В настоящее время всё большие задачи перекладываются с пилотируемой авиации на "плечи" беспилотной авиации. Осознание ценности человеческой жизни и неспособность человека выдерживать огромные перегрузки, при которых работает современная техника, подвели черту, за которой невозможно использовать пилотируемую авиацию. Спасти жизнь пилота и выполнить задание в условиях ядерного, химического и биологического заражения, в условиях сильнейшего ПВО и ПРО, могут беспилотные летательные аппараты (Рис. 1.). Главные достоинства беспилотных летательных аппаратов (БЛА): низкая цена и малый вес, возможность дистанционного управления аппаратом. Сегодня беспилотные летательные аппараты способны решать практически любые задачи. Небо будущего будет принадлежать беспилотным летательным аппаратам. В этой статье рассмотрено "сердце" БЛА – двигатель. Автор остановился на одном типе двигателей – бесколлекторных электродвигателях производства компании ModelMotors.
Рис. 1. Британский БЛА Zephy
Компания ModelMotors– один из ведущих производителей бесколлекторных электродвигателей. Первый двигатель AXI 2820/10 был создан в 2001 году и сразу же стал бестселлером. Благодаря высокому КПД двигателей достигается большая продолжительность полёта, а высокие значения крутящего момента позволяют отказаться от использования редуктора и обеспечивают возможность использования непосредственного соединение двигателя и пропеллера большого диаметра, что благоприятно отражается на весе БЛА и избавляет от лишних механических потерь.
Выпускаемые ModelMotorsдвигатели позволяют поднимать в воздух самолёты до 15 кг., что вполне достаточно для решения задач воздушной разведки и наблюдения за объектами. В таблице 1 приведены краткие технические характеристики бесколлекторных электродвигателей компании ModelMotors. Преимущество электромоторов в БЛА до 15 кг. по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и другими топливными двигателями очевидна, это и меньший вес электродвигателя и большая надёжность, связанная с отсутствием сложной системы подачи топлива, управления и др., больший КПД двигателя и простота обслуживания. Лидерами по эффективности среди электродвигателей являются бесколлекторные электродвигатели.
Они не имеют щёточно-коллекторного узла, в котором щетки и пластины коллектора непрерывно размыкаются, что вызывает искрение, приводящее к потерям и создающее радиопомехи. Также на КПД влияет то, что щётки постоянно трутся о коллектор, изнашиваются и подгорают, ухудшая токопропускную способность узла, что влечёт за собой уменьшение мощности двигателя. Причём часть мощности двигателя тратится на преодоление трения между щётками и коллектором. Отсутствие щёточно-коллекторного узла у бесколлекторного двигателя позволяет достичь КПД 95%. Отсутствие щёток и коллектора ещё более упрощают обслуживание двигателя, больше нет необходимости периодически менять щётки и чистить коллектор. Ресурс бесколлекторного двигателя практически зависит только от подшипников ротора. Этим достигается высокая надёжность двигателя.
В статье рассмотрим лидера по мощности в линейке двигателей ModelMotorsAXI 5360/20, рекомендованный для БЛА до 15 кг [1]. Внешний вид двигателя показан на рисунке 2.
Рис. 2. AXI 5360
Основные технические характеристики:
Более подробную информацию можно узнать в каталоге продукции [1] или на сайте компании (www.modelmotors.cz).
Всем заинтересованным этой темой рекомендуется скачать каталог [1] с сайта компании. Там представлен не только обзор бесколлекторных двигателей, но и подробные технические рекомендации по расчёту необходимой мощности двигателя, размера пропеллера, даны рекомендации по выбору контроллера скорости вращения винта. Дополнительно в каталоге представлена продукция партнёра ModelMotors компании Jeti, производящей контроллеры скорости вращения винта и радиотрансиверы на 2,4 ГГц. Для исключения ошибки при самостоятельном выборе компонентов и сравнения созданной инженером системы в каталоге рекомендована оптимальная, по мнению производителя, полная двигательная система: модель двигателя, пропеллер, контроллер скорости, количество элементов питания батареи. Инженеру остаётся установить эту систему в корпус, добавить полезную нагрузку и провести испытания.
