Предыдущая подборка: Введение
Мне довелось повстречать людей, которые начинали собирать коптер, закупаясь совершенно разными деталями без всякой системы. Не делайте так.
Коптер всегда строится для какой-то цели, и эту цель надо чётко представлять. Например:
- Снимать качественное красивое видео (купите Мавик, серьезно!)
- Летать на природе просто для удовольствия
- Летать по полосе препятствий (гонка)
- Выполнять акробатические трюки (фристайл)
- Летать куда-нибудь далеко (на рекорд)
- Летать автоматически с навигацией по заданным точкам
- Летать дома, сидя на диване
Полезная нагрузка
Во всех перечисленных случаях нужно определить, что является полезной нагрузкой.
Коптер, если отвлечься от его формы, это просто некая масса, которая состоит из масс моторов, пропеллеров, батареи и рамы, на которой всё держится. Коптер просто возит сам себя, и вся эта масса является паразитной, бесполезной.
Если коптер снимает видео, то полезной нагрузкой будет камера. Если доставляет посылки, то посылка. Если же вы летаете просто так, для удовольствия, то полезной нагрузкой можно считать батарею – от неё нужно добиваться оптимального времени полёта.
Каким будет коптер, определяет его полезная нагрузка, и в основном это её вес.
Время полёта
Кроме полезной нагрузки, нас интересует время полёта. Ведь подняв в воздух камеру, вряд ли вы захотите, чтобы она летала всего одну минуту.
Поэтому требования к коптеру формируются так: "полезная нагрузка весом X грамм, которая летает Y минут".
Начинающие коптеростроители часто, исходя из лучших побуждений, стремятся достичь максимального полётного времени, покупая для этого большие батареи. Но делать этого не стоит. Каждый вид полётов имеет своё оптимальное время. Например, гоночному коптеру достаточно летать всего 5 минут. Для вас это будет выглядеть как вечность.
Энерговооружённость
Коптеры могут летать с разной скоростью. Типовые значения это 30-70 км/ч, но гоночные коптеры могут разгоняться до 100-250 км/ч. Очевидно, что они имеют избыточный запас мощности для разгона. Минимально необходимый запас для любого коптера – двукратный. Он позволяет не только висеть в воздухе, но и маневрировать, а также компенсирует падение напряжения батареи.
Поэтому расширяем требования так: "полезная нагрузка весом X грамм, которая летает Y минут с запасом мощности Z", где Z >= 2.
Что такое ВМГ
ВМГ это Винто-Моторная Группа, то есть все моторы и пропеллеры, задействованные в коптере.
Возьмём такую полезную нагрузку: камера, которая пишет видео, весом 100 грамм.
Значит, по сути наш будущий коптер это летающая масса 100 грамм, к которой приделаны ВМГ и батарея.
Нужно не забывать, что кроме веса камеры, коптер имеет собственный вес, который он тоже возит. Но так как мы ещё не знаем, какие моторы, пропеллеры, рама и батарея будут использованы, то не будем пока учитывать этот вес.
Методика расчёта будет такая:
- Мы найдём моторы и пропеллеры для поднятия груза весом 100 грамм.
- Мы прибавим к этому грузу вес найденных моторов, пропеллеров и рамы, уточним общий вес и снова подберём моторы и пропеллеры для этого нового веса.
- Мы будем повторять эти итерации, пока не найдём оптимум.
Чтобы сделать расчёт для одного пропеллера, разделим 100 грамм на 4, но умножим на 2, так как нужен минимум двукратный запас. Итого на один пропеллер придётся 50 грамм.
Сила тяги зависит в первую очередь от диаметра пропеллера, и во вторую от скорости его вращения.
То есть одну и ту же тягу можно получить или с большим и медленным пропеллером, или с маленьким и быстрым.
Понятно, что 50 грамм можно поднять с помощью вертолёта с пропеллером диаметром 6 метров, но это будет неразумно.
Точно так же неразумно будет использовать микроскопический пропеллер, потому что его придётся раскрутить до безумной скорости. И здесь есть как механический, так и теоретический предел: быстрее скорости звука пропеллер уже не работает.
Поэтому нужно искать минимальный размер пропеллера, который позволит адекватно поднять вес 50 грамм.
Для этого придётся рассмотреть характеристики моторов в плане размера, скорости вращения и напряжения питания.
Это мы сделаем в следующем выпуске, посвящённом моторам.
А если надо поднять только батарею?
Если предположить, что летать должен сам коптер и больше ничего, то мы попадаем в непонятную ситуацию: полезная нагрузка равна нулю, значит нам нечего подбирать.
Допустим, полезная нагрузка это батарея. Но проблема в том, что мы не знаем, какая батарея нужна и сколько она будет весить. Чтобы выбрать батарею, надо выбрать моторы, а чтобы выбрать моторы, надо выбрать батарею.
Это т.н. bootstrap-процесс, когда Мюнхгаузен вытаскивал себя вместе с конём из болота, дёргая себя за волосы.
Это мы тоже сделаем в следующем выпуске про моторы.
Итого
Выдвигая требования "какой квадрокоптер я хочу", никогда не отталкивайтесь от внешнего вида или размера.
Отталкивайтесь от полезной нагрузки, времени полёта и энерговооружённости. Эти три параметра продиктуют всё остальное – и размер, и вес, и внешний вид.
А в ваших интересах сводить размер и вес к минимуму, так как чем меньше и легче коптер, тем он удобнее, безопаснее и дешевле в эксплуатации.
Читайте дальше:
