Activity

Проектирование любого коптера начинается с определения основных параметров: полный взлетный вес включая полезную нагрузку и требуемое время полета.

Взлетный вес получить легко - надо взвесить все предполагаемые к сборке компоненты и сложить.

Время полета рассчитывается исходя из:

1. полученного расчетного взлетного веса

2. эффективности ВМГ при расчетной тяге=(вес коптера/количество моторов), взятые из описания моторов (или полученные на стенде экспериментально -

при определенных пропах). Для недорогих моторов/пропов обычно этот показатель бывает 7-7,5 г/вт, для хороших и дорогих может доходить до 15-18г/вт. Причем на разной тяге эта величина у одних и тех же моторов и пропов сильно меняется.

3. емкости и напряжения выбранного акума

Пример: вес - 2800гр; эффективность 7,3 г/вт; емкость акума 4S 8А.

Для висения коптера с этими параметрами требуется мощность 2800/7,3=383вт, при 4S средний потребляемый ток 383/14,8=25,9А Следовательно, время полета с этим акумом будет (8/25,9)*60=18,5мин до полной разрядки акума, соответственно если оставить запас 10% при посадке (что сохранит батарею и снизит риск аварии) то остается примерно 16мин, что является очень рядовым показателем. Комбинируя разные комплектующие и выполняя расчет можно подобрать приемлемый вариант коптера по ТТХ. Точность данного расчета зависит от точности исходных данных, особенно эффективности ВМГ и реальной отдачи емкости акумом, особенно если он не новый.

При выборе моторов надо учитывать их максимальную тягу с планируемыми пропами и выбирать с запасом в 2,3-2.7 раза. Это позволит сохранить управляемость и эффективность системы во всем диапазоне питающего напряжения от полностью заряженного акума до разряженного. Например, для нашего случая, коптер (квадр) весит 2800гр, 2800/4=700гр - это тяга висения на один мотор, 700*3=2100гр значит при выборе мотора надо смотреть на модели с максимальной заявленной тягой 2000-2100гр. Ну и конечно, надо выбирать КВ моторов такое, чтобы с определенными пропами развивалась необходимая тяга (с запасом см.выше) в конце разряда акума.

Фактически, путей увеличения времени полета три: снижение веса, замена ВМГ на более эффективную, выбор акумов имеющих наибольшее соотношение емкость/вес.

Выбор схемы ВМГ (4-6-8) коптера зависит от требуемой надежности и возможностей используемого полетника. Квадр с одной отказавшей ВМГ упадет с вероятностью 99,99%. Гекса может выжить, но не со всяким полетником и соотношением веса аппарата к запасу по тяге ВМГ (энерговооруженность), с Назой обычно падает -

Окта, даже соосная, гарантировано сохраняет способность летать, тест -

Назревшая необходимость дальнейшего увеличения полетного времени окты 860мм (описана в дневнике) при сохранении общей концепции аппарата, привела к мысли о необходимости модернизации ВМГ. Переход на квадро-гексо варианты для облегчения конструкции не рассматривался из-за низкой надежности системы при отказе одной ВМГ. С момента начала эксплуатации коптера (2012г.) с моторами 3524 от Хаиркрафт C650 и пропов APC 12*3.8 на рынке появилось много новых предложений со значительно лучшими характеристиками. К тому же, за девять лет моторы порядочно поистрепались и было самое время подумать о замене. Выбирая кандидатов, обратил внимание на моторы от Саннискай серии Vmotors, имеющие значительно лучшие (по заявлению производителя) характеристики по сравнению с большинством других моторов. Из этой серии наиболее привлекательными представлялись 4006 380кв и 4004 400кв, с первыми из них, кроме ожидаемого повышения эффективности, снижение веса после замены имеющихся моторов составит 88гр, со вторыми выигрыш в весе коптера получится в 224гр. В итоге выбор пал на 4004.
Первым делом, после получения моторов и пропов EOLO 15*5.5, я решил на стенде проверить характеристики энергоэффективности. Несмотря на отсутствие в тестах производителя сочетания моторов 4004 и пропов 15*5,5 с питанием 6S была выбрана именно такая комбинация ВМГ с надеждой дальнейшего снижения взлетного веса и получения более высокого показателя эффективности ВМГ. Производитель позиционирует данные моторы как рекомендуемые для взлетного веса менее 450гр/мотор. Регуляторы FVT LITTLEBEE использовались в тесте как обладающие низкими потерями и весом, и будут установлены на коптер вместе с моторами.