Широкая номенклатура двигателей, позволяющая выбрать оптимальное соотношение масса/мощность, высокое качество и КПД, достигаемые применением новых высококачественных материалов, таких как неодий, вывели ModelMotors в лидеры рынка. Двигатели ModelMotors с их высоким качеством, надежностью и высокими техническими характеристиками позволяют оптимально решить задачи, стоящие перед разработчиками БЛА и создать уникальные летательные аппараты.
Таблица 1. Бесколлекторные электродвигатели компании ModelMotors.
| AXI 2203/46 | 1720 | 18,5 | 8,5 | 2,5…7 | 75 | 2 |
| AXI 2814/6D | 2850 | 106 | 55 | 20…45 | 80 | 2…3 |
| AXI 2820/10 | 1200 | 151 | 42 | 20…30 | 83 | 2…3 |
| AXI 2826/6 | 1500 | 181 | 65 | 30…45 | 82 | 2…3 |
| AXI 4120/20 | 465 | 320 | 52 | | 87 | 5…6 |
| AXI 5325/24 | 232 | 575 | 75 | 12…55 | 91 | 10 |
| AXI 5330/24 | 197 | 652 | 58 | 15…38 | 91 | 10 |
| AXI 5360/20 | 120 | 1350 | 65 | 20…59 | 94 | 10 |
| DOUBLE AXI 5330/20 | 235 | 1550 | 75 | 23…57 | 91 | 10 |
Литература:
1. Каталог продукции компании ModelMotors www.modelmotors.cz/download.
www.imotech.ru
Бесщеточные электромоторы — один из критически важных элементов дрона. Его и получилось модернизировать у уральских ученых. Им удалось применить более уплотненную конфигурацию двигателя. Из-за этого при небольших размерах мотор обладает относительно высокой мощностью — 3 киловатта. Масса готовой установки — 750 граммов, так что использовать такой можно будет, скорее, с промышленными дронами.
Ученые говорят, что та самая уплотненная конфигурация двигателя, которую они уже запатентовали, стала возможной из-за печати катушек для электромотора на принтере. Для этого использовался легкий металлический сплав. При компактности и мощности двигатель также обладает долгим сроком службы и высокой стабильностью. В нем два основных компонента: ротор и статор, поэтому трудно предположить сценарий, в котором что-то пойдет не так. 3D-печать отдельных компонентов позволила ускорить процесс и сделать двигатель более компактным.
В попытках применить 3D-печать к авиации сегодня находится и индустрия небольших БПЛА, и традиционное самолетостроение. Эксперты прогнозируют, что в будущем до 75% деталей самолетов будет печататься на 3D-принтерах. Это и возможность снизить издержки, и способ реализовать смелые планы инженеров, что с обычными станками было невозможно, и ускорить процесс производства и внедрения новых разработок. Недавно в МТИ на принтере напечатали сверхскоростной дрон-разведчик для ВВС США. Boeing прогнозирует, что печать титановых деталей на принтере позволит экономить от $2 млн до $3 млн на каждом самолете 787 Dreamliner.
Дроны становятся все популярнее не только у специалистов и профессионалов, но и среди обычных людей. Ведомости сообщали, что продажи беспилотников в России выросли почти вдвое. С января по сентябрь 2017 года россияне купили 57 000 беспилотников, на 84% больше показателей аналогичного периода прошлого года.
hightech.fm
Беспилотники могли бы оставаться в воздухе месяцами — современные технологии вполне позволяют создать подобные аппараты. Но не политики.
Широкое использование некоторых технологий открывает массу самых блестящих перспектив. Чего стоит использование генетически модифицированных культур в сельском хозяйстве или стволовых клеток — в медицине. Увы, зачастую сложные вопросы этики и традиции, политические и социальные запросы существенно тормозят прогресс в таких «спорных» областях. Неплохим примером тому может послужить полудетективная история с разработкой беспилотников с ядерным двигателем, развернувшаяся недавно в США.
