Пропеллеры для квадрокоптера: обзор и расчет основных параметров

Основные понятия

• «В идеальном мире» — это чисто теоретическая концепция, которая не учитывает побочные факторы
• Параметр «длина» — это длина пропеллера. Точнее, это диаметр окружности, описываемой лопастями.
• Шаг можно сравнить с шагом резьбы. Это расстояние, которое пропеллер может пройти за один оборот (подобно винту в дереве). Чем больше угол атаки лопасти, тем больше расстояние. «Угол атаки» — это угол наклона лопасти относительно горизонтальной плоскости
• «Тяга» — это сила, создаваемая пропеллером. Она компенсируется другими силами реакции (сопротивление воздуха, гравитация). Из этого следует, что пока тяга больше сопротивления, коптер будет ускоряться в направлении, противоположном вектору тяги.

№4 ПРОВЕРЬТЕ НАПРАВЛЕНИЕ квадрокоптера

Подключите квадрокоптер к Betaflight Configurator, перейдите на вкладку Setup, там вы увидите 3D-модель дрона. Двигайте дрон (который лежит на столе) во всех направлениях, он должен полностью повторять ваши движения. Если вы наклоняете нос вниз, модель также должна наклоняться стрелкой вниз.

Подсказка. Если модель не реагирует на ваши движения, проверьте, включен ли акселерометр на вкладке Конфигурация.

Если вы наклонили модель носом вниз, и она наклонилась вправо, возможно, вам нужно сделать настройку на вкладке Configuration в пункте меню Board and Sensor Alignment. Как правило, проблемы такого типа возникают с осью вращения. Там вам нужно будет настроить значение в градусах, например, 170 (число случайное, все зависит от того, как модель будет вести себя по отношению к реальному квадрокоптеру).

Тяга несущего винта

Давайте рассчитаем тягу главного ротора. Если рассматривать поверхность (поле F), обметаемую вращающимся пропеллером, как непроницаемую плоскость, то мы увидим, что на эту плоскость действует давление pi сверху и давление p2 снизу, где p2 больше, чем px.

Из второго закона механики мы знаем, что масса приобретает ускорение только тогда, когда на нее действует сила. Эта сила равна произведению массы на ускорение и направлена в сторону ускорения (в нашем случае — вниз).

Что такое сила? С одной стороны, очевидно, что сила является результатом взаимодействия пропеллера с воздухом. С другой стороны, согласно третьему закону механики, сила должна быть равна по величине и противоположна по направлению пропеллеру. Последнее есть не что иное, как тяга винта.

Однако если мы посмотрим на динамометр, который измеряет фактическую тягу винта, то обнаружим, что наши расчеты несколько неточны. В действительности тяга будет меньше, поскольку мы предположили идеальную работу пропеллера и не учли потери энергии из-за трения и закручивания воздушного потока за пропеллером.

В действительности молекулы воздуха приближаются к пропеллеру, имея не только индуктивную скорость в осевом направлении, перпендикулярном плоскости вращения, но и скорость кручения. Поэтому при расчете индуктивных скоростей их всасывания и выталкивания и2 учитывается также закручивание воздуха при вращении пропеллера.

В формуле тяги коэффициент подъемной силы su аналогичен коэффициенту тяги; периферийная скорость вершин лопастей пропеллера радиусом r и угловая скорость соответствуют воздушной скорости, площадь крыла 5 соответствует площади диска, обтекаемого пропеллером, lg2. Этот коэффициент определяется по кривой обдува данного винта при различных углах атаки.

Значение безразмерного коэффициента тяги для конкретного уже построенного гребного винта, работающего в заданном режиме, может быть рассчитано путем деления тяги винта Т, выраженной в килограммах, на произведение остальных параметров винта, которое также имеет размерность тяги кг.

Мы выяснили, что если подъемная сила самолета создается воздухом, выбрасываемым вниз крылом, то подъемная сила вертолета создается воздухом, выбрасываемым вниз несущим винтом.

Когда скорость вертолета увеличивается, объем воздуха, выбрасываемого вниз, естественно, возрастает.

Поэтому при одинаковой мощности несущий винт вертолета на поступательной скорости развивает большую тягу, чем ротор парящего вертолета.

И наоборот, для создания одинаковой тяги необходимо передать меньшую мощность на винт вертолета, движущегося со скоростью вперед, чем на винт парящего вертолета.

Снижение потребляемой мощности с увеличением скорости происходит только до определенного значения скорости, при котором увеличение сопротивления воздуха движению вертолета не только не поглощает увеличение мощности, но фактически требует увеличения последней.

