Пропеллеры для квадрокоптера — основные параметры и как подобрать. Как спроектировать собственный квадрокоптер Винты для квадрокоптера своими руками

Продолжим наши занятия на тему квадрокоптера 🙂

Как уже замечал автор, управление тягой моторов осуществляется специальным микроконтроллером, который обрабатывает показания датчиков наклона и ускорения. Количество датчиков зависит от того, насколько автономной планируется система квадрокоптер – пилот.

Давайте рассмотрим основные составные части части квадрокоптера:

• Рама – основа всей конструкции, которая соединяет между собой все остальные части. Должна быть прочной и в то же время легкой.
• Двигатели, которые обеспечивают необходимую тягу для подъема квадрокоптера в воздух.
• Обороты каждого двигателя управляются отдельными контроллерами
• Пропеллеры (несущие винты)
• Источники питания – батареи или аккумуляторы
• Датчики ускорении/ угла наклона
• Микроконтроллер – мозг аппарата
• Приборы дистанционного управления
• Дополнительное оборудование

Рама (так же известна как крестовина)

Рама предназначена для соединения все компонентов конструкции в одно целое. Рама должна быть достаточно жесткой и в то же время обладать способностью гасить вибрации роторов.

Рама квадрокоптера , как правило, состоит из двух либо трех частей. Они не обязательно должны состоять из одного и того же материала.

• Центральная плита, на которую монтируются электронные компоненты
• Крестовина из 4 симметричных балок, которые крепятся к центральной плите
• Четыре мотогондолы, которые крепят двигатели к законцовкам балок крестовины.

Примечание переводчика: выражение «две или три части», вероятно означает, что с целью облегчения конструкции, центральная плита для размещения электроники, иногда не предусмотрена.

Для рамы подходят следующие материалы:

• Карбон
• Алюминий и его сплавы
• Дерево, например, фанера или МДФ

Наиболее предпочтительным для использования является карбон, из – за его жесткости и вибропоглощающих свойств, однако, и цена зачастую делает его недоступным для рядовых энтузиастов авиастроения:).

Популярностью при создании разного рода квадрокоптеров пользуются пустотелые алюминиевые профили (в основном – П-образные). Это вызвано их относительно низким весом, жесткостью и приемлемой ценой. В то же время, по сравнению с карбоном (углепластиком) , алюминий меньше поглощает вибрации, что может привести к искажению показаний датчиков. Фото именно такой крестовины приведено в заголовке статьи.

Плиты на основе древесины, например, МДФ – плиты или фанера также с успехом используются для создания квадрокоптеров из-за приемлемых вибропоглощающих характеристик. Однако, такие материалы не обладают высокой прочностью и могут быть легко повреждены в случае катастрофы. Несмотря на то, что материал центральной плиты не играет такой же важной роли, как материал для балок крестовины, чаще всего для ее изготовления применяется фанера как легкий и легко обрабатываемый материал, который хорошо поглощает вибрацию.

Для обозначения длины каждой из перекладин крестовины квадрокоптера иногда применяют термин «междвигательное расстояние», то есть дистанцию между валами противоположных роторов.

Бесколлекторные двигатели

Небольшое введение в теорию электродвигателей. Бесколлекторные двигатели, как и электродвигатели постоянного тока классической схемы, используют катушки с проводом и магниты для вращения приводного вала. Катушки в бесколлектроных двигателях расположены на внутренней стороне кожуха двигателя, и соответственно, в их конструкции отсутствуют щетки, предназначенные для передачи электрического тока на расположенные на валу катушки.

Магниты в бесколлекторных двигателях расположены в цилиндре, насаженном на вал двигателя. Таким образом, провода питания присоединяются непосредственно к обмоткам катушек что исключает необходимость использования щеток.

Преимуществом бесколлекторных двигателей является гораздо более высокая скорость вращения , а также меньшее энергопотребление в режимах работы, сравнимых с двигателями классической схемы. Кроме того, в бесколлекторных двигателях отсутствуют потери мощности из-за трения и искрения щеток и токосъемников, что делает их более энергоэффективными.

