Выбор рамы для самодельного квадрокоптера

Выбор рамы для самодельного квадрокоптера

Привет друзья!

Сегодня я хочу поговорить с Вами об основе любого самодельного квадрокоптера, о той основной детали, к которой будут крепиться все его компоненты. Эта деталь — рама квадрокоптера.

Рама — это основной, и несущий элемент конструкции квадрокоптера.

В дронах заводского изготовления роль рамы обычно выполняет корпус квадрокоптера, ну а самодельщикам приходится выбирать из двух вариантов: либо выбрать и купить готовую раму одного из стандартных размеров, либо изготовить её самому.

О всём разнообразии рам заводского изготовления я расскажу через пару минут, а сейчас давайте оценим широту полёта мысли наших кулибиных!

Что только не идёт в ход при создании собственной рамы! Самые продвинутые создатели используют 3д-печать и карбоновые или углепластиковые трубки. В более дешёвых вариантах в работу идут алюминиевый профиль, сантехнические трубы, и даже фанера и картон! Иногда глядя на некоторые из этих конструкций думаешь, а как оно вообще может летать, но удивляемся и видим, в большинстве случаев может, и действительно оно летает!

А теперь давайте подумаем, какими свойствами должна обладать рама для квадрокоптера?

  1. (Прочность) Она должна выдерживать всё навешанное на неё барахло: моторы, аккумулятор, камеру и прочую бортовую электронику, удерживать всё это неподвижно на своих местах, в первоначальном положении, и иметь запас прочности чтобы выдерживать все нагрузки, например от тяги пропеллеров, и по возможности — от ударов при возможных авариях.
  2. (Лёгкость) При постройке любого летательного аппарата идёт постоянная борьба за общий взлётный вес. И тут вопрос не только о том что взлетит или не взлетит. От общей массы коптера зависит полётное время. Чем меньше вес, тем дольше дрон пролетит на одном и том же аккумуляторе.
  3. (Аэродинамика) Рама не должна обладать высокой парусностью, то есть должны как можно меньше задерживать на себе потоки воздуха. Её детали должны быть как можно тоньше, либо иметь перфорацию. В противном случае дрон будет очень сильно сносить боковым ветром, либо же рама будет мешать потоку воздуха создаваемым моторами, а это тоже совсем не хорошо.
  4. (Ремонтопригодность) В любом случае нужно заранее продумывать вариант ремонта рамы. Самодельную раму наверняка сможет починить её создатель, а вот к фабричной нужно иметь запчасти. Или большое количество хорошего клея.
  5. (Сбалансированность). Все компоненты рамы должны располагаться равномерно, один луч не должен быть тяжелее другого. Полётный контроллер с его датчиками горизонта должны располагаться в предполагаемом геометрическом центре квадрокоптера, и он должен быть максимально приближен к центру тяжести всего летательного аппарата.

Последний пункт выполнить и проверить на самодельной раме довольно сложно, поэтому я решил не усложнять себе жизнь и выбрать готовую раму фабричного производства. Ведь их так много, они изготавливаются не первый год и уже проверены временем, а также ко всем из них можно докупить запчасти. Ну или ещё одну такую же раму в качестве донора (иногда так выходит дешевле).

Ассортимент рам фабричного производства очень разнообразен, и отличается в первую очередь размером. Общепринято, что размер рамы исчисляется в миллиметрах, и измеряется по диагонали, то есть между осями противоположно расположенных пропеллеров.

Вот так, например, измеряется диагональ рамы F450, а вот так — рамы ZMR230.

Как вы уже наверное поняли, у производителей рам есть традиция включать в название рамы размер её диагонали в миллиметрах. И вот вам тому подтверджение. Перед вами я привёл только самые популярные рамы промышленного производства, их названия и размеры их диагоналей.

Первые две рамы из этого списка относятся к категории гоночных квадрокоптеров. Эти рамы обычно делают из стекловолокна, текстолита или карбона (углепластика). Они жёсткие, прочные и рассчитаны принять удары средней силы. Сами гоночные квадрокоптеры летают на огромных скоростях, они очень маневренные, требуют от пилота очень быстрой реакции и очень часто попадают в микро-аварии. Даже посадка у них не совсем похожа на посадку, а скорее на несильное падение. Кроме того у гоночных квадрокоптеров уже появились свои традиционные атрибуты — FPV-камера, видеопередатчик и шлем или очки с приёмником. В итоге, за счёт видео-оборудования и частых аварий, у меня создалось мнение что гоночный квадрокоптер несмотря на его малый размер в итоге выйдет дороже среднего. Кроме того, в гоночные квадрокоптеры не принято устанавливать барометры или компас и GPS, поэтому этот класс аппаратов совершенно не подходит для спокойных и ровных полётов, а также невероятно сложен для начинающих. Как результат — на сегодняшний день я решил отказаться от постройки гоночного квадрокоптера.