3. ESC/ Электронный контроллер скорости

ESC позволит контроллеру управлять скоростью и направлением движения двигателя. Если напряжение правильное, то ESC выдержит максимальный ток, который может потреблять двигатель, и ограничит ток, протекающий через фазу (во время переключения).

ECS, используемый на беспилотной сфере, позволяет двигателю вращаться только в одном направлении (но с правильной прошивкой он сможет работать в обоих направлениях).

Подключение ЭКС

ECS может поставляться с припаянными разъемами или без них. Он имеет несколько проводов, контактов и разъемов (с обеих сторон), и все это может слегка запутать.

• Питание: Для подачи питания имеется 2 провода (толстого диаметра, традиционно красный и черный). Эти провода подают питание от приборной панели/жгута проводов, на который питание подается от аккумулятора.
• Разъемы: на контроллере есть 3 разъема, которые необходимы для подключения к 3 пулевидным разъемам на бесщеточном двигателе. Используя разъемы, контроллеры можно легко заменить в дальнейшем (без паяльника). Если случилось так, что шаровой разъем не подходит, вам просто нужно найти подходящий. Легко увидеть, какой из трех проводов является «+», а какой «-«. Плюсовой провод, идущий от аккумулятора, идет к плюсовому разъему, на котором также есть минус.
• 3-контактный разъем сервопривода с тонкими проводами: он обеспечивает обработку сигнала от приемника. Один провод — сигнальный, второй — «-» (минус), третий — «+» (плюс).

Прошивка

Не все ЭСК подходят для сборки дрона. Важно помнить, что до того, как бесщеточные двигатели были впервые использованы в беспилотниках, они применялись в автомобилях/самолетах/вертолетах. Многие из них не нуждаются в быстрой реакции и обновлении.

ЭСК со встроенным программным обеспечением могут очень быстро реагировать на изменения, и это делает разницу между стабильным полетом и катастрофой.

Питание ESC

ESC питается от основной батареи, соединения батареи необходимо разделить на 4.

Таким образом, вы делите положительные и отрицательные клеммы от основной батареи на 4. Типы разъемов на батарее, ESC и приборной панели могут отличаться, поэтому выбирайте стандартные разъемы. Для некоторых плат может потребоваться припаять разъем(ы). Вы сами решаете, какой разъем (разъемы) использовать.

Балансировка пропеллеров с помощью подручных средств

Маловероятно, что производитель рассчитает баланс винта с какой-либо точностью. А отклонения от нормальных значений приводят к увеличению шума, снижению качества изображения и быстрому износу электродвигателя.

Для выполнения балансировки вам понадобятся:

• лак для ногтей или клей «Момент»;
• наждачная бумага;
• винтовой балансир.

Сначала зажмите лезвие на оси станка и слегка наклоните его в одну сторону. Если лезвие остается на месте и не втягивается, необходимо выровнять вес лезвий. Более тяжелую сторону можно отшлифовать, а более легкую покрыть тонким слоем лака или клея.

Балансировка

Шлифовка или склеивание должны производиться только с внутренней стороны болта.

Втулка также должна быть сбалансирована. Для этого пропеллер фиксируется в вертикальном положении, а также проверяется на наличие неровностей. Регулировка баланса, как и в горизонтальном положении, может быть выполнена с помощью нескольких слоев клея «Момент» или аналогичного материала.

Длина пропеллера и его шаг

Длина и шаг являются основными параметрами, определяющими тягу гребного винта. Когда пропеллер вращается, лопасти образуют диск. Диаметр этого диска равен его длине. Шаг — это расстояние, которое пропеллер может пройти за один оборот в плотной среде (если вспомнить пропеллер и то, как он вкручивается в доску, все станет ясно). Шаг лопастей квадрокоптера зависит от угла наклона самих лопастей, угла, под которым они расположены (угол атаки).

Тяга считается сильной, когда пропеллеры винтомоторной группы (ВМГ) перемещают большой объем воздуха. При увеличении длины, шага или любого из этих параметров, в то время как скорость вращения остается постоянной, тяга винта увеличивается. При этом возникает турбулентность из-за увеличения сопротивления. И как следствие, большой радиус пропеллера и угол лопастей потребует больше энергии, что приведет к сокращению времени полета.

Большие пропеллеры с малым шагом идеально подходят для аэрофотосъемки, а маленькие пропеллеры с большим шагом подходят для гоночных дронов, для которых важна скорость полета.

