на что влияет подбор винтомоторной группы
Пропеллеры для квадрокоптера — основные параметры и как подобрать
Если ты собрался собирать свой квадрокоптер, то тебе нужно в первую очередь знать о том, как заставить «это» взлететь. Здесь есть два важных параметра – пропеллеры, и двигатели. Пропеллеры для квадрокоптера могут быть самыми разными, и каждый несёт в себе совой смысл. Сегодня я объясню тебе основные понятия и принципы, чтобы ты знал, как подобрать пропеллеры для своей модели. Располагайся, заваривай пельмешки, будет долго, и немного больно. Но тебе понравится.
Сразу оговорюсь, что в любом проектировании бывает достаточно много НО. Всё, что я скажу далее, это стартовые знания. Не бойся включать голову и задавать вопросы. Нет такой информации, которую нельзя найти в гугле, или спросить на форуме. Главное- умение ей пользоваться. Поехали!
Основные понятия
Основные параметры
Количество
Количество лопастей винта влияет на подъёмную силу, стабильность и отзывчивость коптера (в идеальном мире). Чем больше лопостей, тем эти параметры лучше. На самом деле, многолопастные пропеллеры (2+) ставятся только на мелкие дроны. Это происходит из за дороговизны изготовления и сложности балансировки. В большом размере отбалансировать 4 лопасти очень дорого.
Чем их больше, тем стабильнее БПЛА. Малое количество негативно сказывается на управляемости.
Виды лопастей
Направление вращения
Для электродвигателей есть два направления вращения. CW – вращение вала по часовой стрелке, CCW – вращение вала против часовой стрелки. Направления нужно или чередовать (так как каждый пропеллер создаёт реакционную силу, которая стремится развернуть то, к чему он прикреплён, в направлении вращения), или размещать соосно на одном луче (тогда реакционная сила одного компенсирует оную у второго. Это более сложная компоновка. Используется, к примеру, на вертолёте «чёрная акула»).
На направление вращения самого пропеллера указывает поднятая кромка. Она смотрит в сторону вращения.
Материал
Пластик – наиболее популярный, но не самый удачный вариант. Пластиковые пропеллеры обладают низкой ценой и очень широки ассортиментом. Обладают разной, но в основном высокой гибкостью и мягкостью. Якобы это увеличивает их устойчивость к механическим повреждениям. На самом деле, любой, даже небольшой дефект лопасти, скорее всего, будет фатален. Там уже не важно, расколется она, или просто помнётся. Всё равно ты её меняешь.
Углеродное волокно – Очень дорого, но очень круто. Великолепная жёсткость, лёгкость. Легко сбалансировать. Это значит, что брака будет меньше. Не теряет форму. Да и наличие чёрных лопастей всегда радует глаз. К ним рекомендуется докупить защиту лопастей для квадрокоптера, ибо их очень легко расколоть.
Композит – внутри пластик, снаружи покрытие из углеродного волокна. Дешевизна пластика, жёсткость и износостойкость (почти) как у карбоновых пропеллеров. Также не очень высокая цена.
От веса зависит отзывчивость дрона по оси рысканья. Однако, с этим надо быть аккуратным, ибо также увеличивается нагрузка на мотор квадрокоптера.
Эластичность
Эластичность пропеллера улучшает устойчивость оного к перегрузкам и механическому воздействию (не путать с мягкостью).
Качество
Как правило, чем дороже, тем качественнее. Тут может быть много параметров. Основной, это балансировка. Качественный пропеллер балансировать не придётся. Так же важным моментом является качество материала.
Пластик может быть упругим и эластичным, а может быть мягким и НЕ эластичным. С этим нужно быть внимательным. Не смотря на кажущуюся простоту, от качества лопастей напрямую зависят лётные качества коптера.
Спецификация
Есть два типа обозначений.
Например, 5045×3 – длина 5 дюймов, шаг 4.5 дюйма, 3 лопасти.
Иногда приходится гадать. Тот же пропеллер может обозначаться 0545×3.
Например, 5×45х3 – длина 5 дюймов, шаг 4.5 дюйма, 3 лопасти.
Иногда в конце присутствует буква R или C. Она определяет направление вращения пропеллера.
