Выбрать то, что будет стоят у дрона в раме (стек, приемник, камера, VTX) — легко. Достаточно знать всего пару нюансов по размерам, нужным функциям и характеристикам. Совсем другое дело — определиться с моторами и пропеллерами под нужный вам размер рамы. А все потому, что здесь вы уже ищете не какую-то конкретную “микросхему X” и “микросхему Y”, а тонко подбираете верную комбинацию из рамы, мотора и пропеллеров. Настало время обучиться этому FPV-искусству.
Немного от себя. Увлекаясь дронами несколько лет, я проникся какой-то особенной любовью к двум вещам: bando фристайл (то есть опасные полеты по заброшкам) и моторы. В моторах есть какая-то особая инженерная красота, которой начисто лишены все эти ваши полетники и регули, представляющие из себя скучные куски текстолита с компонентами. А моторы — это совсем другое. Давно заметил — красивый мотор просто не может лететь плохо. А этот звук? Пронзительный крик низколетящей пятерки на полном газу с агрессивными пропами. Впечатляет абсолютно всех. Это страсть. Это песня. Это Формула-1. И ты управляешь этим криком, меняешь его тональность микродвижениями пальцев на стиках. А вы говорите «просто кусок металла с катушками и магнитами». Ну уж нет!
Обожаю фристайл ролики, где есть перманентный шанс 100%-го разложения коптера и нет идиотской фоновой музыки. Тут и так есть что послушать.
Лучшая методика выбора нужных моторов: подглядеть
Сразу обозначим, что разбираться в том какие движки поставить в дрон вовсе не обязательно. Китайцы сделали это за вас. Достаточно найти похожий дрон на Алиэкспрессе и заглянуть в его описание. Там почти всегда будут указаны три главных параметра: размер мотора, KV мотора и модель пропеллера. Если, к примеру, у этого дрона рама 5 дюймов и у вашего будущего тоже 5, то вас можно поздравить, проблема решена за 38 секунд. Просто покупайте те же самые моторы и пропеллеры — и ваш дрон гарантировано полетит нормально!
Не верите китайцам? Добро пожаловать на Ютуб. Ищите ролики с FPV-футажом. Если пилот летает хорошо, и часто выкладывает ролики, то велик шанс того, что в описании к видео он перечислит все свои комплектующие.
Вычитка чужих спецификаций и покупка похожего добра на свою птичку работает, но... Нужно не промахнутся с батарейкой. Нужно сравнить вес. Нужно проверить вытянет ли ваш ESC эти моторы и пропеллеры. И так далее. В общем, каждый сам решает насколько глубоко погружаться в нюансы. Но так уж получилось, что всё в FPV состоит из нюансов разной степени важности.
Как устроен мотор
Если вы все же решили постичь электромоторный дзен, то начать следует с устройства этой в общем-то простейшей конструкции. У мотора есть неподвижная часть с катушками из медной проволоки — это статор.
Сверху на эту конструкцию ставится алюминиевая “крышка” с прилепленными на внутреннюю стенку прямоугольными магнитами — это колокол.
На оси колокола есть стальной вал на который одевается, и жестко, с помощью гайки, закрепляется пропеллер. Статор стоит на месте, а колокол (вместе с пропеллером) крутится под воздействием электроэнергии подаваемой с ESC. Дрон куда-то летит.
Рама 5`, 3.5`, 7` — что это вообще значит?
Перед тем как выбрать мотор, вы всегда выбираете раму. Типоразмер того или иного дрона традиционно указывается просто в дюймах: 2`, 3`, 3.5`, 5`, 7` и так далее, хоть 13. Отсюда и пошли все эти “пятерки”, “семерки” и “десятки”. Эта цифра — размер пропеллера “на глаз”, который в раму этого дрона можно (и имеет смысл) поставить. А что такое размер пропеллера? Это диаметр окружности, которую формируют кончики его лопастей.
Тот самый “5 дюймовый дрон” — это дрон для пропеллеров с диаметром 5 дюймов. В реальности у 5-inch дрона могут быть пропеллеры и 4.9, и 5.1 и даже 5.2 дюйма, а на “семерке” могут стоять пропеллеры 7.5 дюйма. Но это никого не смущает, такова традиция.
Для тинивупов (очень мелкие дроны 65 мм, 75 мм и т.д.) не действуют даже эти рамки — там размер дрона привязан к расстоянию между осями моторов по диагонали и то условно. Но о тинивупах поговорим как-нибудь в другой раз.
