Квадролет
Построил квадролет. Даже несколько вариантов. Публикую конфигурацию.
Немного предыстории
В начале этого лета купил вертолет. MJX F45. Довольно большой, 4-канальный с фиксированным шагом. Звезды так сошлись. У сына на даче увидел отличную лужайку для полетов, у внука день рождения на носу, ну и в подкорке детские неосуществленные мечты. Выбрал модель побольше с тем прицелом, что он что-то снимающее сможет поднять. Пока заказ шел из Москвы, понял, что для внука (6 лет) эта штука категорически не подходит. Стал сам летать. Быстро стало понятно, что поднять сколько-нибудь серьезную камеру этим аппаратом не получится. Во-первых, потому, что грузоподъемность не та. Во-вторых, управление таким вертолетом - совсем непростое дело и вероятность падений очень велика. Тем не менее полеты интересны. Обзавелся несколькими микровертолетами. Научился неплохо дома летать на совершенно замечательном Blade MCX2.
Про коптеры раньше знал. Впечатляли работы команды Airpano, которая в последнее время как раз перешла с вертолета на гексакоптер. Но постройка коптера представлялась совершенно загадочным делом. В какой-то момент (где-то в прошедшем октябре), однако, наступило просветление - стало понятно, что его можно собрать из готовых комплектующих. Особенную проблему для меня представляет электроника, в которой не разбираюсь. Но, увидев коробочку Назы, понял, что есть вариант plug-and-play - то, что надо.
Задача
- Просто чтоб летало и не падало. Чтоб не требовалась особенная ловкость рук для удержания аппарата в воздухе и осмысленных маневров, как в случае с вертолетами. Но это - так. Вертолет все-таки машина красивей, если просто полетать.
- Аэрофотосъемка. Фотографию люблю. К видео равнодушен. Давно уже было желание сделать снимки с воздуха дорогих для себя мест. Именно снимки, не видео. Качественные снимки, на приличную камеру. И даже не панорамы, которыми одно время увлекся, но сейчас поостыл. Недавно распродал зеркальную систему Canon (60D+объективы) - надоело тяжести таскать - и перешел на Sony NEX-6. К нему есть хороший набор объективов.
- По мере погружения в тему обнаружилась еще одна цель - полеты FPV. Судя по всему, это интересно.
Выбор конфигурации
Про электронику написал - никакие варианты, требующие прошивки и какой-либо возни по настройке не подходят. Стиль open source тоже не близок. Naza, короче. Ее концепция очень нравится. Раму мог бы и сам сделать, но как-то уже нет желания пилить-строгать. Значит, готовая. Рамы DJI понравились. Остроумной конструкцией. Тем, что они массово клонируются, что тоже подтверждает, что рама удачная. Лучи повсеместно используются в других вариантах: рептилии всякие, TBS. Впечатлило видео, демонстрирующее прочность рамы - это когда ее об стенку бьют и с высокого этажа на асфальт. Просто и недорого.
Вначале ориентировался на гексу - как будто бы надежней. Теоретически может лететь при отказе мотора. Дорогую камеру собрался поднять, хочется максимальной надежности. Однако после консультации в здешнем форуме выяснилось, что реальных случаев мягкой посадки гексы при отказе ВМГ не обнаруживается. Все равно случается креш: тряска от сломавшегося пропеллера и т.п. Поэтому был выбрана схема квадро. В полтора раза дешевле рама+привод. Сама рама DJI F550 довольно тяжелая, в то время как F450 - 282 грамма - не рекордный вес, но очень прилично. Еще после некоторых прикидок выяснил, что квадрокоптер оказывается эффективней гексы, дает больше возможностей апгрейда. На квадро-раму 450 мм помещаются пропеллеры до 12 дюймов, а на гексу 550 - только 10-дюймовые. Строить большой аппарат не хотелось, поэтому варианты вроде Tarot 650 были отброшены.
В итоге решил построить квадр из готового набора DJI: рама F450, моторы, регуляторы, пропеллеры + Naza V2. Как вариант с правильно подобранными компонентами от солидного производителя. Чтобы получить первоначальный опыт.