Еще в прошлом году эксперты Sandia National Laboratories и Northrop Grumman провели технико-экономическое обоснование проекта по созданию беспилотных летательных аппаратов, использующих ядерную энергоустановку. Они пришли к выводу о реализуемости такого проекта, который в результате даст не только на порядок увеличенную длительность полета, но и позволит вдвое увеличить энергоемкость бортовых электрических сетей, в том числе и для вооружения.
В официальном отчете, представленном комиссией в Федерацию американских ученых (FAS), упоминание о ядерной силовой установке вообще не встречается, хотя по массе «улик» мысль о том, что речь идет именно о ней, так и напрашивается. Помимо прочего, руководитель группы со стороны Sandia National Laboratories Стивен Дрон (Steven Dron) — специалист именно в области ядерных двигательных установок. Да и выводы звучат подозрительно — как рекомендации сфокусироваться на «энергетических технологиях, выходящих за рамки существующих решений на базе углеводородного топлива». При этом отмечается, что движение в этом направлении ограничивается «вопросами безопасности», «последующей утилизации» и «политическими обстоятельствами».
В ответ на запрос со стороны FAS представители Sandia прямо не опровергли факт разработки ядерных двигателей для БПЛА, зато подчеркнули, что данный проект находится лишь на предварительных этапах разработки. «Исследования по данной теме были в высокой степени теоретическими и концептуальными, — написали в Sandia, — Единственными их результатами стало обоснование, причем никаких реальных систем и прототипов не было ни создано, ни испытано. В настоящее время проект закрыт».
При этом выводы все того же доклада вполне однозначны: использование «альтернативных технологий» позволит намного увеличить возможности беспилотников любых типов. Лишь политические требования, стесненные общественным мнением, стоят на пути развития подобных решений. «К сожалению, ни один из этих подходов не может быть реализован ни в ближайшей, ни в среднесрочной перспективе», — резюмируют авторы.
Впрочем, понять опасения политиков можно: крайне трудно спрогнозировать, каковы будут последствия падения такого аппарата, а тем более попадания его в руки террористов. Видимо, пока возможности применения ядерных двигателей будут ограничены исключительно космосом, куда террористам еще долгое время будет не добраться. По крайней мере, в России такие разработки идут полным ходом.
По сообщению FAS / Secrecy News и публикации Gizmag
www.popmech.ru
Гонки на FPV квадрокоптерах 230 - 250 размера набирают популярность.
Посмотрите видео подобного развлечения и скажите – хотели бы вы гонять так же?
Залогом популярности является не высокая цена на гоночный квадрокоптер по сравнению с его большими собратьями, нереальный драйв и азарт погони! К этому следует добавить небольшие размеры квадрокоптера, который удобно перевозить и легко хранить на книжной полке.
В этой статье я решил собрать ссылки на те комплектующие, которые потребуются для оснащения гоночного квадрокоптера с нуля. То что уже описано - имеет ссылки на готовые статьи, там есть ссылки на покупку, то, что еще не рассмотрено - имеет прямые ссылки.
Первое – нужно решить, будете вы собирать самодельную раму используя чертежи квадрокоптера или решите взять готовый комплект.
Внимание! Заказывать с китайских интернет магазинов где есть бесплатная доставка лучше по отдельности! В этом случае китайцы отсылают сразу. То, что не отослано в течении недели всегда можно заменить или отменить заказ и купить в другом магазине. С большим заказом китайцы могут тупить и формировать его 2 недели даже при наличии всех деталей. Отдельные заказы отправляются в течении 3-5 дней.
Самым простым для новичка является заказ комплекта - там все есть, а за счет "оптовости" набора цена на него ниже, чем брать то же самое по частям.
На фотографии выше - набор для Drone Racing: рама, моторы, регуляторы, контроллер полета, воздушные винты, передатчик и приемник.
Об этом наборе смотрите статью Комплект квадрокоптера QAV250 для начинающего.
В комплекте нет только ходового аккумулятора и зарядного устройства для него, но в статье есть ссылки на недостающее.