Количество и форма лопастей пропеллеров

Стандартным вариантом считается двухлопастной пропеллер. Большинство небольших квадрокоптеров имеют пропеллеры с более чем двумя лопастями. Это обеспечивает более равномерное распределение воздуха и, как следствие, снижает уровень турбулентности. Кроме того, дополнительные лопасти увеличивают подъемную силу. Таким образом, пропеллер малого диаметра с тремя (или более) лопастями способен обеспечить подъемную силу, которой обладает стандартный двухлопастной пропеллер большего диаметра.

Отзывчивость квадрокоптера также зависит от количества лопастей пропеллера, чем больше лопастей, тем более отзывчив дрон в полете. Стоимость таких многолопастных пропеллеров дороже, чем стандартных, и существуют трудности с их изготовлением и центрированием. Такие пропеллеры следует приобретать у производителей или официальных дилеров.

Обратите внимание на различия в форме кончиков лезвий. Они делятся на три категории:

• Нормальный;
• Бычий нос (БН);
• Гибридный булноз (HBN);

Обычные пропеллеры позволяют сэкономить расход батареи за счет меньшей тяги и выиграть время полета, не вызывая дополнительного перерасхода энергии. Обычные пропеллеры имеют заостренные наконечники. Одинаковый диаметр винтов BN с их большой площадью поверхности создает большую тягу. Это преимущество сопровождается недостатком — сокращением времени полета из-за высокого энергопотребления. Имеющиеся грузики на наконечниках винта помогают увеличить крутящий момент и повысить скорость реакции квадрокоптера по оси рысканья. Что касается наконечников HBN, то они находятся между Normal и Bullnose.

Направление вращения

Двигатели отвечают за направление вращения лопастей, которые делятся на два типа:

• CW — вращает пропеллер по часовой стрелке;
• CCW — вращает пропеллер против часовой стрелки;

Принцип крепления этих двигателей зависит от схемы квадрокоптера. Схемы более наглядно показаны на рисунке.

По краю лезвия можно определить, в какую сторону оно поворачивается.

Пластик и карбон: где качество и эффективность

Более популярны пластиковые пропеллеры. Их отличительными особенностями являются:

• пластичность;
• низкая цена;
• широкий ассортимент;
• доступность;

Стоит также отметить, что более гибкие лопасти обладают большей устойчивостью к деформации при наезде на препятствие, но при этом возникают погрешности в балансе.

На рынке также доступны лезвия из углерода. Карбоновые пропеллеры стоят дорого, но имеют ряд положительных качеств

• долговечность;
• эффективность;;
• легкость;

На рынке также представлены гибридные пропеллеры из пластика и углеродного волокна. Последние обычно усиливают первые. Пропеллеры этого типа дешевы по цене и соответствуют по качеству и жесткости пропеллерам из чистого углеродного волокна.

Качество пропеллеров относится к тому, насколько хорошо они сделаны. Правильно изготовленные пропеллеры обеспечивают хорошую балансировку в полете и не вызывают дополнительной вибрации ВМГ. Бренды, которые производят лучшие пропеллеры для квадрокоптеров и других летательных аппаратов, — это GWS. Также по-прежнему рекомендуются APC, который производится американцами, и EMP с большим ассортиментом не только реквизита.

Спецификация и характеристики

Чтобы понять параметры того или иного пропеллера, необходимо посмотреть на кодировку. Производители указывают длину, шаг и количество лопастей в этом формате:

LLPPxB или LxPxB — где L — длина лопасти, P — шаг (указывается в дюймах), а B — количество лопастей.

В качестве примера рассмотрим два различных формата маркировки:

Так, первый пропеллер с маркировкой 6045 (6 на 4,5) указывает, что пропеллер имеет две лопасти (стандартные), длину 6 дюймов и шаг 4,5 дюйма.
Второй уже дает число лопастей 5040 на 3 (5 на 4 и 3), где 3 в конце — это просто число лопастей. И 5 и 4 дюйма, длина и ход соответственно.

В некоторых случаях указывается направление вращения. Они обозначаются латинскими буквами — R и C. Пропеллеры с маркировкой (C) предназначены для двигателей CCW, а (R) — для двигателей CW. Некоторые производители также дают аббревиатуры BN, что означает заточенные наконечники и грузила, или HBN, что является гибридом пластика и углерода (о них мы говорили выше).

4. Аккумуляторная батарея

Тип

В дронах используются только литий-полимерные батареи, а они могут быть разными по составу — литий-марганцевые и другие разновидности. Они отличаются высокой производительностью и скоростью зарядки, а также малым весом. Единственные минусы — цена и безопасность (опасность возгорания).

Напряжение

Для вашего дрона вам понадобится один аккумулятор с напряжением, соответствующим выбранным вами безкоммутаторным двигателям. Почти все аккумуляторы традиционно содержат несколько литиевых батарей напряжением 3,7 В каждая. То есть, 3,7 В = 1S (одна банка), 2S = 2х банка и так далее.