План апгрейда
Параметры стандартного набора не позволяли рассчитывать на полет с NEX. То есть поднять он ее, вероятно, поднимет, но время полета будет небольшим. Сразу оговорюсь, что Sony NEX планируется использовать для фото, а не видео. Поэтому гиростабилизированный подвес не предполагается. Это снижает вес полезной нагрузки.
Засел за расчет апгрейда. Делал это с помощью калькулятора: ecalc.ch Калькулятор показал себя с самой лучшей стороны. Кроме того, что с его помощью просчитан вариант модернизации, который пока полностью себя оправдывает, калькулятор позволил понять основные зависимости между параметрами коптера: весом, параметрами пропеллеров, моторов, аккумуляторов. И если перед началом этих расчетов я эти связи практически совсем не понимал, то теперь все или почти все встало на свои места. Очень ценная в этом отношении вещь. Рекомендую: ecalc.ch
Результат расчетов оказался такой: питание 4S, моторы Tiger MT3506 650kv, пропеллеры 12 дюймов. Критерием подбора было время висения. При условии, что газ висения при максимальной нагрузке находится в пределах 60%. Именно этот мотор обеспечил по расчету максимальную продолжительность полета. Рассматривались также моторы Sunny Sky, про которые масса хороших отзывов. Но обнаружил противоречия в данных о подходящем моторе. Было даже не понятно, есть подходящая по параметрам модель в природе или нет. Сайт разработчика довольно невнятный, на сайтах продавцов то одно, то другое, фотографии изделия не соответствуют характеристикам и т.п. Поэтому в отсутствие опыта решил не рисковать и раскошелиться на Tiger’ы. Прикидывал также вариант с Tiger MT4006, но он многополюсный, а в форуме встретилось сообщение, что регуляторы DJI могут иметь проблемы с многополюсными моторами. Проверять это на себе не хотелось. А один из смыслов приобретения стандартного набора DJI состоял в том, что имеющиеся в его составе регуляторы 30А Opto, могут использоваться и с другими моторами, имея запас по току. К тому же, по расчету MT3506 650kv давал лучшие результаты и был дешевле 4006.
Базовая конфигурация
- Рама, моторы, регуляторы, пропеллеры DJI, полетный контроллер Naza V2: goodluckbuy.com/dji-f450-quadcopter-with-esc-motor…
- Аккумуляторы Zippy Flymax 4S, 3000mah, 20C (2 штуки): www.hobbyking.com/hobbyking/…/uh_viewItem.asp?idPr…
- Провод для подключения аккумулятора: banggood.com/XT60-Male-Plug-10AWG-10cm-With-Wire-p…
В ките DJI имеется два проводка (черный и красный) для подключения батареи, но без разъема. Разъемы XT60 тоже прикупил, но воспользовался этим проводом, у которого разъем уже припаян. - Ремешок-липучка для крепления батареи: www.ebay.com/itm/300816320012
Штатный ремешок DJI для моего способа крепления батареи (ремешок не охватывает плату снизу) коротковат. - Индикатор напряжения (пищалка): banggood.com/Wholesale-1S-8S-Li-po-Battery-Voltage…
- Передатчик и приемник Futaba: www3.towerhobbies.com/cgi-bin/wti0001p?&I=LXBWGR
- Зарядное устройство iMax B6AC: www.ebay.com/itm/190818922305
- Провод с разъемом XT 60 для подключения к зарядке: www.hobbyking.com/hobbyking/…/uh_viewItem.asp?idPr…
Вот он, красавец. С пропеллерами 8x4.5
Да, черные стяжки - полное г…но. На холоде просто распадаются. Заменены на белые - очень прочные.
Особенности компоновки
Белые лучи спереди, красные сзади, как у автомобиля. Аккумулятор вдоль. Naza приклеена на нижнюю плату. PMU - на верхнюю изнутри. Приемник на задней площадке нижней платы. GPS у основания переднего луча на двух винтах в положении, когда он подальше от пропеллера (в дальнейшем установлены большие 12" пропеллеры).
Придумал, как кажется, отличное крепление приемной антенны. В документации Futaba рекомендуется размещать антенну так, чтобы усы ее рабочей части располагались под прямым углом. Вначале хотел запустить две части антенны вдоль лучей: на квадре там прямой угол. Но там же вдоль лучей и силовые провода и регуляторы. Да и плохо до лучей кабели антенны дотягиваются.