Второй набор не имеет в комплекте пульта управления и приемника, зато в нем есть аккумулятор и зарядное устройство.
Обзор этого комплекта можно прочитать здесь.
К нему нужен передатчик радиоуправления, о них я писал тут, фактически подойдет любой, но, лучше брать не ниже Turnigy 9X по возможностям.
Пройдемся более подробно по составляющей комплектов, ведь рама для 250 не сложна, ее можно вырезать и просто лобзиком из текстолита или напечатать на 3D принтере.
Моторы
Моторы обычно ставят весом 17-20 грамм, рассчитанные на 2-3S аккумулятор с оборотами 1850-2500 об/вольт. Для гонок используется 3S (12 Вольт), поэтому важно, что бы выбранный мотор был рассчитан на работу с 3S, у ориентированных только на 2S при работе от 3х банок обычно случается пробой изоляции и требуется перемотка.
Вот наиболее часто использующиеся представители: DYS BE1806 2300KV, RCTimer HP1806 2300KV
Регуляторы
Регуляторы 8-12А с прошивкой SimonK (прошивка - это важно!). По регуляторам я делал отдельную статью, не буду ее пересказывать.
Бывают сборки "4 в одном", типа "Emax Brushless 25A SimonK 4-in-1 Quadcopter ESC Built-in UBEC", но это вещь неоднозначная. Во первых - если что то сгорит - то менять придется весь (вместо замены одно из 4-х обычного), а во вторых - требует дополнительной настройки, не у всех работает с первого раза.
Рекомендую обратить внимание на Моторсет RCTimer HP1806 2300KV - моторы, регуляторы, воздушные винты идущие одним комплектом. Хороший проверенный комплект с карбоновыми винтами.
Пропеллеры
Размер пропеллеров ограничивает рама, обычно используются воздушные винты 5 и 6 дюймов длинной. На тренировки лучше использовать дешевые пластиковые винты, на соревнования - карбон.
Трехлопастные хороши для просто полетов, В гонках они используются редко.
Стоит отметить следующее - пропеллеры надо подбирать под свою раму и стиль полета. Одинаковые размеры от разных фирм мгут вести себя по разному, то же относится и к геометрии лопасти. И не надейтесь обойтись одним комплектом! Гонки - это адреналин, столкновения и падения - так что винты - это расходник!
Однако, если просто летать - то их хватает на долго!
Аккумуляторы
Аккумуляторы используются 3S LiPo, емкость 1500-2600 мАч. В основном стандартом стали LiPo 3S 2200. Обычно в поле берется 4 аккумулятора, Отлетал один - поставил на зарядку, пара полетов с перекурами и он уже зарядился, можно подзаряжать второй.
Подробно - о том как выбрать аккумулятор, как его заряжать и хранить можно прочитать в статье Зарядное устройство и аккумулятор для квадрокоптера.
Зарядное устройство
Без зарядника - никуда! Желательно брать зарядник с регулируемыми параметрами, но, на первых порах можно обойтись и самым простым.
Ссылка на аккумуляторы и зарядник есть в этой статье.
Начнем со случая - просто летать.
Если небольшой квадрокоптер вам нужен только для полетов и съемки полетного видео, то ваш выбор KK Multicopter.
KK Multicopter - это проверенный временем, не требующий настроек (есть крутилки) контроллер полетов. Смотрите статью о нем по ссылке выше. Он позволяет сделать многое!
Если хотите автовозврат в точку взлета, автоматическое удержание высоты, полет в GPS режиме и другую автоматизацию - то берите Назу.
Наза ставится на Phantom`ы, надежность ее проверена временем. К тому же, можно купить Naza-M Lite без GPS и взять для нее совместимую антенну, ссылки есть тут.
А потом прошить ее специальной прошивкой и получить функционал полноценной Naza-M V2! О прошивке читайте эту статью - там все просто. При этом вы будете иметь экономию порядка 180$, а сэкономленное - это приобретенное!