Это означает, что если ваш аккумулятор маркирован как 3S, то 3x 3,7 В = 11,1 В. Обратите внимание, что одна батарея большой емкости может быть такого же размера, как и несколько батарей с меньшей емкостью.

Ёмкость

Емкость батареи измеряется в ампер-часах. Маленькие батареи могут иметь емкость 0,1 Ач Средние дроны часто используют батареи емкостью 2-3 Ач Чем больше емкость батареи, тем дольше ваш дрон будет находиться в полете, но при этом увеличивается и вес. Среднее время полета 10-20 минут — это не так много, но важно понимать, что во время полета дрон постоянно находится под нагрузкой (борется с гравитацией).

Зарядка

Батареи обычно имеют 2 гнезда: первое — для основного зарядного кабеля, который может проводить большой ток, второе (меньшего размера) — для самого зарядного устройства. В связи с повышенной опасностью этих батарей на зарядном устройстве должен быть индикатор, который даст вам знать об окончании зарядки.

Когда батарея полностью заряжена, лучше сразу же отсоединить ее.

Основные параметры

Количество

Количество лопастей влияет на подъемную силу, стабильность и реактивность коптера (в идеальном мире). Чем больше лезвий, тем лучше эти параметры. На самом деле, многолопастные (2+) пропеллеры ставятся только на небольшие дроны. Это связано с тем, что они дороги в производстве и сложны в балансировке. Балансировка 4 лопастей большого размера стоит очень дорого.

Чем их больше, тем стабильнее дрон. Небольшое число отрицательно влияет на управляемость.

Виды лопастей

1. Нормальные (N) — имеют лезвия, заостренные на концах. Это уменьшает тягу, но также снижает расход батареи.
2. Bullnose (BN) — Бычий нос (закругленный). Имея тот же диаметр, что и обычный, они обладают большей тягой и площадью поверхности. Большой вес делает его более устойчивым и увеличивает реакцию рысканья. Кроме того, они значительно увеличивают объем используемой дроном батареи.
3. Гибридный Bullnose (HBN) является промежуточным вариантом. Они имеют как преимущества, так и недостатки предыдущих.

Направление вращения

Существует два направления вращения электродвигателей. CW — вращение вала по часовой стрелке, CCW — вращение вала против часовой стрелки. Эти направления должны либо чередоваться (поскольку каждый пропеллер создает силу реакции, которая стремится повернуть все, к чему он прикреплен, в направлении вращения), либо располагаться соосно на одной балке (в этом случае сила реакции одного будет компенсировать силу реакции другого). Это более сложная схема. Используется, например, на вертолете «черная акула»).

Направление вращения самого пропеллера обозначено приподнятой кромкой. Он обращен в направлении вращения.

Материал

Пластик — самый популярный, но не самый эффективный вариант. Пластиковые пропеллеры имеют низкую цену и очень широкий ассортимент. Они имеют разную, но в основном высокую эластичность и мягкость. Это якобы повышает их устойчивость к механическим повреждениям. В действительности, любой, даже небольшой, недостаток в лезвии может оказаться фатальным. Неважно, развалится он или просто будет раздавлен. Вы все равно заменяете его на новый.

Углеродное волокно — очень дорого, но очень круто. Высокая жесткость, легкий вес. Легко балансировать. Это означает меньшую отдачу. Не теряет своей формы. А наличие черных лезвий всегда радует глаз. Рекомендуется приобрести защиту для лопастей квадрокоптера, так как они легко раскалываются.

Композит — пластик внутри и покрытие из углеродного волокна снаружи. Дешевый пластик, жесткость и прочность (почти) как у карбоновых пропеллеров. Также не очень дорого.

Вес

Вес влияет на реактивность дрона по оси рысканья. Однако будьте осторожны с этим, так как это также увеличивает нагрузку на двигатель квадрокоптера.

Эластичность

Эластичность винта повышает его устойчивость к перегрузкам и механическим воздействиям (не путать с мягкостью).

Качество

Как правило, чем дороже, тем лучше качество. Это может быть основано на ряде параметров. Главный из них — это баланс. Высококачественный пропеллер не требует балансировки. Еще одним важным моментом является качество материала.

Пластик может быть гибким и податливым, а может быть мягким и НЕ податливым. С этим следует быть осторожным. Как ни просто это может показаться, но характеристики планера зависят от качества лопасти.

Читайте также: Кронштейн для антенны — 80 фото и инструкции по монтажным работам

Спецификация

Существует два типа маркировки.