Для измерения параметров использовался такой стенд -

Тест проводился в диапазоне тяги 100-500гр, т.к. взлетный вес коптера, для которого моторы предназначаются составляет на данный момент 436гр/мотор.
Для питания ESC во время теста использовался регулируемый стабилизированный блок питания запитанный от LiPo батареи 8S 6,2A .

Результаты при питании 4S (14,8в) с регуляторами FVT LITTLEBEE BLHeli_S SPRING 20A 2-4S приведены ниже:
ТЯГА гр. ЭФФЕКТИВНОСТЬ гр/вт
100 16,47
200 14,22
300 13,07
400 11,07
450 10,48
500 09.93

При конечном напряжении 11в из-за низкого kv моторов ВМГ не развивала требуемой тяги в 450гр.

Результаты с регуляторами FVT LITTLEBEE BLHeli_S SPRING 30A 2-6S при питании 22,2в 6S:
ТЯГА гр. ЭФФЕКТИВНОСТЬ гр/вт
100 14,53
200 14,30
300 12,28
400 10,72
450 10,13
500 09,75

При конечном напряжении для 6S в 15,6в запас по тяге был со значительным запасом.

Из теста следует, что такая связка ВМГ вполне работоспособна при 6S, но для получения хорошей эффективности желательно не превышать взлетного веса в 400гр/мотор.

После пары лет успешной эксплуатации гексы (впоследствии модернизированной до окты) на базе Назы v1 было решено построить еще один аппарат на хорошо зарекомендовавшем себя полетном контроллере но более компактный и мобильный, пусть даже и с меньшим полетным временем. Первоначальная версия аппарата представляла собой квадрик размером 450 на Назе v1 со штатным модулем ГПС, пропами 10*3,8 АРС, моторами 2830, регулями Авионикс Пилот 18А, простенькой ОСД отображающей только бортовое напряжение питания, 2-х осевым подвесом на базе АлексМос 8бит, и Гопро3 - rcopen.com/…/53d10b4b9970730077438c53
В таком виде аппарат просуществовал не очень долго, после чего назрела модернизация с целью улучшить качество получаемого видеоматериала и увеличения надежности аппарата при сохранении имеющихся размеров. В результате, квадр был переделан в соосник, вес аппарата без акумов и подвеса при этом увеличился до 1600гр. Кроме того, для увеличения энерговооруженности вместо двух акумов 3S 5000 была установлена одна 4S 8000 (вес батареи 640гр.). Самодельный подвес уступил место H3-3D. Через какое-то время, для снижения веса регуляторы были заменены на Мультистары слим с прошивкой БиХели. Коптер “похудел” до 1450гр. Одновременно был заменен штатный модуль ГПС-компас на M8N успешно прошедший тестирование на большой окте. Затем коптер был дооборудован родной miniOSD. В результате аппарат стал выглядеть так (регули на фото старые) - rcopen.com/…/55bb4473997073007743915a

Текущая конфигурация:
Пропы - АРС 10*3,8
Моторы - 2830 Турниги
ESC - Turnigy Multistar 20A Slim V2 ESC With BLHeli OPTO 2-6S
Наза v1 доукомплектованная PMU от v2 и M8N
miniOSD Джидайская
видео - 5,8 0,5W
РУ - Corona 2,4 с модулем FS от Турниги заменена на Фриску как более стабильную на дистанции в 1 км.
бортовое питание - 4S 8А Мультистар
время полета с подвесом и камерой (полный вес 2450) на высоте до 300м и скорости до 35кмч - 14мин

После первых успехов по съемкам с гексы возникла мысль о создании влагозащищенного коптера для безопасных для оборудования съемок на воде. С камерой все решается просто - проха ставится в свой бокс. При использовании подвеса на БК моторах надо загерметизировать только датчик на площадке камеры. А вот с самим коптером появилась проблема уже на этапе испытаний. Связана она с герметичностью объема и отсутствием циркуляции воздуха для охлаждения регуляторов. На данный момент квадрик выглядит так - rcopen.com/…/5140e38e99707300774383ec