На пятки Назе наступает JIYI P2 Flight Controller, я его "не щупал", но по отзывам - превосходит возможности назы.
Однако, для настоящих спортивных гонок GPS и связанные с ним алгоритмы не нужны! Но, требуется и возможность подстройки (тюнинга) параметров контроллера.
Тут королем (на данный момент) выступает CC3D OpenPilot.
Мощный скоростной процессор и возможность настроек, обзор смотрите по ссылке выше. Скажу только то, что 90% участвующих в FPV Drone Racing летают на нем.
Как собрать всю электронику - смотрите в статье Электроника для квадрокоптера.
Про сборку рамы - смотрите статью с видеоинструкцией: Собираем 250 квадрокоптер.
Теперь поговорим о полетном видео.
Скорость полета во время гонок достаточно большая, точность в управлении требуется значительная, а значит задержки видео во время полета недопустимы.
Поэтому ставится обычная аналоговая камера для передачи полетного видео. Для записи бортового видео устанавливается дополнительная.
FPV передатчик
FPV комплект Eachine 700TVL с камерой 110 градусов обзора - хорошее решение для Drone Racing квадрокоптера.
Камера не затеняется ярким солнцем и хорошо "видит" в сумерках. Легкий видеопередатчик покрывает всю трассу. А не высокая цена позволяет уменьшить расходы на хобби.
Если планируются дальние полеты (хотя далеко ли улетишь за 5 мину туда и 5 обратно?), то желательно ставить передатчик на 400-600 мВатт.
Я использую набор из видеопередатчика (400 мВт) и видеоприемника (на фото выше), купить такой набор можно тут.
Дальше километра не отлетал, но на километр пробивает нормально!
Камера
Камера желательна CCD, так как CMOS камеры сильно реагируют на солнце и лампы освещения, когда яркий источник света попадает в кадр - то все остальное затеняется так, что окружающей обстановки практически не видно.
Во время гонки подобная потеря видеосигнала недопустима, так что выбираем CCD.
Угол обзора 100-120 градусов, меньше не стоит брать - тк не видно окружающую обстановку, больше - хуже ориентироваться и понимать расстояния от квадрокоптера до объекта.
Вот хороший вариант такой камеры, купить камеру для FPV полетов можно тут.
Да, при выборе Pal/NTSC - выбирайте стандарт который поддерживает ваш видеоэкран или видеоочки. Я предпочитаю Pal.
Как установить FPV на квадрокоптер - смотрите в статье с видеоинструкцией FPV на Drone Racing.
Видеочки
В свое время я полетал достаточно много в видеоочках FatShark, пользовал и другие. Скажу сразу - меньше 640х480 даже брать не стоит! Картинка будет слабой и разобрать где летите толком не получится. Привыкнуть конечно можно, но - проще летать по монитору, чем быть полуслепым с такой нечеткой картинкой.
Сам перешел на полеты в видеошлеме, но о нем позже.
На фото выше - Fatshark Dominator V2 FPV Goggles Video Glasses 600 X 480 VGA. Может комплектоваться Хедтрекером (передает повороты головы на управление камерой), видеоприемником, встроенным аккумулятором.
Для гонок - все это лишнее. Управление камерой на 250 квадрокоптере отсутствует, аккумулятор лучше внешний (дешевле, можно заменить при разрядке на отлетавший силовой от квадрика - сам так делаю).
Видеоприемник лучше отдельный, так как у FatShark своя частотная сетка, а комплекты других производителей дешевле при том же качестве, хотя - у 32 канальных передатчиков есть поддержка сетки ФатШарка, так что тут каждый решает сам для себя.
Преимущества FatShark
Главное преимущество FatShark - возможность сдвигания экранов подстраивая их под межзрачковое расстояние (это важно, поверьте, иначе после полетов "глаза в кучу") и установки дополнительных линз, если у вас проблемы со зрением (в очках по видеоочкам не полетаешь).Купить Fatshark Dominator V2 FPV Goggles Video Glasses 600 X 480 VGA можно тут.