Иногда в конце присутствует обозначение профиля лопасти. (подробнее смотри выше «виды лопастей»)
Методы крепления и крепежи
Пропсейвер – Хороший вариант для проведения экспериментов, когда надо часто снимать и надевать пропеллер. Выглядит как втулка, которая притягивается к валу двигателя двумя винтами. Сам пропеллер надевается сверху, и притягивается резинками к выступающим винтам. Далеко не полетит, но можно побаловаться.
Цанговое крепление – рабочий вариант. На вал насаживается цанга (та, что с прорезями), потом зажимная втулка, пропеллер и шайба. Крепление надёжное и идеальное для полётов.
Outranner – Это не крепление, это разновидность бесколлекторного мотора, в котором ротор (вращающаяся часть) находится снаружи. На их верхней поверхности обычно находится несколько резьбовых отверстий, в которые крепится переходник (коих несметное количество).
Балансировка
Когда ты сэкономишь на пропеллере, ты точно удивишься тому, что он не отбалансирован. Из-за этого он будет вибрировать, на камере коптера ты будешь наблюдать эффект «желе», резьбовые соединения будут ослабевать, а моторы будут изнашиваться очень быстро. Надо балансировать.
Для этого тебе понадобится:
Калькулятор Ecalc
Крайне удобный калькулятор, которые находится на официальном сайте Ecalc. В нём ты сможешь задать те запчасти, которые будешь использовать для своего проекта, а он выдаст тебе (очень) примерную модель поведения коптера.
Давай рассмотрим его поближе, так как он тебе точно пригодится.
Основное
Аккумулятор
Регулятор
Мотор
Выбираешь производителя мотора из списка, и проверяешь по параметрам. Если похоже, то всё нормально, если нет, то продолжаешь «Охлаждение»
Пропеллер
Всё, можно нажимать «рассчитать», и наслаждаться результатами с 15% погрешностью. Я не зря сказал о погрешности. Все эти расчёты годятся только для того, чтоб прикинуть – полетит, или нет. Более точной информации ты не получишь.
Если в списках нет нужной позиции, то можно воспользоваться строкой Custom, и ввести всё самостоятельно.
RashVinta
Программа для расчёта параметров пропеллера для летательного аппарата.
Она может работать с тремя наборами исходных данных.
В первом варианте
В результате ты увидишь необходимый шаг винта и частоту вращения.
Во втором варианте
На выходе ты получаешь диаметр винта в сантиметрах и шаг винта.
Третий вариант
Как ты можешь заметить, подбор и корректировка пропеллеров, это важное и не самое простое занятие. Однако, настоятельно рекомендую уделить этому время. Даже в такой, на первый взгляд, неуклюжей корове, как квадрокоптер, есть место аэродинамике. К тому же это может сэкономить тебе очень много денег на моторах.
Конечно, всё вышесказанное достаточно ситуативно. К примеру, если ты собираешь маленький дрон, или просто хочешь попробовать, то пропеллеры можно использовать и самые дешёвые, и не отбалансированные.
Это вряд ли помешает твоему дрону взлететь, да и ты сразу поймёшь, что не так, и на что нужно впредь обращать больше внимания.
Так же крайне не рекомендую начинать с соосной компоновки, если ты не знаком с миром беспилотной авиации. Там есть куча нюансов, которые базируются на более глубоком понимании темы. Идеальным вариантом для начала будет четырёх лучевая, квадратная компоновка.
Ну и нужно понимать, что если ты не крутой инженер, с богатым набором закрытых САПР программ, то всё, что ты можешь рассчитать – мало тебе поможет.
Все эти вычислительные решения дают крайне ориентировочный результат. Так что я рекомендую тебе побольше экспериментировать, хотя помощью софта пренебрегать тоже не стоит. Пробуй, учи матчасть, когда-нибудь получится очень круто!
Уф… Я старался, клавиатуру до стола стёр, выпил ведро кофе. За это ты можешь наградить меня, и поделиться этой статьёй, при помощи кнопок внизу. А если хочешь почаще узнавать что-то новое и полезное, то подписывайся на нас в социальных сетях. Удачи, пилот!
Сайт про изобретения своими руками
МозгоЧины
Сайт про изобретения своими руками
Личный квадрокоптер — Часть 5. Заключение
Личный квадрокоптер — Часть 5. Заключение
Полезные советы по выбору винтомоторной группы.