Существующие бесколлекторные двигатели в первую очередь различаются размерами и относительно малым потреблением энергии. При выборе двигателя для вашего квадрокоптреа, необходимо принять во внимание вес и размеры двигателей, характеристики несущих винтов, а также их соответствие относительному потреблению двигателей, которое описывается термином «kV Rating».

«kV Rating» показывает, сколько оборотов в минуту будет выдавать двигатель при определенном напряжении. Количество оборотов в минуту высчитывается по простой формуле: RPM=Kv*U (количество оборотов = напряжению питания умноженному на «kV Rating» ). Для упрощения расчетов, автор предлагает использовать онлайн – калькулятор eCalc , который считает прекрасным инструментом, который поможет рассчитать характеристики компонентов квадрокоптера в зависимости от запланированной грузоподъемности.

ВАЖНО! Не забудьте, что для квадрокоптреа необходимы две пары двигателей с противоположными направлениями вращения.

Пропеллеры (несущие винты)

Наверняка, на изображениях квадрокоптеров вы не заметили, что все их четыре винта не идентичны. Если приглядеться, можно заметить, что передний и задний несущие винты имею правый изгиб, в то время как на перепендикулярном плече крестовины несущие винты изогнуты наоборот .

Как автор указывал ранее, для предотвращения раскрутки аппарата, 2 ротора вращаются в одном направлении, в то время как два других – в противоположном. Пары воздушных винтов, которые вращаются в противоположных направлениях и имеют противоположное направление изгиба, обеспечивают подъемную силу в одном направлении без рысканья по курсу. Это и придает квадрокоптеру его знаменитую курсовую устойчивость.

Промышленно изготовленные воздушные винты для квадрокоптеров изготавливаются в разных диаметрах и с разными степенями изгиба (англ. – pitch, далее – шаг винта). Выбор пропеллера зависит от размаха балок несущей крестовины и определяет выбор двигателей. Ниже приведены несколько типоразмеров несущих винтов в зависимости от размеров квадрокоптеров.

• EPP1045 10 diameter and 4.5 pitch — самый популярный, используется в проектах среднего размера.
• APC 1047 10 diameter and 4.7 pitch — весьма похож на вариант № 1
• EPP0845 8 diameter and 4.5 pitch как правило, применяется в малых квадрокоптерах
• EPP1245 12 diameter and 4.5 pitch – для больших аппаратов, которым необходима значительная тяга
• EPP0938 9 diameter and 3.8 pitch для маленьких квадрокоптеров

Аэродинамика никогда не была легкой наукой. Да же не думайте, что теорию воздушного винта можно уложить в несколько слов или даже часов. Однако, в общем, тему несущего винта в вертолете можно свести к двум следующим соотношениям:

1. Больший диаметр и шаг воздушного винта определяет его большую тягу и возможность поднять больший груз. В то же время, для вращения такого винта необходима большая мощность двигателя.
2. При использовании высокоборотистых моторов вы можете позволить себе задействовать винты меньшего диаметра. Однако, в случае снижения скорости оборотов, тяги несущих винтов может не хватить для удержания аппарата и груза в воздухе и даже для их относительно мягкой посадки.

Соотношение шага, диаметра и скорости вращения воздушного винта

Диаметр винта определяет его площадь , в то время как шаг винта – его эффективную площадь , которая и создает тягу. Таким образом, при равных диаметрах, воздушный винт с большим шагом создаст большую тягу и обеспечит большую грузоподъемность при бОльших затратах мощности.

Увеличение скорости вращения воздушного винта увеличит скорость и маневренность летательного аппарата, однако наложит ограничение на полезную нагрузку вне зависимости от затраченной на подъем мощности. В то же время, сила тяги (и соответственно, затраченная на вращение винта мощность), увеличивается при увеличении эффективной площади воздушного винта. Это означает, что больший диаметр или шаг воздушного винта позволит создать большую тягу при той же скорости вращения и поднять большую полезную нагрузку.

При выборе комбинации компонентов винтомоторной группы вашего квадрокоптера, в первую очередь, необходимо определить его будущее назначение . Например, если вам нужна высокая стабильность для полетов со значительной нагрузкой типа видеокамеры, ваш выбор – двигатель с меньшей скоростью вращения, однако значительным крутящим моментом и несущие винты большего диаметра или со значительным шагом.