Взял пробку от винной бутылки. Выбрал не из натуральной пробки, а пластиковую. Для вина это, конечно, хуже, а для вертолета, думаю, лучше - не крошится. В пробке два диаметральных, скрещивающихся под прямым углом отверстия. Делал сверлом 2 мм, но, думаю, что можно даже шилом. В отверстия протягиваются усы антенны и хорошо держатся там трением. На выходе из пробки одного из отверстий в сторону приемника сделан надрез, в который утоплен дальний от приемника провод, чтобы он не висел и чтобы лучше фиксировался. Пробка вначале была приклеена к боковой стороне приемника двухсторонним скотчем, но скотч (старый плохой в тот момент только был) к пластиковой пробке клеился плохо. Поэтому вторая версия с чуть измененной пробковой частью была приклеена 502-м клеем к нижней пластине рамы на ее торце. На фото первая версия. Вес пробки меньше грамма.
Крепление антенны приемника Futaba
Апгрейд
Двигатели DJI 2212/920KV заменены на Tiger MT-3506-25 KV 650. Установлены пропеллеры вначале APC 12x3.8 Slow Flyer, затем APC 12x4.5 Multi Rotor. В дальнейшем предполагается использование только Multi Rotor. Два штатных пропадаптера моторов Tiger с правой резьбой PA006 заменены на пропадаптеры PA005 с левой резьбой - гарантия от самоотвинчивания в полете, надежность в приоритете. На адаптеры с левой резьбой ставятся пропеллеры Pusher. Установлены родные ноги DJI. Зимой удобно взлетать со снега и садиться на снег. Ноги хлипкие, но со своей ролью справляются, поскольку коптер садится исключительно мягко. Вес одной ноги 18г. После того как разобрался с настройкой контроля напряжения в Назе, “пищалку” с коптера снял.
Моторы: himodel.com/…/T-Motor_MT3506_650KV_Outrunner_Brush… (цена поднялась, покупал по $56.95)
Пропадаптеры: dronesvision.net/…/1541-tiger-motor-t-motor-m6-ccw…
Пропеллеры:
www3.towerhobbies.com/cgi-bin/wti0001p?&I=LXGNT0
www3.towerhobbies.com/cgi-bin/wti0001p?&I=LXBZMX
www3.towerhobbies.com/cgi-bin/wti0001p?&I=LXDRAE
www3.towerhobbies.com/cgi-bin/wti0001p?&I=LXDRAD
Переходные кольца (пропеллеры MR идут без них, у SF - есть в комплекте): www3.towerhobbies.com/cgi-bin/wti0001p?&I=LXDUES
Ноги: banggood.com/DJI-Landing-Gear-For-F450-Or-F550-RC-…
Разъемы для укороченных проводов мотора: banggood.com/Wholesale-10-Pairs-Gold-Plated-3_5mm-…
Коптер после апгрейда с пропеллерами APC 12x4.5MR
Моторы MT-3506 заметно тяжелей, чем DJI 2212. Официально вес Tiger’ов 72 грамма, на деле с пропадаптерами и 60-сантиметровыми проводами вес мотора около 100г. Провода укоротил до размеров, как у DJI 2212, то есть очень сильно. Вес отрезанных от 4 моторов проводов около 70г.
На лучах рамы F450 предусмотрено по 4 отверстия для крепления моторов, расположенных на диаметрах 16 и 19мм. Отверстия у мотора MT-3506 - на диаметрах 19 и 25мм. Можно крепить мотор двумя винтами. Но можно, используя в качестве кондуктора крест, который имеется в комплекте мотора, просверлить в площадке луча еще пару отверстий. Оригинальная рама это легко позволяет сделать, клоны - нет.
Сверление дополнительных отверстий в мотормаунте через крестовину-кондуктор. Теперь на мотормаунте 3 пары отверстий.