Вы даже не представляете, (если не посещали авиамодельный кружок), сколько математических и аэродинамических расчетов необходимо провести конструкторам при проектировании винтомоторного группы летательного аппарата.
К моему и вашему счастью, знание это, к государственным секретам вовсе не относится (по крайней мере при строительстве МАЛЕНЬКИХ квадрокоптеров), и многие энтузиасты дуют щеки распространяют свой опыт через Интернет и печатные издания.
В качестве раздела пособия по созданию собственного квадрокоптера (см. тут (ч.1), и тут (ч.2), и даже тут (ч.3) и тут (ч.4), автор решил поделится с новичками информацией о том, как выбрать товар в магазине элементы винтомоторной группы для квадрокоптера. Впрочем, по его уверениям, данный скилл также будет полезен создателям подобных типов летательных аппаратов с иным числом несущих винтов.
Выбор двигателя
При выборе двигателя, всегда полезно в первую очередь изучить его характеристики, которые написаны на этикете предоставляются продавцом и производителем. Автор рекомендует перед покупкой обязательно изучать все характеристики понравившегося вам товара. В качестве примера, он приводит ссылку на сайт Hobbyking.com, а точнее, на предлагаемый на нем для продажи бесщеточный двигатель для моделей.
Давайте рассмотрим приведенные характеристики:
Максимальный ток потребления – 5.5 Ампер
Сопротивление – 0 mH
Максимальное напряжение – 7 Вольт
Мощность (в Ваттах) – 210 Ватт (Это не ошибка! Указано на сайте продавца!)
Диаметр вала – 2 мм
Общая длина – 30 мм
Kv – рейтинг: 2000 об./мин при номинальном напряжении
Вес: 10 граммов (c учетом крепления и проводов)
Рекомендованная модель пропеллера: 7х5
Рекомендованное напряжения источника питания: 7.4. Вольт
Потребление без нагрузки: 0.4 Ампера
Тяга: 130 Грамм при 5000 об./мин
Скорость вращения без нагрузки: 15000 об./мин. при 7.4 Вольт
Пиковое потребление: 5.5 Ампер
Диаметр двигателя: 18 мм
Длина: 30 мм (с учетом длины вала и размеров крепления)
При выборе двигателя, вы в первую очередь должны определится с полетным весом вашего квадрокоптера, а также тягой, необходимой ему для отрыва от земли.
Главное условие – тяга должна быть вдвое большей, чем максимальные полетный вес конструкции.
Недостаточная тяга двигателей приведет к плохой управляемости либо памятнику квадрокоптеру неспособности аппарата взлететь. В то же время, слишком большая тяга приведет к излишне резкой реакции квадрокоптера на приборы управления и летной нестабильности.
Необходимую тягу можно прикинуть по следующей формуле: Необходимая тяга = (Полная масса конструкции* 2)/4.
Приведем пример. Если ваш квадрокоптер имеет полетную массу (или взлетную – при использовании ДВС или постройке бомбардировщика) около 1 килограмма, то произведя калькуляции по приведенному выше соотношению, мы получим необходимую тягу в 2 килограмма. Это значит, что каждый двигатель должен иметь тягу около 500 граммов. Конечно, при расчете должен учитываться полный вес конструкции, в частности, массы двигателей и пропеллеров. Если же вы мечтаете о аэрофотосъемке или видеосъемке, не забудьте прибавить массу камеры и ее источников питания.
Несмотря на то, что выбор полетного веса зависит от вас, лучше все же сделать его минимальным. Максимальное снижение полетного веса является одним из важнейших принципов авиастроение, так как любая дополнительная масса снижает маневренность, полетное время и полезную нагрузку.
Особенности выбора несущих винтов
Как вы помните, квадрокоптер держится в воздухе при помощи двух пар несущих винтов, которые вращаются в противоположных направлениях. Основными характеристиками несущих винтов являются шаг и диаметр, увеличение которых приводит к повышенному потреблению энергии двигателями квадрокоптера.
Кроме того, шаг определяет дистанцию, которая преодолевается за время одного оборота винта. Кратко говоря, больший шаг винта предполагает меньшую скорость его вращения, но увеличивает скорость летательного аппарата что, увы, повышает расход энергии.