LLPPxB

• Длина L
• P-pitch
• B- количество лопастей (для двух лопастей может не указываться)

Например, 5045×3 — длина 5 дюймов, шаг 4,5 дюйма, 3 лопасти.

Иногда приходится гадать. Один и тот же пропеллер может иметь обозначение 0545×3.

LxPxB .

Например, 5×45×3 — длина 5 дюймов, шаг 4,5 дюйма, 3 лопасти.

Иногда в конце стоит буква R или C. Здесь указывается направление вращения пропеллера.

• R — по часовой стрелке
• C — против часовой стрелки

Иногда в конце имеется обозначение профиля лезвия. (Подробности см. в разделе «Типы лезвий» выше)

• N — нормальный (заостренный)
• BN — округлый
• ГБН — промежуточный

Методы крепления и крепежи

Хорошо подходит для экспериментов, когда вам нужно часто снимать и надевать пропеллер. Он выглядит как втулка, которая крепится к валу двигателя двумя винтами. Сам пропеллер кладется сверху и натягивается резинками на выступающие винты. Далеко он не улетит, но вы можете отбить чечетку.

Возможно крепление с помощью цанг. Цанга (та, что с пазами) насаживается на вал, затем монтажная втулка, пропеллер и шайба. Крепление надежно и идеально подходит для полетов.

Outranner — это не крепление, это тип двигателя без коммутатора, в котором ротор (вращающаяся часть) находится снаружи. На их верхней поверхности обычно имеется несколько резьбовых отверстий, в которые устанавливается адаптер (которых существует бесчисленное множество).

Балансировка

При спасении пропеллера вы будете удивлены, насколько он разбалансирован. Из-за этого пропеллер будет вибрировать, вы увидите желе на камере, резьба ослабнет, и вы очень быстро износите двигатели. Вам нужно сбалансировать его.

Для этого вам понадобятся:

• Пропеллер
• Скотч/суперклей (на свой страх и риск)
• Мелкая наждачная бумага.
• Специальный инструмент — балансир для пропеллера
• Уровень

1. Расположите балансир горизонтально.
2. Установите пропеллер на приводной вал в горизонтальном положении. Освободите его. Одно из лезвий опускается вниз.
3. Возьмите наждачную доску и на внутренней стороне поднятого лезвия (вогнутая сторона) снимите немного материала. Не переусердствуйте.
4. Верните ножи в горизонтальное положение. Если хоть один из них упадет, повторите предыдущий пункт. Если нет, вы двигаетесь дальше.
5. Поскольку балансир тоже не лучшего качества, вы меняете ось на противоположную и снова смотрите. Найдите точку, в которой, независимо от направления оси, пропеллер уравновешен.
6. Молодец.
7. Но не совсем. Теперь втулка. Вы выравниваете пропеллер по вертикали. Если пропеллер наклоняется вправо, вы размазываете краску по левой стороне.
8. Вы получите баланс.
9. Измените направление горизонтальной оси пропеллера. Если все по-прежнему в порядке, значит, вы сбалансировали пропеллер. Надеюсь, у тебя нет октокоптера.
10. Молодец!

Калькулятор Ecalc

Это чрезвычайно удобный калькулятор, найденный на официальном сайте Ecalc. Он позволяет указать детали, которые вы хотите использовать в своем проекте, и дает вам (очень) грубую модель того, как будет вести себя коптер.

Давайте рассмотрим его подробнее, поскольку он вам обязательно пригодится.

Основное

• Здесь вы задаете основные параметры вашей сборки
• Общий вес модели может быть указан «без ВМГ» (группа пропеллеров и двигателей = пропеллеры и двигатели). При выборе пропеллеров и двигателей калькулятор учитывает их вес.
• Количество пропеллеров — соосные пропеллеры — это два пропеллера, расположенные один над другим, а одноосные пропеллеры — это один пропеллер на одной балке вертолета. Для простоты калькулятор показывает конфигурацию в правом нижнем углу
• Размеры рамы — по диагонали от одного конца балки до другого.
• Остальное можете пока проигнорировать. Это уже является стандартом. Высота, температура и давление могут быть полезны для расчета характеристик полета на разных высотах.

Аккумулятор

• Из списка выберите нужную или ближайшую батарею, состояние заряда которой равно «номинальное».
• В поле «P» введите количество параллельно подключенных батарей (при необходимости).

Регулятор

• Выберите свой регулятор скорости из списка
• В поле «Аксессуары» введите общий расход и вес всех вещей, которые вы хотите повесить на свой дрон. Камера, диоды, сервоприводы, небольшие пушки. Если вы уже ввели их вес в основной модели весов, то оставьте поле веса равным нулю.