Рассматривать другие видеоочки - не вижу смысла, если хотите - перейдите по ссылке и посмотрите на сайте другие варианты, но их лучше заказывать после того, как полетаете в подобных и решите, что они вам подходят.
Видеоэкраны
О FPV экранах я писал в статье Монитор для FPV полетов.
Там же есть ссылка на видеомонитор со встроенным приемником. Опишу общие требования - разрешение не меньше 800х480 точек, если имеется встроенный приемник - то обязателен выход на внешнюю антенну, так как можно поставить "клевер" или антенну с большим усилением, а можно и направленную антенну подключить кабелем.
Я использую автомобильный телевизор (800х600, AV вход), но, если бы покупал сейчас - взял бы со встроенным приемником на 32 канала и 2 антеннами (выбирает лучший сигнал автоматически, можно поставить на одну штатную "сосиску", на вторую - направленную).
Для гонок направленная антенна - блаж, но монитор, как и пульт управления, берется для полетов на многих квадриках и авиамоделях.
Посмотрите на подборку FPV мониторов и решите - что вам выбрать.
Видеошлемы
Видеошлем - это гибрид видеоочков и видеомонитора.
Поле зрения (так сказать видимый экран) в видеошлеме на порядок больше и у него нет засветки как у видеоэкрана.
У меня EyeBox - такой, как на картинке ниже.
Если покупать такой видеошлем - то это весьма дорогое удовольствие, но его можно сделать самостоятельно, смотрите статью - Видеошлем своими руками.
Основная цена - это качественный видеоэкран 7 дюймов, 1280х800 с AV входом! Сравните с 640х480 фатшарка и вы поймете разницу в качестве картинки даже не надевая его :)
К тому же линза "разворачивает" изображение и оно занимает практически 90% вашего поля зрения. Кто летал в видеошлеме назад на видеоочки не переходит! :)
Можно не так сильно гнаться за качеством и использовать монитор заднего вида для автомобиля с 800х600 точками, тогда цена будет на порядок ниже. А можно раздербанить FPV монитор купленный по ссылке выше и собрать видеошлем на его основе.
Кстати, есть такая вещь как FPV Quanum, ниже публикую его видеообзор.
Так вот, брать не рекомендую абсолютно! Монитор 480х272 дает весьма отстойную картинку с неадекватной цветопередачей, линза Френеля не занимает весь корпус и сильно ограничивает поле зрения.
В результате остается только две половинки корпуса которые можно использовать для нормального монитора и своей линзы, но корпус проще собрать самому, в статье по ссылке выше есть чертежи развертки корпуса.
Итак, осталось последнее, но не маловажное - камера!
Если на больших квадрокоптерах с подвесами лидируют камеры GoPro и SJ, то на 250 размере основной камерой является Mobius.
Прочитать об этой камере и перейти по ссылке на покупку можно здесь.
Основная причина - формфактор, отлично подходит по ширине и не выступает вверх как экшен камеры формата GoPro, при этом ее характеристик вполне хватает для записи хорошего полетного видео и последующего выкладывания его в интернет.
На вопрос - а так ли нужна полетная камера на 250 квадрике я отвечу - нужна! Как вы еще сможете похвастаться победой или нарезать ролик подобный тому, что находится в начале статьи? :)
Вот в общем то и все. Если есть вопросы по статье - задайте тут. Если нужна дополнительная информация - добро пожаловать в форум по квадрокоптерам.
Обзор квадрокоптеров
Аксессуары квадрокоптеров → Зарядка и аккумулятор для квадрокоптера
FPV и Камеры для квадрокоптера → Квадрокоптер с камерой
Drone Racer → Набор для сборки QAV250
Использование квадрокоптеров → Как перевозить аккумуляторы LiPo в самолете
Аксессуары квадрокоптеров → Аккумуляторы для Eachine Racer 250
Аксессуары квадрокоптеров → Выбор регулятора и аккумулятора
FPV и Камеры для квадрокоптера → Линза на FPV квадрокоптер
FPV камеры → Обзоры камер для FPV
quad-copter.ru