Типоразмер дрона и задачи
Кажется, что мы далеко убежали от заявленной темы моторов. Но на самом деле связь размера дрона и того, какие моторы имеет смысл прикрутить на его хрупкие карбоновые лучи — наипрямейшая. Чем больше дрон, тем бОльшую нагрузку он может нести на себе. Например, батарейку бОльшей емкости. Поэтому, хотите лететь дальше/ставить более тяжелую полезную нагрузку — выбирайте дрон/мотор/пропеллер побольше.
Но далеко не всегда размер дрона напрямую влияет на доступное время полета. Можно ошибиться и поставить слишком тяжелые и медленные моторы, слишком агрессивные или слишком мелкие пропеллеры. Только тщательный подбор всех компонентов под требуемый вес и определяет эффективность (расход батарейки) коптера, а значит и продолжительность полета. Можно сделать пятерку, которая будет летать дольше семерки. А десятки часто равны семеркам по времени работы в пределах погрешности.
Соотношение тяги к весу
Это центральный пункт всей темы про моторы.
Для расчета необходимой тяги мотора и пропеллера на квадрокоптере вам понадобится оценить общий вес вашего дрона. Это не просто рама, моторы и электроника, а еще батарейка, ремень, установленная доп. камера — в общем все, что нужно поднять в воздух. Как это сделать, если дрона еще нет? Просто составьте список комплектующих и вытяните все "веса" из описания каждого продукта. Это работает.
Запомните простое правило: максимальная тяга, создаваемая всеми моторами, должна быть как минимум вдвое больше общего веса коптера. Недостаточная тяга может привести к проблемам уже на взлете, не говоря уже о самом полете.
Например, если у вас дрон весом 1 кг, общая тяга, создаваемая всеми моторами на 100% газа, должна быть как минимум 2 кг. То есть по полкило тяги от каждого из четырех моторов. Конечно, иметь больший запас тяги, чем 2:1 — это только в плюс.
Для гоночных дронов отношение тяги к весу должно быть значительно выше. Соотношения в 10:1 или даже 14:1 это вообще не редкость. Для фристайла можно соблюдать соотношение 5:1. Ниже можно увидеть старт обычной гоночной пятерки. И это не графика, уж поверьте.
Более высокое соотношение тяга моторов/вес тушки придает квадрокоптеру большую подвижность и динамику, но может сделать его более сложным в управлении, особенно для начинающих. Даже легкое касание стика газа может запустить коптер в стратосферу. Навыки пилотирования и банальный налет часов играют ключевую роль в этом непростом деле. Поэтому, когда я собираю фристайл-пятерку новичкам, я всегда ограничиваю газ до 60% в настройках Betaflight и рассказываю как его ступенчато поднимать обратно по мере планового роста уверенности в себе.
Заветные четыре цифры в обозначении мотора
Промежуточный этап решения вашей задачи выглядит так — вы уже знаете для чего вам вообще дрон, с точностью плюс-минус пара дюймов выбрали размер рамы и начали подыскивать моторы. А как это делать? Каждая девушка точно знает нужные размеры всех предметов своего гардероба, каждый мужчина-автолюбитель — размер резины (а точнее диапазон размеров) на свой авто. С моторами дрона все абсолютно так же. Существуют примерные размеры моторов под примерный размер пропеллеров. Предупрежу сразу, ниже представлены далеко не все варианты типоразмеров моторов. Их известно больше сотни.
Как видите, на любом моторе для FPV-дрона указывается некое четырехзначное число, например 1505, 2306, 2208. Что оно вообще означает? Первые две цифры — это ширина статора в миллиметрах, вторые две — его высота также в миллиметрах.
Если предельно упрощать, то чем больше статор (а заодно и магниты колокола, которые “обращены” к статору), тем больше крутящий момент, который генерирует мотор. Чем больше крутящий момент, тем легче мотору крутить пропеллер, а значит можно увеличивать размеры пропеллера.
Вот почему на больших птичках стоят такие большие моторы. Они просто-напросто генерируют больше крутящего момента, который нужен чтобы перемещать тяжелую тушу (большой и тяжелый пропеллер). Есть и обратная сторона — чем больше статор, тем тяжелее ему менять обороты, то есть ухудшается отзывчивость мотора, а дрон превращается в тяжелую вялую тушу.
Чтобы увеличить крутящий момент, можно поднять высоту статора или ширину или и то, и другое вместе. Отсюда и берется такой широкий ассортимент размеров моторов под один и тот же размер пропеллера — производители изгаляются как могут, экспериментируют. Отчасти это продиктовано банальным желанием выделиться на тесном рынке. Посмотрите на строчки таблицы выше — в моторах для пятерок и семерок царит поразительное видовое разнообразие.
На этом моменте стоит поставить паузу. Впереди нас ждет обсуждение еще одной важнейшей характеристики мотора — KV, сопряженной с ней темы энергопотребления, а также краткий обзор производителей моторов. До новых встреч!