На данный момент конфиг квадра -
Пропы APC 10*3,8
моторы турниги 2830-11
регуляторы Авионикс 18А пилот
Наза+GPS
micro-Failsafe от Турниги
пульт Авионикс (Турнига)
радиоканал Corona 2,4 V2DSSS
передатчик видео 0,2w 5,8Ghz
акум ЗиппиКомпакт 5000 3S
рама готовая, от Aquacopters.com
подвес YUN-I и проха3 BE
Полный взлетный вес - 1700гр.
Время спокойного полета - 12мин

Сухопутные испытания прошли успешно -

и после решения проблем с отводом тепла от регулей начнутся водные испытания 😃

Идея использовать беспилотный летательный аппарат для съемок с воздуха давно занимала мои мысли, но лишь в 2011 году в силу ряда обстоятельств стала для меня реальной. В июне 2011 года выбор первой платформы пал на достаточно быстро развивавшийся на тот момент проект “Xaircraft 650C”. Не имея никакой предварительной подготовки в этом новом деле, 650-ка стала моим полигоном для освоения неба. И хотя первая версия железа Xaircraft (FC1212), на базе которого “летал” мой первенец была весьма далека от идеала, все же, без проб и ошибок, падений и взлетов этого первого квадра не было бы всех последующих квадров, гекс, окт на базе контроллеров Naza. Гекса в мае 2012 года получила свое первое крещение во время экспедиции весной 2012 года на плато Устюрт, внеся лепту в создание клипа “Устюрт-2012”

а затем, осенью 2012 была предпринята вторая экспедиция на плато Устюрт результатом которой стали фильмы “Плато Устюрт. К берегам океана Тетис”

и “Ustyurt. The magic of flight”

Второй фильм полностью смонтирован из видовых полетных кадров. С тех пор гекса продолжает успешно использоваться для аэросъемки уже дома (ныне модернизирована до окты), в горах Осетии, и вот пара работ с ее участием -

После перехода на Naza-M стало ясно, что на этой платформе можно получить конкретный и предсказуемый результат. Контроллер FC1212 с AHRS от X650C тоже не остался без дела - он обрел новую профессию - управление двухосевым самодельным подвесом - rcopen.com/…/4fef3cdc9970730077437d64 впоследствии замененным подвесами на БК моторах.
С первых же (неудачных) пробных полетов еще на X650, стало ясно, что ажурность и красота заводской рамы, в особенности на начальном этапе освоения неба, плохо сочетаются с ремонтопригодностью и живучестью, особенно в полевых условиях. В ходе экспериментов по оптимизации конструкции рамы появилась весьма ремонтопригодная и достаточно прочная система (см. альбом Naza +6 и OctoCruiser) состоящая всего из четырех основных видов деталей: крепление мотора, луч, центральное основание (фюзеляж), полочка для акумов. Все детали кроме лучей (вначале - карбон квадрат, ныне - алюминий квадрат) изготовлены из доступного фольгированного стеклотекстолита. Имея в запасе шаблоны каждой детали можно за один вечер полностью напилить Дремэлом детали на новый коптер. Себестоимость такой рамы на гексу 80 см получается примерно в районе 50-55 долл вместе с крепежом.
Важным моментом при проектировании коптера является выбор пропеллеров. Соосная 8-ка (еще на базе X650) погибла именно из-за невысокого качества родных винтов, отрыв лопастей происходил не только в коаксальном режиме, но и в конфиге простого квадра. Сейчас выбор прочно закрепился за APC 12*3.8 отлично зарекомендовавших себя в деле при любых полетных условиях. За время эксплуатации квадрика, гексы и окты на этих пропах (с начала 2012 года) не отмечено ни одного случая самопроизвольного разрушения пропеллеров.
Как показала практика эксплуатации двух ныне летающих у меня коптеров - аккуратность и компетентность пилота (проектировщика) будут залогом безаварийных полетов на долгий период.

Гекса 800 мм на базе первой Назы была построена в начале 2012 года, после переделки в окту весной 2014 г. выросла до 860мм;

Цель постройки аппарата - пейзажная аэровидеосъемка для фильмов о природе и путешествиях.