Зависимость проходимой дистанции от шага винта
Соотношение диаметра и шага винта должно быть сбалансированным. Меньший шаг винтов приведет к созданию большего крутящего момента и снижению потребляемой двигателями мощности. Если вы планируете использовать ваш квадрокоптер для аэробатики, вам просто необходимы пропеллеры с большим крутящим моментом. Они которые обеспечат большую скорость и меньшую нагрузку на источник энергии. Кроме того, пропеллеры с меньшим шагом увеличивают стабильность полета.
Пропеллер с большим шагом перемещает больший объем воздуха, что может вызвать турбулентность и привести к вибрации. Если это происходит, просто выберите несущие винты с меньшим шагом.
Что касается диаметра несущего винта, то его эффективность напрямую связана с площадью контакта с воздухом. Таким образом, даже небольшое увеличение диаметра пропеллера приводит к увеличению его эффективности. В качестве примера можно привести большую скорость плаванья пловцов с крупными кистями и ступнями, которые, однако, затрачивают при этом больше сил.
Вращение пропеллера с меньшим диаметром легче ускорить или остановить (сказывается инерция). Пропеллер с меньшим диаметром также предполагает меньшее потребление энергии двигателями. Именно из-за этого, при построении шести- или восьмикоптеров в основном используются несущие винты с пропеллерами, меньшими по диаметру чем в квадрокоптерах сравнимых размеров.
Для крупных квадрокоптеров с большой грузоподъемностью рекомендовано использовать большие по диаметру несущие винты и двигателя с повышенным крутящим моментом для улучшения стабильности полета.
Мотор и пропеллер: муки выбора
Автор предлагает идти двумя путями:
В конце — концов, созданы и выложены в Интернет превосходные программы для расчета полетных характеристик и деталей квадрокоптеров. Именно они могут поставить последний штрих в получении максимально возможных полетных характеристик.
Заключение
Помните! Сбалансированная винтомоторная группа не только повышает летные характеристики вашего квадрокоптера и увеличивает полетное время, но и доставляет удовольствие пилоту.
UPD: Пример полета квадрокоптера на видео, снятом sTs:
Решать делать самостоятельно из покупных запчастей или же купить готовый квадрокоптер — решать вам! Удачи!
Всё о пропеллерах для квадрокоптера. Какие бывают, балансировка, калькулятор.
Эта небольшая статья содержит базовую информацию о пропеллерах для квадрокоптера (иногда их называют реквизитами) и рассказывает о том, как шаг, форма и количество лопастей влияют на их производительность, тягу и эффективность.
Основные понятия
Параметры реквизитов определяются их длиной, шагом, площадью, направлением вращения, а также формой и количеством лопастей
Длина и шаг
Эти параметры являются главными. Под длиной понимают диаметр диска, образующегося при вращении пропеллера. Шаг может быть определен как расстояние, которое пропеллер может пройти в некоей твердой среде за один полный оборот (вспомните, как входит в доску самый обыкновенный шуруп). При прочих равных условиях, величина шага определяется наклоном (углом атаки) лопастей квадрокоптера.
Тяга винтомоторной группы (ВМГ) определяется объемом воздуха, который ее винты способны переместить. Понятно, что увеличение длины и/или шага пропеллеров при сохранении их скорости вращения положительно сказывается на тяге, но, к сожалению, увеличивает и сопротивление воздуха за счет растущей турбулентности. Для вращения более крупного винта или винта с большим углом наклона лопастей будет затрачено больше энергии, что приведет к снижению времени полета при прочих равных условиях.
Крупные винты с малым шагом идеально подходят для аэрофотосъемки, а небольшими пропеллерами с большим шагом оснащаются гоночные дроны.
Количество и форма лопастей
Советуем обратить внимание на разницу в форме окончания реквизитов. Они бывают трех видов – Normal, Bullnose (BN), Hybrid Bullnose (HBN). Винты Normal имеют заостренные на концах лезвия, создают меньшую тягу, но способствует эффективному расходу энергии аккумулятора. Винты BN при равном диаметре имеют большую площадь и тягу. Дополнительный вес на кончиках лопастей увеличивает крутящий момент и улучшает чувствительность летательного аппарата по оси рысканья. К сожалению, эти положительные моменты сопровождаются высоким энергопотреблением и снижением времени полета. Пропеллеры HBN занимают промежуточную позицию.