При планировании апгрейда были сомнения относительно использования больших 12-дюймовых пропеллеров на раме 450мм. Геометрически они туда помещаются впритык. Зазор между винтами 15мм. Но поговаривают о возможных проблемах с устойчивостью, управляемостью и т.п. На калькуляторе эти вещи, увы, не просчитываются. Мне не казалось это особенно страшным, поскольку не видел в чем могут быть принципиальные проблемы. При малой длине лучей и малых моментах инерции рамы, реакции по крену и тангажу могут оказаться резче, но можно это будет компенсировать настройкой коэффициентов усиления (gain). На деле ничего такого не потребовалось. Никаких проблем вообще не обнаружилось. Gain’ы не трогал, все по умолчанию. Единственное - 12-дюймовые пропеллеры оставляют мало места на верхней площадке рамы для размещения оборудования. До стойки GPS от пропеллера 20мм, до угла аккумулятора примерно столько же.
Больше того, оказалось, что рама F450 как будто специально под 12-дюймовые пропеллеры сделана. Пространственная конструкция ее лучей такова, что в той части, где они не сплошные, лучи имеют вполне аэродинамичный профиль. И эта аэродинамически-полупрозрачная часть заканчивается как раз там, где проходит край 12-дюймового пропеллера. Нижняя площадка рамы имеет такую форму, что ни одна ее часть не попадает под круг пропеллера. Уголки выступающих площадок как будто специально для этого срезаны.
Тестовые полеты
Производитель (DJI) рекомендует для питания 4S использовать на штатных моторах пропеллеры 8 дюймов, а на 3S - 10 дюймов. Комплект и тех и других входит в набор. У меня предусмотрено питание 4S. Известно, однако, что эффективность пропеллера пропорциональна его диаметру (подробнее об этом планирую написать отдельно). Поэтому 10" было бы интересней. Но судя по всему, DJI2212 на 4S 10 дюймов не потянут - расчет тоже это подтверждает, мощности мотора недостаточно. Однако просто повисеть можно, ничего не случится. В результате полетал (повисел) на моторах DJI с пропеллерами 8 и 10 дюймов. На моторах MT-3506 - на пропеллерах APC 12x3.8SF и APC 12x4.5MR. Результаты оказались совершенно ожидаемые и хорошо совпадающие с расчетными (по калькулятору). Вес конфигураций разный (на 12-дюймовых летал либо с длинными проводами, либо с ногами - лишних грамм 70), поэтому большого увеличения времени с 12-дюймовыми пропеллерами не обнаружилось. Кроме того, из двух имеющихся у меня одинаковых батареек Zippy 3000mAh одна отдает около 2700, а другая около 2300 миллиамперчасов при снижении напряжения до 3.5В на банку под нагрузкой. Полеты выполнялись и с одной батареей и с другой. Понятное дело, что на второй летает меньше. Обработка результатов замеров, сделанных в тестовых полетах, выявила совершенно внятную картину. Большой пропеллер - хорошо. Хороший результат по времени полета (висения) получился с пропеллером DJI 10", но эта конфигурация с питанием 4S бесперспективна, поскольку нагрузить такой коптер не получится - мотор слаб. Да даже и летать (не висеть) стрёмно. Если кто хочет использовать стандартную конфигурацию DJI с родными моторами и пропеллерами, я бы, пожалуй, порекомендовал 3S и пропеллеры 10 дюймов.
Результаты тестовых полетов (висение)
Тестовые полеты выполнялись при полностью заряженной батарее до уменьшения напряжения до 3.5В на банку под нагрузкой по сигнализации Назы. Без нагрузки после этого напряжение на батарее оказывается 3.7В на банку. Поэтому при расчетах принято, что падение напряжения под нагрузкой составляет 0.2В на банку или 0.8 на батарею. Учет падения напряжения под нагрузкой позволяет оценить эффективность собственно ВМГ без учета потерь на внутреннем сопротивлении батареи. Такие цифры больше подходят для сопоставления с данными, полученными на стендах, где измеряется напряжение на ВМГ (на батарее под нагрузкой). Приводятся и данные, где такое падение напряжения не учитывается, тем самым оценивается эффективность силовой установки в целом: ВМГ + батарея.
Порядок расчета таков. По емкости и времени вычисляется средний ток. ЭДС - это напряжение на батарее без нагрузки. По средней ЭДС (среднее арифметическое между значениями до полета и после) и току вычисляется мощность. При расчете, исключающем потери на внутреннем сопротивлении батареи, вместо ЭДС используется среднее напряжение под нагрузкой.
Комментарии модерируются.
