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?
- (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.
- (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.
- (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.
- (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.
- (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!