Базовые принципы полетов любой техники описывает аэродинамика и квадрокоптеры не являются исключением. Три оси вращения абсолютно однозначно задают ориентацию квадрокоптера в пространстве и направление его полета. Причем направление движения никак не зависит от расположения самого квадрокоптера в воздухе.

Любой летательный аппарат имеет курсовое смещение, что касается даже сверхзвуковых самолетов. А, как известно, настоящие вертолеты вообще без проблем могут летать боком.

Три перечисленных выше оси или угла принято правильно называть тангажом, креном и рысканьем. Разберем их более подробно.

Под тангажом понимают поворот аппарат вокруг продольной оси, рысканием – вокруг вертикальной оси, а креном – продольной оси.

Любой квадрокоптер, как и другой летательный аппарат совершает во время полета строго определенный список маневров. Это движение, тангаж/крен и рыскание – именно они и определяют параметры полета квадрокоптера.

Если брать в рассмотрение вертолет, то его главный винт имеет влияние на тангаж и крен, а хвостовой компенсирует вращающий момент и от того, с какой скоростью он вращается и в каком положении находится, зависит рыскание.

В случае квадрокоптера все обстоит иначе. Здесь имеются целых четыре винта, два из которых вращаются по часовой стрелке, а два других в противоположном направлении.

Для большинства квадрокоптеров устанавливают двигатели с неизменным шагом и управление ими заключается в повышении или понижении числа оборотов.

Соответственно если все из винтов квадрокоптера имеют одинаковую скорость вращения, то все параметры будут скомпенсированы. При увеличении скорости вращения одного из винтов квадрокоптера баланс нарушается. При этом, если скорость винта с обратным направлением вращения будет пропорционально уменьшена, то рыскание сохранение нулевого рыскания, но изменится тангаж или крен.

Если же увеличивать обороты одновременно на обоих винтах, которые вращаются в одном направлении и уменьшить на других, ту угол рыскания будет изменен.

Управление двигателями квадрокоптера, а, следовательно, и скоростью вращения его винтов, осуществляется с пульта дистанционного управления, сигнал с которых поступает на бортовой компьютер квадрокоптера и к ним добавляются необходимые коррекции от гироскопа, акселерометра и так далее.

При проектировании и создании квадрокоптера следует выполнить все необходимые расчеты с целью нахождения оптимального баланса между массой аппарата, мощностью установленных на него двигателей и целого ряда других факторов.

В квадрокоптере каждый их параметров и характеристик тесно связан друг с другом. Так, например, если вы захотите увеличить полетное время, то нужно будет установить аккумулятор большей емкости, а, следовательно, станет больше и масса, что повлечет увеличение расхода энергии.

Расчет квадрокоптера требует хорошей инженерной подготовки. Если вы хорошо знаете и понимаете каждый из параметров квадрокоптера, то можете попробовать выполнить расчет на онлайн калькуляторе, на сайте ecalc.ch .

Также можно скачать уже готовые расчеты из сети Интернет, и уже базируясь на их данных создать макет собственного квадрокоптера.

Грузоподъемность квадрокоптера – одна из самых востребованных характеристик наряду со временем полета. Действительно, если представить, что мог бы поднимать достаточно большой вес и лететь при этом долго и далеко, то цены бы этому чуду техники не было. Прежде всего, это открыло бы путь к полноценной доставке товаров, а также помощи в экстренных ситуациях и . На сегодняшний день в мире разные компании делают первые робкие попытки внедрить квадрокоптеры в различные сферы жизни людей, связанные с подъёмом грузов. Иногда такие инициативы проходят. Так, например, на пляжах Франции уже дежурит несколько квадрокоптеров, способных в кратчайший срок доставить утопающему специальный надувной буй. Или, к примеру, такие знаменитые компании, как интернет-магазин Amazon и служба доставки DHL вовсю разрабатывают и тестируют доставку грузов с помощью дронов.