Мотор

Выберите производителя двигателя из списка и проверьте параметры. Если он выглядит так, все в порядке, если нет, продолжите «Охлаждение».

Пропеллер

• Выберите тип гребного винта из списка. Мы считали угол поворота, диаметр и шаг винта из технического паспорта.
• Если ваш пропеллер соединен с двигателем редуктором, используйте передаточное число.

Вот и все, можно нажимать «рассчитать» и наслаждаться результатами с погрешностью в 15%. Я не зря сказал «ошибка». Все эти расчеты хороши только для оценки того, полетит он или нет. Вы не получите более точной информации, чем эта.

Если нужного элемента нет в списке, можно воспользоваться строкой Custom и ввести его самостоятельно.

№3 ИСПОЛЬЗУЙТЕ Smoke Stopper

Это очень недооцененное устройство, которое может спасти ваш дрон от дыма, выходящего из него после короткого замыкания. Smoke Stopper необходим для первоначального запуска вашего дрона, позволяя направить электричество на лампочку, не поджигая сам дрон. Будет неприятно видеть, как белый дым от дрона, на который вы потратили тысячи рублей (или десятки рублей), сгорает при первом запуске.

№8 НАСТРОЙТЕ Failsafe

Отказоустойчивость — одна из самых важных вещей, которую должен знать каждый новичок. Если вы не установите Failsafe, дрон улетит и будет находиться там, пока не разрядится батарея. Дрон будет летать, пока не сядет батарея, последствия, как мне кажется, будут как минимум пустой тратой денег, а как максимум — он упадет кому-нибудь на голову.

Методы установки

Существует множество способов установки пропеллеров на квадроцикл. Очень часто вал двигателя представляет собой простой металлический вал без каких-либо приспособлений для установки гребного винта. В этом случае используются специальные адаптеры — пропсаверы и втулочные зажимы.

Бутафор (см. фото) удобно использовать для экспериментов по изготовлению самодельных моделей. Он выглядит как втулка с двумя симметричными отверстиями в боковой поверхности с установленными в них винтами. Крепление устанавливается на вал и затягиваются винты. Пропеллер также устанавливается на вал и фиксируется двумя нейлоновыми лентами или резиновым кольцом.

Более надежным приспособлением является цанговый зажим. Это резьбовое соединение с разъемной конической цангой. Цанга устанавливается на вал, затем устанавливается цанга, пропеллер и шайба. Вся конструкция фиксируется гайкой специальной формы — цангой.

Если ротор некоптерного двигателя находится снаружи (двигатели Outrunner), на верхней поверхности обычно имеется несколько резьбовых отверстий для установки различных адаптеров и крепежных элементов.

У производителей готовых коптеров с бескоммутаторными двигателями большой популярностью пользуется вариант самоконтрящейся гайки от DJI. В этих двигателях вал заканчивается резьбой, противоположной направлению вращения ротора.

Направление вращения пропеллеров на квадрокоптере

Пропеллеры квадрокоптера вращаются в разных направлениях — два пропеллера по часовой стрелке, два против часовой стрелки. Это необходимо для того, чтобы предотвратить вращение квадрокоптера вокруг собственной оси.

Ниже приведен пример обычной схемы вращения винта квадрокоптера породы ZMR250:

Пропеллеры, вращающиеся по часовой стрелке, обозначаются аббревиатурой CW (от ClockWise). Соответственно, гребные винты, вращающиеся против часовой стрелки, обозначаются CCW (CounterClockWise).

Из-за разного направления вращения квадрокоптеру нужны разные пропеллеры. Те, которые вращаются по часовой стрелке, обычно обозначаются буквой R (Right) — они также известны как пропеллеры, вращающиеся по часовой стрелке. Пропеллеры, вращающиеся против часовой стрелки, обычно не маркируются и известны как левосторонние пропеллеры.

«Правосторонние» пропеллеры также называют пропеллерами обратного вращения — соответственно, левосторонние пропеллеры считаются «нормальными» и никак не обозначаются. Это уходит корнями в те времена, когда еще не было квадрокоптеров, и все самолеты вращали пропеллеры в одном направлении — влево.

Некоммутаторные двигатели могут вращаться в любом направлении, это зависит только от того, как они закреплены. Иногда, однако, направление вращения определяется креплением гребных винтов. Если к вашим двигателям прикреплены пропеллеры с помощью обычных гаек, но с разной резьбой, они должны быть установлены так, чтобы направление вращения пропеллера было противоположно направлению завинчивания гайки.