Конфигурация на начало 2023г.:

диаметр центральной части - 18см;
вес без подвеса и акума окто версии - 1930 гр;
максимальное время полета на скорости 10-12 м/с и набором высоты до 300м, с подвесом и камерой, на батарее 6S1P LiPo 16A с полным взлетным весом 4195гр. - 53 мин.
Наза M v1 FW4.06 + PMU v2 + GPS, родной модуль впоследствии заменен на альтернативный M8N, расположен в центре конструкции, на 27см выше ЦТ;
телеметрия - DJI miniOSD;
пропеллеры - EOLO 15*5.5;
моторы - Sunnysky 4004/400kv;
регули - Turnigy 20A slim;
BEC Matek Duo облегченный до 13гр, постоянно работающий выход 5в используется для питания камеры заднего вида Foxeer и подзарядки GoPro4Bl, второй выход, управляемый от AUX настроен на 5в и питает модуль M8N с возможностью дистанционного перезапуска с пульта в случае зависания прямо в полете;

переключатель видеосигналов с двух камер Hobbyking;
силовая разводка питания выполнена проводами: к ESC - 18AWG расположенными между пластинами центральной части, основной ввод от акумов - 12AWG;
видеопередатчик Boscam Thunderbolt 5,8Ghz 2W;
пульт Avionix (клон Turnigy 9X) и РУ Rmilec 4346 на 433МГц;
полетные акумы 6S7P 21A Samsung 30Q; и LiPo 6S1P 16A HRB; рама самодельная, центр - текстолит, лучи - квадрат алюминий 3401212мм, крышка - пластиковая миска диаметром 18см;
подвесы Зенмусы H3/4-3D + GCU, и камера GoPro4Black.

После апгрейда до окты 860 вес самого аппарата увеличился до 2080гр., для уменьшения затенения собственными деталями антенна FPV 5,8ГГц была перенесена на луч, а с 2018 года вместе с литий-полимерными акумами стали применяться сборки на 18650. Ноги отсутствуют для уменьшения веса, взлет и посадка только с руки. Виброразвязка выполнена резиновыми подушками, расположенными над стойками крепления площадки акумов, т.е. вес акумов участвует в гашении вибраций, т.к подвес крепится к площадке, под акумами. Предельная горизонтальная скорость в АТТ - 89км/ч, во время съемок в GPS до 70км/ч. Максимальная скорость набора высоты - 6м/с, снижения - 3,5м/с. Ток висения - 21А, при максимальной скорости набора высоты - до 33А. На начало 2023 г. максимальный набор высоты от точки старта во время съемок составлял 2200м, максимальная абсолютная высота полета - 5000м, максимальное удаление - 7000м.

Пример съемки выполненной этим аппаратом -

В 2021 году окта претерпела модернизацию в связи с необходимостью найти замену старым и потрепанным моторам от X650C в связке с пропами APC 12*3.8 летающими с начала 2012 года. Попутно ставилась задача снизить вес, увеличить общий кпд системы и полетное время, не отступая от общей концепции - окта на Назе с подвесом H3-3D.
В качестве кандидатов были выбраны моторы от Саннискай 4004 400кв и пропы EOLO 15*5.5. Пробные тесты на стенде дали приемлемые результаты в связке с регулями FVT 30A 6S (см. дневник). Первая версия переделки окты 860 была сделана с чередующимся расположением моторов и пропов, один сверху луча, соседний снизу и т.д. для сохранения прежнего размера коптера. Затем, для улучшения стабильности в полете была предпринята переделка в классическую окту 1100мм с зазором между соседними пропами в 35мм. Но такая конфигурация не прижилась из-за проблем с транспортировкой увеличившегося в диаметре коптера. Кроме того, выигрыш в эффективности от расположения пропов без взаимного перекрытия сходил на нет из-за прироста веса от удлинения лучей. В итоге схема с чередованием пропов в размере 860мм была возвращена, а нестабльность в полете была устранена значительным изменением настроек Назы и заменой регулей FVT 30A на Turnigy 20A slim. Облегчение конструктива (замена всех винтов на титан и алюм) и деталей крепления подвеса дало снижение веса аппарата без акумов до 1930гр + 316гр подвес с камерой + 1946гр АКБ LiPo 6S1P 16A. Замена ВМГ значительно снизила шум по сравнению с прошлым вариантом на 12-дюйм. пропах, а переход с 4S (с моторами Х650С) на 6S позволил использовать более тонкие силовые провода, время полета выросло до 53мин.

Конструкция окты по состоянию на февраль 2023 -