Конечно, развитие дроностроения шагает семимильными шагами, но на данный момент действительно грузоподъёмный квадрокоптер - это в основном привелегия тех, кто может позволить себе потратить довольно внушительную сумму. Причём с запросом на квадрокоптер, способный поднять 10 и более кг., заказчика скорее всего отправят искать энтузиастов, собирающих дроны вручную под конкретный запрос и конкретные характеристики.

Нам часто задают вопрос, сколько может поднять квадрокоптер? Отвечаем: в среднем до 5 кг, хотя все, конечно же, зависит от модели. Причем стоит учитывать, что указанный вес в основном предназначен для крепления съемочного оборудования – стабилизирующего подвеса и камеры.

Нельзя забывать и о том, что если вы приобретаете не специальный квадрокоптер для перевозки грузов, а обычный, стандартный дрон, пусть даже достаточно большого размера – использовать его в качестве полноценного летательного грузового средства без доработок не получится:

• Во-первых, придется продумывать самодельное крепление.
• Во-вторых, коптер может просто не поднять такой груз в воздух.
• В-третьих, даже если он поднимет, время разряда аккумулятора значительно увеличится, а управляемость снизится из-за неправильной нагрузки и несбалансированной винто-моторной группы.

Да, настоящий грузоподъемный квадрокоптер - Конечно, если только вы не хотите отправить, например, пирожок из одной комнаты в другую – тогда проблем нет:)

Квадрокоптер, грузоподъемность которого позволит поднимать до 10 кг – в настоящее время возможен, но это скорее будет индивидуальная разработка под конкретные параметры. Если квадрокоптер требуется для с/х нужд, то можно обратить внимание на . По заявлению производителя, он способен поднимать до 10 л жидкости и имеет специальное опрыскивательное устройство для орошения полей. Это готовое решение, но с узкой направленностью. Хотя, конечно, можно предположить, что на этом DJI не остановятся и вскоре представят универсальный квадрокоптер большой грузоподъемности, готовый и не требующий никаких дополнительных приспособлений.

Больше повезло тем, кто профессионально занимается кино- и фотосъёмкой: для таких запросов те же DJI постоянно совершенствуют специальные съёмочные квадрокоптеры, способные нести на борту профессиональные кинокамеры. Речь идёт, в частности, о квадрокоптере DJI Inspire 2. Он выпускается даже в нескольких комплектациях. Например, или (без камеры). Этот внушительный по своим габаритам дрон умеет не только таскать тяжеленные камеры (чуть больше 500 гр), но даже обогревать свои аккумуляторы для работы в минусовую температуру!

Для тех, у кого нет ни с/х, ни операторского интереса для подъёма достаточного веса квадрокоптером, советуем рассмотреть различные варианты так называемых полётных платформ. Для подъёма тяжёлого съёмочного оборудования они также могут подойти, но вся их прелесть состоит в том, что упрощённая конструкция позволит крепить различные грузы, не только камеры. Самый выдающийся на данный момент вариант такой платформы - это . Мало того, что эта модель имеет отличный показатель по времени и дальности полёта (до 40 минут и до 5 км. без загрузки), она способна к тому же поднимать до 6 кг. дополнительного веса!

Более скромная по грузоподъёмности, но и более приятная по цене платформа - это : способна поднимать чуть больше килограмма. Время полёта у неё тоже достаточно внушительное - до 40 минут без нагрузки. А вот дальность полёта будект поскромнее - до 2 километров. Но всё-таки как вариант эта модель тоже хороша, ведь мало какой квадрокоптер "из коробки" способен взять даже такой, казалось бы, небольшой вес.

Неплохим вариантом для подъёма небольших грузов (до 1,5 кг.) может стать рама . Правда, дальность и время полёта у неё уже ощутимо меньше, чем у предыдущего варианта, но и цена значитально выгоднее. К тому же, для многих убирающиеся шасси могут стать дополнительной приятной "фишкой".

На этом список мало-мальски грузоподъёмных квадрокоптеров, доступных для широких масс, пока заканчивается. Можно немного продолжить его моделями, справляющимися с дополнительными грузами около 200-300 гр. - ; до 100-150 гр. - , ; но при этом нельзя забывать, что чем меньше и легче дрон, тем сложнее ему справиться с максимальным дополнительным весом. Конечно, даже среднего размера квадрокоптеры с мощными смогут поднять в воздух грузы в 500-1000 гр., но с практической точки зрения это бесполезно, т.к. дрон становится сложноуправляемым, а продержаться в полёте с такой нагрузкой он сможет от силы 2-3 минуты.