Последние две рамы по своему размеру и цене подходят скорее профессионала чем любителям. Большинство их деталей изготавливается из  углепластика, цена одной только рамы начинается где-то от ста долларов, ну а из-за размера рамы и веса оборудования которое она способна поднять — здесь понадобятся более мощные моторы, аккумуляторы и остальные комплектующие. Значит эту категорию мы пока тоже отбрасываем.

Методом исключения мы приходим к рамам от DJI — F450 и F550. Если быть точным — то DJI их только разработали, а теперь их изготавливают все кому не лень. Качество этих подделок вполне приемлемое, зато цена вполне доступная, совсем не такая как у оригинальных DJI. В наше время почти все продавцы уже убрали из названия этих рам слово DJI, теперь они называются просто F450 и F550.

Эти рамы состоят из двух текстолитовых пластин (верхняя и нижняя), к которым прикручиваются лучи. Лучи сделаны из пластика, и при своём небольшом весе они достаточно жёсткие и прочные. Сломать их руками совсем не просто.

Наверняка кто-то скажет, что можно напечатать такие лучи на 3Д-принтере. Да, можно. Но не забывайте что кроме пластика в лучи впрессованы медные гайки, для вкручивания в них сборочных винтов. Да и общая стоимость печати по состоянию на 2016 год у меня превысила цену заказа на Алиэкспрессе.

На каждом луче под местом установки мотора есть небольшой киль. Такие кили по задумке конструктора могут служить квадрокоптеру в качестве посадочных ног, а это значит что если вы не собираетесь подвешивать внизу объёмную видеокамеру, то дополнительные ноги устанавливать не обязательно.

Однако лично я не рекомендую надеяться на эти посадочные ножки: При моём первом испытательном полёте дрон сильно наклонился и зацепил пропеллером землю. Пропеллер из дешёвого стартового набора был тонкий и сразу же сломался.

Отсюда вытекает мой следующий совет: заказывайте и храните некоторый запас часто ломающихся деталей: пропеллеров, лучей рамы, может быть даже пару моторов и регуляторов.  Представьте, как было обидно иметь полностью собранный беспилотник и ждать два месяца пока из китая приедет новый комплект пропеллеров!

Кстати, за два года полётов на раме F450 из состава самой рамы у меня ломались только лучи и посадочные ноги… хотя… ноги конечно не относятся к составу рамы, но относятся к пластиковым механическим деталям. Центральные пластины не ломались никогда.

Интересен тот факт, что лучи у этих рам взаимозаменяемы. Лучи от 450-й рамы подходят на 550-ю и наоборот. Таким образом, эти рамы отличаются лишь количеством лучей и центральными пластинами, их формой и размерами.

Интересным свойством обладает нижняя пластина этих рам! В неё встроена плата силовой разводки! Дело в том, что в квадрокоптере, кроме тонких сигнальных проводов бортовой электроники, есть толстые силовые провода. Они проводят электрический ток в десятки ампер от аккумулятора к каждому из двигателей. Обычно для удобного и надёжного распределения такого мотка проводов используют отдельную плату распределения питания, но в рамах F450 и F550 такая плата встроена в нижнюю пластину рамы. На нижней пластине рамы есть специальные контактные площадки: по паре для  припаивания проводов каждого мотора и ещё одна пара для проводов аккумулятора. Такая схема подключения экономит длину проводов (а это ведь тоже дополнительный вес), и позволяет избавиться от одной лишней детали — платы распределения питания (ещё раз деньги и вес).

Сами рамы 450 и 550 размера довольно прочные, большие, устойчивые, подходят для спокойных полётов, в том числе и в автоматическом режиме. Вполне подходят для фото и видеосъемки с воздуха! И все эти достоинства за небольшую цену 12-22$ за раму! Видимо по этим причинам эти рамы так популярны у самодельщиков!

А для качественной съёмки видео желательно дополнительно установить двухосевой или трёхосевой стабилизационный подвес для камеры, но это уже тема для отдельного видео.

Летайте безопасно!

 

 

Оставьте комментарий