Направление вращения
На мультикоптерах используются два типа двигателей – CW (с вращением вала по часовой стрелке) и CCW (с вращением вала против часовой стрелки). Схема установки моторов зависит от типа летательного аппарата. Несколько таких схем показаны на рисунке.
На направление вращения конкретного пропеллера указывает приподнятая кромка его лопастей.
Материал и качество
Наиболее популярны пластиковые винты. Они отличаются пластичностью, низкой ценой, широким ассортиментом и высокой степенью доступности. С одной стороны, гибкость лопастей повышает их устойчивость к повреждениям, с другой – вызывает проблемы с балансировкой.
Некоторые фирмы выпускают винты из углеродного волокна. Карбоновые винты довольно дороги, но обладают необходимой жесткостью и высокой эффективностью без значительного увеличения веса.
Промежуточное положение занимают пропеллеры, выполненные из пластика, усиленного углеродным волокном. Этот тип пропеллеров обладает высокой жесткостью и сравнительно низкой стоимостью.
Качество винтов подразумевает точность их изготовления. Высококлассные пропеллеры хорошо сбалансированы и практически не вносят дополнительную вибрацию в работу ВМГ. Лучшие реквизиты выпускаются под брендами GWS, APC и EMP.
Спецификация
Узнать о параметрах конкретного пропеллера для квадрокоптера можно по его кодировке. Производители используют два типа обозначений: LLPPxB или LxPxB. Здесь L обозначает длину, P – шаг, а B – количество лопастей. Для классических пропеллеров параметр B обычно не указывается.
Например, пропеллер 6045 (или 6×4,5) имеет две лопасти, шестидюймовую длину и шаг 4,5 дюйма. Другим примером является пятидюймовый трехлопастный пропеллер 5040×3 (или 5x4x3), имеющий шаг 4 дюйма.
Иногда в конце обозначения ставится буква R или C (может отсутствовать), определяющая направление вращения. Воздушные винты R устанавливаются на двигатели CW, а C – на моторы CCW. Изредка к обозначению добавляются аббревиатуры BN или HBN (см. выше).
Методы установки
Установить винты на квадрокоптер можно по-разному. Очень часто вал электродвигателя представляет собой простой металлический штырь, не имеющий каких-либо приспособлений для установки пропеллера. В этом случае применяют специальные переходники – пропсейверы и цанговые зажимы.
Пропсейвер (см. фото) удобно использовать для проведения экспериментов при создании самодельных моделей. Он выглядит как втулка, в боковой поверхности которой имеется два симметричных отверстия с установленными в них винтами. Приспособление устанавливается на вал, а винты затягиваются. Пропеллер также надевается на вал и фиксируется двумя нейлоновыми стяжками или резиновым кольцом.
Более надежным переходником является цанговый зажим. Он представляет собой резьбовое соединение с разрезной конусообразной втулкой. Цанга надевается на вал, далее устанавливается зажимная втулка, пропеллер и шайба. Вся конструкция фиксируется гайкой особой формы – коком.
Если ротор бесколлекторного двигателя находится снаружи (моторы класса Outrunner), то на его верхней поверхности обычно имеется несколько резьбовых отверстий для установки различных переходников и креплений.
Балансировка пропеллеров
Можно с уверенностью сказать, что большинство пропеллеров, особенно дешевых, нельзя назвать сбалансированными на 100%. Такие винты не только раздражающе сильно шумят, но и вносят дополнительную вибрацию в работу ВМГ. Из-за этого, в частности, снижается качество воздушных съемок (эффект желе). Хуже того, постоянные колебания вызывают дополнительный износ двигателей, подшипников и шестерней, что повышает стоимость обслуживания летательного аппарата.
Как видим, без процедуры балансировки винтов для квадрокоптера нам не обойтись. Для этого понадобятся:
Прежде всего, нужно выставить само приспособление для балансировки так, чтобы его ось была строго горизонтальной.
Лопасть проверяется на отсутствие повреждений, устанавливается на ось и слегка отклоняется в ту или иную сторону. Если он не возвращается в горизонтальное положение, нужно облегчить (подчистить наждачной бумагой) более тяжелое лезвие или наклеить кусочек липкой ленты на более легкое. Необходимо повторять процедуру до тех пор, пока лезвия не уравновесятся. Липкую ленту успешно заменяет мазок суперклея или лака.