Первые шаги в использовании радиоуправляемых дронов уже сделаны, правда, не все они были, к сожалению, удачными. Так, всем известна нашумевшая история о пиццерии из Сыктывкара, где была предпринята попытка доставки пиццы по воздуху. Напомним, что предприниматель был оштрафован на 50 000 рублей за «грузоперевозку без лицензии». Также в интернете есть ролик о SkyCafe, в котором еда буквально прилетает к вам на стол. Другой пример: известная медицинская организация Инвитро также опробовала грузоподъемный квадрокоптер и организовала доставку биоматериалов в Кабардино-Балкарии.

Однако похоже на то, что пока что это в основном частные случаи, потому как явного прорыва в такой характеристике как грузоподъемность коптера пока нет. Связано это с отсутствием на сегодняшний день мощных аккумуляторов, которые бы при небольшом собственном весе и объеме могли выдавать достаточное количество энергии для работы пропеллеров и тяжелой нагрузки. Так что квадрокоптер грузоподъемность 5 кг – реально, а вот квадрокоптер грузоподъемность 100 кг – пока только проект:) Тем не менее время доставки товаров коптерами - всё ближе и ближе.

Сегодня в данной статье Вы узнаете фундаментальные знания о вращательных винтах для квадрокоптера (которые к тому же называют реквизитами). Какие показатели влияют на их производительность и эффективность. Какие формы и сколько лопастей должны быть у пропеллера, чтобы не занижаться тягу.

Что нужно знать: основные определения и понятия

Пропеллеры для квадрокоптеров подразделяются по следующим критериям:

• какая у них длина;
• какой у них шаг;
• какая площадь пропеллеров;
• какое направление вращения;
• какая у них форма;
• и сколько лопастей на каждом пропеллере;

Длина пропеллера и его шаг

Длина и шаг являются главными параметрами определяющие тягу. Во время вращения винта, лопасти образуют диск. Диаметр этого диска и есть длина. Под шагом понимают расстояние, которое винт может преодолеть за одно вращение, в некой плотной среде (если вспомнить шуруп, и то как он вкручивается в доску, то все становится понятно). Величина шага у лопастей квадрокоптера, зависит от наклона самих лопастей, то под каким углом они расположены (угол атаки).

Тяга считается сильной, когда винтомоторная группа (ВМГ) винтами перемещает большой объём воздуха. При увеличении длины, шага или какого-то одного из этих параметров, где скорость вращения остается неизменной, тяга винтов увеличивается. Вместе с этим образуется турбулентность за счет увеличения сопротивления воздуха. И как следствие, большой радиус пропеллера и угол наклона лопастей, потребует больших затрат энергии, за счет чего будет уменьшено время полёта.

Для аэрофотосъёмки идеально подойдут большие пропеллеры с малым шагом, а небольшие винты с большим шагом подойдут для гоночных дронов, которым важна скорость полёта.

Количество и форма лопастей пропеллеров

Стандартным вариантом принято считать пропеллер с двумя лопастями. На большинство маленьких квадрокоптерах ставятся винты с лопастями больше двух. Это позволяет обеспечить более равномерный поток распределения воздуха, и как следствие снизить уровень турбулентности. К тому же, за счет дополнительных лопастей увеличивается и подъемная сила. Таким образом, маленький диаметр винта с тремя (или более) лопастями, способен обеспечить силу подъёма, что и стандартный пропеллер с двумя лопастями и большим диаметром. Отзывчивость квадрокоптера, также зависит от количества лопастей у пропеллера, и чем больше их, тем отзывчивее дрон в полёте. Стоимость таких многолопастных винтов дороже стандартных, и есть сложности в изготовлении и отцентровки данных винтов. Такие винты следует покупать у производителей или официальных дилеров.

