могут быть изготовлены из различных материалов, таких как дерево, пластик или углеродное волокно. Углеродное волокно может быть очень прочным для своего веса, но также может быть хрупким, что следует учитывать, поскольку, несомненно, в какой-то момент вы разобьете свой квадрокоптер.
Размер рамки квадрокоптера указан в миллиметрах, это расстояние между двигателями на вашем квадроцикле. Общие размеры-180, 250 и 400 миллиметров. Гоночные квадрокоптеры обычно бывают 250-миллиметровой разновидности.
При выборе рамки для вашего квадроцикла убедитесь, что в ней достаточно места и зазора для установки таких устройств, как ESC и контроллер полета, а также любых дополнительных предметов, таких как камеры, которые вы хотите носить с собой.
Некоторые любители также строят свои собственные рамы, часто из дерева. Древесина на самом деле является хорошим выбором, так как с ней легко работать и она довольно дорогая. Его также легко изменить, чтобы прикрепить аксессуары к вашему квадрокоптеру. Однако древесина может быть подвержена деформации, и это приведет к тому, что ваш квадрокоптер будет летать беспорядочно.
Вы даже можете сделать рамку или части рамки с помощью 3D-принтера.
Выводы
[su_quote cite=» alex_kopt»]Итак, вот оно, основные элементы квадрокоптера. Собрав все эти части вместе, вы можете создать свой собственный четырех-или многороторный двигатель. Продолжайте следить за этим сайтом, так как я буду более подробно изучать эти отдельные компоненты в других статьях, а также иллюстрировать полные сборки квадрокоптеров.[/su_quote]