 

 

 

 

 

 

 

 

Соответственно, пропеллеры CCW устанавливаются на двигатели с правой резьбой, а пропеллеры CW — на двигатели с левой резьбой. Таким образом, когда вы поворачиваете пропеллер, гайка затягивается. (Если вы установите пропеллер неправильно, гайка ослабнет под давлением пропеллера, и пропеллер может отвалиться).

В этой короткой статье представлена основная информация о пропеллерах квадрокоптеров (иногда называемых стойками) и объясняется, как шаг, форма и количество лопастей влияют на их производительность, тягу и эффективность.

По форме лопасти бывают:

• Нормальные (N) — с заостренными концами. Уменьшает тягу, снижает расход батареи;
• Bullnose (BN) — закругленные края. Они имеют большую площадь поверхности и создают большее сцепление. Дополнительный вес на наконечниках обеспечивает устойчивость летательного аппарата, увеличивая скорость рысканья — вращения вокруг вертикальной оси квадрокоптера. Недостатками являются высокое энергопотребление и короткое время полета;
• Гибрид Bullnose (HBN) — скрещивание между BN и N.

Пропеллеры вращают электродвигатели, половина из которых вращается по часовой стрелке (CW), а другая половина — против часовой стрелки (CCW). Направление вращения можно определить по приподнятому краю лопасти, который направлен в сторону вращения.

При вращении пропеллер разгоняет воздух вокруг себя, выталкивая его вниз, где он создает более высокое давление, чем в окружающей атмосфере. Разница давления поднимает квадрокоптер вверх.

Пластиковые пропеллеры являются самыми распространенными и недорогими. Гибкие пропеллеры устойчивы к повреждениям, но часто возникают проблемы с их точной балансировкой, что приводит к сбоям в работе гироскопов и влияет на качество отснятого камерой материала. Углеродное волокно (карбон) считается лучшим материалом для изготовления реквизита. Карбоновые пропеллеры стоят не дешево, но это разумно — жесткие и прочные лопасти не утяжеляют коптер, не теряют форму и легко балансируются. Пластик, армированный углеродным волокном, сравним с углеродным волокном по прочности и сравним с обычным пластиком по цене.

Управление

Немного о радиооборудовании. Практически все передатчики для летающих моделей сегодня работают на частоте 2,4 ГГц. Они имеют довольно большой радиус действия, и этот диапазон частот не такой шумный, как, например, 900 МГц. Для полета достаточно четырех каналов: дросселя, рысканья, тангажа и крена. Восьми каналов точно хватит для всего остального.

Питание и контроллеры питания

Совет капитану: чем больше мощность двигателя, тем больший аккумулятор ему нужен. Большая батарея — это не только емкость (читай: время полета), но и максимальная сила тока, которую она может выдать. Но чем больше батарея, тем больше она весит, что заставляет нас корректировать наши оценки для пропеллеров и двигателей.

Сегодня все используют литий-полимерные (LiPo) батареи. Они легкие, имеют высокую емкость и большой разрядный ток. Единственный недостаток — они плохо работают при отрицательных температурах, но если держать их в кармане и подключать непосредственно перед полетом, они слегка нагреваются во время разрядки и не успевают замерзнуть. Ячейки LiPo производят напряжение 3,7 В.

При выборе батареи следует обратить внимание на три параметра: емкость, измеряемую в миллиампер-часах, максимальный ток разряда батареи (C) и количество элементов (S). Первые два параметра связаны друг с другом, и, перемножив их, вы узнаете, какой ток батарея сможет отдавать в течение длительного периода времени.

Например, ваши двигатели потребляют 10 А каждый, и их четыре, а батарея имеет параметры 2200 мА — h 30/40C, поэтому коптеру нужно 4 — 10 А = 40 А, а батарея может выдать 2,2 А — 30 = 66 А или 2,2 А — 40 = 88 А в течение 5-10 секунд, что явно достаточно для питания аппарата. Опять же, эти соотношения напрямую влияют на вес батареи.

Предупреждение. Если ток недостаточен, в лучшем случае батарея загноится и выйдет из строя, а в худшем — короткое замыкание, повреждение или неправильные условия хранения и зарядки — она может загореться или взорваться, поэтому используйте специальные зарядные устройства, храните батареи в специальных негорючих пакетах и летайте с «бипером», предупреждающим о низком уровне заряда. Количество элементов (S) указывает на количество элементов LiPo в батарее, каждый элемент дает 3,7 вольта, и, например, батарея 3S даст приблизительно 11,1 вольт. Стоит обратить внимание на этот параметр, так как он влияет на скорость двигателей и тип используемых регуляторов.