Присмотритесь на различия форм окончаний лопастей. Их подразделяют на три категории:

• Normal;
• Bullnose (BN);
• Hybrid Bullnose (HBN);

Винты Normal позволяют сэкономить расход аккумулятора за счет меньшей тяги, и благоприятно влияют на продолжительность полёта не вызывая дополнительного перерасхода энергии. На винтах Normal имеются заостренные наконечники. Равный диаметр винтов BN при их большой площади создает большую тягу. Такое преимущество сопровождается недостатком – уменьшение времени полёта из-за высокого потребления энергии. Имеющиеся утяжелители на кончиках реквизитов, способствуют увеличению крутящего момента и повышают скорость реакции квадрокоптера по оси рысканья. Что касается наконечников HBN, то они находятся между Normal и Bullnose.

Направление вращения

За направление вращение лопастей отвечают двигатели, которые разделяют на два типа:

• CW – крутит пропеллер по часовой стрелке;
• CCW – крутит пропеллер против часовой стрелки;

Принцип установки таких моторов зависит от схемы устройства квадрокоптера. Более наглядно схемы изображены на рисунке.

По кромке лопасти можно определить то, в какую сторону он вращается.

Пластик и карбон: где качество и эффективность

Пластиковые пропеллеры пользуются большей популярностью. Их отличительные черты это:

• пластичность;
• низкая цена;
• большой выбор ассортимента;
• доступность;

Также стоит отметить, что более гибкие лопасти имеют повышенную устойчивость к деформациям при ударах о препятствие, но вместе с тем, имеются погрешности в балансировке.

На рынке также представлены карбоновые лопасти. Карбоновые винты высоки в цене, но обладают рядом положительных критериев:

• прочность;
• эффективность;
• лёгкость;

Также на рынке представлены гибридные пропеллеры из пластика и углеродного волокна. Второй обычно усиливает первый. Пропеллеры такого типа дешевы в цене и не уступают по качеству и жесткости чисто карбоновым.

Под качеством реквизитов понимают то, насколько правильно они изготовлены. Правильное изготовление пропеллеров обеспечивает хороший баланс во время полёта и не создают дополнительную вибрацию ВМГ. Бренды, которые производят лучшие пропеллеры для квадрокоптеров и других летательных аппаратов – это GWS. Также еще рекомендуют APC, которую производят американцы, и EMP с большим ассортиментов товаров, не только реквизитов.

Спецификация и характеристики

Чтобы понять параметры определенного пропеллера, следует смотреть на кодировку. Производители обозначают длину, шаг и количество лопастей в таком формате:

LLPPxB или LxPxB – где L-длина лопасти, P-шаг (указывается в дюймах) и B-количество лопастей.

На примере разберем два разных формата обозначения:

Так первый реквизит с пометкой 6045 (6 на 4,5), говорит о том, что у пропеллера две лопасти (по стандарту), 6-дюймов длина и 4,5-дюйма шаг.
Во втором уже указано количество лопастей 5040 на 3 (5 на 4 и 3), где 3 на конце это, как раз, количество лопастей. А 5 и 4 дюйма, длина и шаг соответственно.

В некоторых случаях указываются обозначения направления вращения. Они указываются латинскими буквами – R и C. Так пропеллеры с пометкой (C) ставятся на двигатели CCW, а с пометкой (R) – на двигатели с CW. Еще некоторые производители указывают аббревиатуры из чего они изготовлены BN, что значит с заостренными наконечниками и утяжелителями или HBN – гибрид пластика и карбона (о них мы говорили выше).

Методы установки

Есть разные способы установки винтов на квадрокоптер. Зачастую вал электромотора - это ничто иное, как металлический штырь. Без каких-либо вспомогательных элементов для установки винта. Для таких случаев используют цанговые зажимы и пропсейверы – это специальные переходники.

При создании своих моделей квадрокоптеров, удобно использовать пропсейверы (см. на фото) Пропсейвер похож на втулку. В боковой части поверхности имеются по одному отверстию с каждой стороны, выполненных симметрично. Такая конструкция устанавливается на вал, и затягивается винтами. Далее пропеллер нужно надеть на вал и закрепить нейлоновыми стяжками, также есть вариант крепления резиновыми кольцами.