Ось балансировочного станка переворачивается – нужно убедиться, что пропеллер сохраняет равновесие и в этом положении. Отметим, что все подчистки и наклеивания должны выполняться на внутренних (вогнутых) поверхностях лопастей.
Следующим шагом будет балансировка ступицы. Для этого пропеллер устанавливается вертикально. Если он отклоняется вправо, нужно утяжелять клеем или лаком левую часть ступицы и наоборот. Добиваемся баланса, переворачиваем пропеллер и убеждаемся, что в этом положении он также уравновешен. Процедура закончена.
Калькулятор eCalc
Многим создателям беспилотных моделей известен on-line калькулятор eCalc, предназначенный для расчёта параметров винтомоторной установки летательных аппаратов. Страница калькулятора, посвященная мультикоптерам, выглядит приблизительно так.
На первый взгляд, все понятно, но есть несколько нюансов, которые могут повлиять на результаты вычислений.
Прежде всего, вводится полный взлетный вес мультикоптера (с подвесом и камерой, если таковые имеются). Если будет указано Without Drive (Без привода), то вводим суммарный вес рамы, пропеллеров, платы контроллера, подвеса, камеры и оборудования для FPV полетов. Добавим процентов 10 на массу проводов и получаем искомую цифру.
Вводим количество роторов, их схему (одиночная или соосная), максимальную высоту полета и погодные условия, при которых он будет проводиться (температуру за бортом и атмосферное давление).
Далее из выпадающего списка выбираются тип ESC или максимальный ток этих регуляторов.
Выбирается фирма-производитель двигателей. Появляется окно с его оценкой. По уровню KV подбирается конкретный образец.
Переходим к пропеллерам. Выбирается тип пропеллера, его диаметр и шаг. Рекомендуется использовать диаметр воздушного винта, максимально возможный для данной рамы. Если привод имеет зубчатую трансмиссию, то вводится ее передаточное число (отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни).
Если нужные компоненты в выпадающих списках отсутствуют, можно перейти в строку Custom и ввести все необходимые данные в соответствующих полях калькулятора. Отметим, что параметры батареи задаются для одной ячейки.
Все поля заполнены, можно выполнять вычисления. Результат расчетов будет представлен в виде циферблатов, списков и графиков.
RashVinta
RashVinta– программа расчета диаметра воздушного винта для квадрокоптера.
Программа RashVinta позволяет производить вычисления по следующим исходным данным:
В первом варианте отметка ставится только в поле «Расчет по диаметру винта». Задается размер пропеллера (в сантиметрах), мощность двигателя (в лошадиных силах), максимальная и средняя скорость летательного аппарата. Нажимается кнопка «Расчет». Результатом вычислений будут шаг и частота вращения винта.
Во втором варианте убираются все галочки. В соответствующие окна вводим мощность двигателя, частоту вращения винта, максимальную и среднюю скорость летательного аппарата. Нажимаем кнопку «Расчет». Результатом вычислений будут диаметр винта и его шаг.
Третий вариант расчетов предназначен для профессионалов. Метка ставится в поле «Указать параметры винта». В соответствующие окна записываются диаметр и шаг винта. Нажимается кнопка «Расчет». Результатом является профиль лопасти воздушного винта, который можно изучить в окне просмотра, меняя его масштаб и удаление от ступицы. В виде таблиц результат сохраняется в файле Date.html, присутствующем в каталоге программы.
Кроме того, программа может показать, как выглядит профиль лопасти под реальным углом наклона (галочка в поле «Профиль с углом»), а также продемонстрировать точки, по которым производился расчет (метка в поле «Показывать расчетные точки»).
Полученный профиль можно распечатать в масштабе 1:1.
Заключение
Будем благодарны вам, если поделитесь с друзьями:
Вас приветствует команда mykvadrocopter.ru! Наше хобби — дроны. Здесь мы описываем их модели, характеристики, делимся новостями и выкладываем инструкции по применению. Вступайте в наше сообщество любителей дронов в Контакте.
Опубликовано 31 Окт 2017 14:44 © Всё о квадрокоптерах