Элементы батареи соединяются последовательно или параллельно. Последовательное соединение увеличивает напряжение, параллельное — емкость. Сочетание элементов в батарее можно понять из ее обозначения. Например, 3S1P (или просто 3S) означает три последовательно соединенных элемента. Напряжение этой батареи будет равно 11,1 В. 4S2P — это восемь ячеек, две группы по четыре ячейки последовательно соединены параллельно.

Однако двигатели подключаются не напрямую к аккумулятору, а через так называемые «регуляторы скорости». Регуляторы скорости (они же «регуляторы» или ESC) контролируют скорость двигателей, заставляя ваш коптер балансировать на месте или лететь в нужном направлении. Большинство регуляторов скорости имеют встроенный регулятор тока на 5 В, который можно использовать для питания электроники (особенно «мозга»), или можно использовать отдельный регулятор тока (UBEC).

Регуляторы скорости выбираются на основе потребления тока двигателем и возможности перепрограммирования. Обычные контроллеры довольно медленно реагируют на входящий сигнал и имеют много ненужных для конструкции коптера настроек, поэтому их перепрошивают кастомными прошивками SimonK или BLHeli. Китайцы также проделали определенную работу здесь, и вы часто можете найти контроллеры скорости с уже обновленной прошивкой.

Не забывайте, что такие контроллеры не следят за состоянием батареи и могут разрядить ее ниже 3,0 В на банку, что приведет к ее разрушению. Но в то же время, для обычного ESC вы можете изменить тип батареи с LiPo на NiMH или отключить снижение оборотов (в соответствии с инструкцией), чтобы предотвратить внезапное отключение двигателя в конце полета и чтобы ваш дрон не упал.

Двигатели подключаются к регулятору скорости тремя проводами, порядок не имеет значения, но если поменять местами любые два из трех проводов, двигатель будет вращаться в противоположном направлении, что очень важно для коптеров.

Два провода питания, выходящие из регулятора, должны быть подключены к аккумулятору. НЕ СМЕШИВАЙТЕ ПОЛЯРНОСТИ! Как правило, для удобства регуляторы подключаются не к самой батарее, а к так называемому модулю распределения питания. По сути, это просто плата, на которой припаяны провода питания регуляторов, разветвление для них и припаян кабель питания, идущий к батарее. Конечно, батарею не нужно припаивать, достаточно подключить ее через разъем. Вы же не хотите перепаивать аккумулятор каждый раз, когда он разряжается.

RashVinta

Программа для расчета параметров воздушного винта для самолета.

Он может работать с тремя наборами входных данных.

1. Мощность двигателя + диаметр винта, который вам необходим
2. Мощность двигателя + число оборотов в минуту
3. Диаметр пропеллера + шаг

В первом варианте

• Установите флажок «Расчет диаметра гребного винта».
• Введите желаемый диаметр в см
• Введите мощность двигателя в лошадиных силах в соответствии с параметрами двигателя (чтобы получить лошадиные силы из кВт, используйте формулу кВт*1.36)
• Введите максимальную скорость, которую позволит достичь ваш пропеллер
• Введите среднюю скорость в поле «Расчетная скорость».
• Нажмите кнопку расчета

В результате вы увидите шаг винта и необходимую вам скорость.

Во втором варианте

• Снимите все флажки.
• Введите мощность двигателя
• Введите скорость вращения гребного винта (двигателя, если нет коробки передач)
• Введите максимальную и среднюю скорость.

На выходе получается диаметр пропеллера в сантиметрах и шаг пропеллера.

Принцип работы винтов

• Длина пропеллера — это диаметр диска, образующегося при вращении пропеллера. Чем он больше, тем больше подъемная сила беспилотника, тем мощнее должен быть двигатель;
• шаг — расстояние, проходимое пропеллером за один оборот (зависит от угла наклона лопастей), представляет собой объем воздуха, попадающего под пропеллер за один оборот.

Размеры гребных винтов, разрешенных к установке, указаны в руководстве по эксплуатации двигателя (например, 1045″ — диаметр 10″, шаг 4,5″).

Лопасти установлены под определенным углом наклона, что влияет на сопротивление. Пропеллер с большим углом шага поднимает коптер за один оборот, но создает большую нагрузку на двигатель. Для ускорения и маневренности необходим менее энергоемкий угол тангажа.

Уменьшение длины пропеллера и увеличение шага уменьшает сопротивление и увеличивает скорость подъема дрона. Если сделать все наоборот, то динамические свойства дрона уменьшатся, но полезная нагрузка и стабильность полета увеличатся.

Стойки изготавливаются с 2-5 лопастями. Чем их больше, тем устойчивее дрон в воздухе. Основным недостатком многолопастных пропеллеров является сложность их балансировки.