Цанговый зажим является более надежным, по сравнению с пропсейвером. Его конструкция построена конусообразной втулкой с резьбовым соединением. Сначала на вал устанавливается цанга, затем идет зажимная втулка с пропеллером и шайбой. Весь переходник закрепляется коком – гайкой, особой формы.

На моторах класса Outrunner, где ротор бесколлекторного электродвигателя находится с внешней стороны, в верхней части конструкции присутствует несколько отверстий, предназначенных для установки различных типов переходников и креплений.

Компания DJI, при производстве своих квадрокоптеров на бесколлекторных моторах, устанавливают самозатягивающиеся гайки. Резьба на валах такого типа двигателей, роторы которых вращаются в противоположенную сторону.

Балансировка пропеллеров с помощью подручных средств

Купленные дешевые пропеллеры не могут быть на 100% сбалансированными, только если это не оптовый сбыт фирменных пропеллеров. Такие пропеллеры негативно влияют на работу ВМГ, что вызывает дополнительные вибрации и вследствие чего появляется “эффект желе” при съёмках видео. Помимо качества записи видео, также страдают и двигатели. Постоянные вибрации оказывают негативное влияние на двигатели, подшипники и шерстни, тем самым увеличивая стоимость обслуживания квадрокоптера.

В данном случае потребует процедура балансировки реквизитов для квадрокоптера. Для её выполнения потребуется:

• винт;
• скотч;
• суперклей (если не нашелся скотч);
• наждачная бумага;
• балансир для пропеллеров (в данном примере рассматривается – Du-Bro Tru-Spin, или можно использовать китайские аналоги, как на видео);

Чтобы приступить к балансировке, установите устройство на ровной поверхности так, чтобы ось была выровнена по горизонтали.

Перед балансировкой лопасти необходимо проверить на отсутствие повреждений, затем установить на ось и немного отклонить в нужную сторону. Далее смотрим на горизонтальное положение пропеллера, удалось ли ему вернуться после отклонения. Если нет, то нужно облегчить более тяжелую лопасть (наждачной бумагой). На более легкую лопасть можно наклеить скотчи или нанести на нее лак для ногтей, если таковой имеется под рукой. В случае если нет ни того ни другого, используйте суперклей.

При повороте балансировочного станка, необходимо удостовериться, что пропеллер держит равновесие в таком положении. Подчеркнем, что все процедуры по утяжелению и облегчению лопастей необходимо производить с внутренней стороны (вогнутых).

Далее проделываем процедуру балансировки ступицы. Перемещаем пропеллер вертикально, и смотрим, если есть отклонения в одну сторону, то утяжелять нужно противоположенную. Утяжелять можно с помощью лака или суперклея. Достигаем баланса, меняем положение – переворачиваем, и удостоверяемся, что баланс достигнут и с другой стороны. На этом балансировка лопастей пропеллера закончена.

Калькулятор eCalc

Для расчета винтомоторных параметров, при создании своих моделей беспилотных летательных аппаратов, есть очень удобный сервис – eCalc. Многие, кто собирает квадрокоптеры своими руками знают про этот онлайн калькулятор. Раздел, где приводятся параметры расчетов для квадрокоптеров, выглядит следующим образом.

Сперва может показаться, что всё понятно. Но следует знать о некоторых моментах, которые сильно влияют на результаты произведенных вычислений.

Первоначально, необходимо указать взлётный вес коптера. Если имеются подвесы и камеры, то их тоже нужно включить в этот параметр. Если сервис показывает Without Drive (что значит “без привода”), то нужно указать общий вес рамы, и вес других составных частей, таких как:

• пропеллеры;
• платы;
• контроллер;
• подвеса;
• камера;
• оборудование для FPV полетов.

Также необходимо прибавить к массе +10%, которую займут провода. На выходе получается искомая цифра полного взлетного веса квадрокоптера.

Указываем общее число роторов, по какой схеме они расположены – одиночной или соосной. Указываем верхнюю планку высоту полёта, погодные условия при полете – температура воздуха и атмосферное давление).

В выпадающем списке предлагается выбрать аккумулятор. При отсутствии нужной батареи, выбирайте ту что ближе подходит по токоотдаче и емкости. Далее, система завершит заполнение полей сама. Указываем вес и структуру батареи. При необходимости установить дополнительные АКБ, в текстовом поле P укажите их число. А в поле Weight указывается их суммарный вес.

Поле этого, в выпадающем списке указываем тип ESC, так называемый макс. ток этих регуляторов.

Указываем производителя моторов. В окне появляется его оценка. По показателям KV указывается нужный образец.

Теперь указываем параметры пропеллеров – тип, диаметр и шаг. По возможности, применяйте винт с максимально допустимым диаметром для данной рамы. Указывайте передаточное число, если у привода зубчатая трансмиссия. Количество зубьев направляющей шестерни к ведомой.

Если система не выдает нужных параметров, то можно указать в текстовом поле Custom. И там указать нужные параметры для расчета в калькуляторе. Имейте ввиду, что в одну ячейку указываются параметры батареи.

После заполнения всех полей, производится вычисления. На выходе вы получите необходимые данные. Они изображены в виде графиков, списков и циферблатов.

RashVinta – программа, которая производит расчет параметров воздушного винта не только для квадрокоптера, но и других летательных аппаратов.

С помощью RashVinta можно делать вычисления с исходными данными, такие как:
Мощность двигателя и диаметр винта;
Мощность двигателя и частота вращения винта;
Диаметр Винта и его шаг.

В первом случае устанавливаем флажок только на параметре “расчет по диаметру винта”. Указываем информацию о размере пропеллера, мощность двигателя, скорость полета – максимальная и средняя. Жмем “Рассчитать” и видим параметры шага и частоту обращения пропеллера.

Во втором случае все отметки снимаются. Далее, как и в первом случае указываем исходную мощность двигателя, также не забываем про частоту вращения винта и скорость летательного аппарата, аналогично первому случаю. Жмем “Рассчитать” и видим все нужные данные по диаметру винта и его шагу.

В третьем случае расчеты производятся на профессиональном уровне. Галочкой отмечаем пункт “указать параметры винта”. Параметры диаметра и шага винта вносим в нужные поля. Жмем “Рассчитать” и видим данные по профилю лопасти винта, его изображение появляется в окне. Можно менять масштаб для его изучения. Все заключения по расчетам сохраняются в виде таблиц в формате date.html, предусмотренном в сборке программы.

В программе есть возможность увидеть профиль лопасти под углом наклона. Для этого отметьте галочкой пункт “Профиль с углом”. И еще можно увидеть точки, который были использованы для расчета – отметьте галочкой пункт “показать расчетные точки”. На принтере данное изображение профиля можно вывести на бумагу в проекции 1:1.

Заключение о сложности процедуры

Как вы уже заметили, работы по подбору и корректировке реквизитов, довольно сложная задача для новичка. Но я надеюсь, что эта статья будет полезна для любителей квадрокоптеров и другой беспилотной авиации, грамотно провести процедуру балансировки пропеллеров, их установки на квадрокоптер с самодельной конструкцией. А также избавиться от ошибок в работе ВМГ серийных моделей мультикоптеров.

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

Классическим вариантом является наличие у пропеллера двух лопастей. Впрочем, на самых маленьких моделях применяют воздушные винты с тремя, четырьмя и даже пяти лопастями. Понятно, что многолопастный воздушный винт снижает уровень турбулентности за счет создания более равномерного потока. Более того, дополнительные лопасти увеличивают общую площадь винта, что благотворно отражается на подъемной силе квадрокоптера. Из этого следует, что многолопастный винт меньшего диаметра способен создавать ту же подъемную силу, что и более крупный классический пропеллер. Многолопастные пропеллеры делают летательный аппарат более отзывчивым, что очень важно при полетах в режиме Acro . Основным недостатком таких винтов является сложность изготовления и центровки, а также достаточно высокая стоимость.

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.

У производителей готовых коптеров с бесколлекторными моторами очень популярен вариант с самозатягивающимися гайками от компании DJI . У таких двигателей вал заканчивается резьбой, противоположной направлению вращения ротора.

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:

• Винт;
• Скотч или суперклей (можно заменить лаком для ногтей);
• Наждачная бумага;
• Специальный балансир пропеллеров Du-Bro Tru-Spin - один из лучших, или китайские аналоги .

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).