При создании коптера одним из важнейших параметров является время автономного полёта. Если вы хотите, что бы ваш коптер летал как можно дольше, моторы и их несущие винты должны работать в оптимальном режиме с максимальным КПД. Для решения данной задачи нами был спроектирован специальный измерительный стенд, речь о котором и пойдет в данной статье.

Мы занимаемся созданием бесколлекторных моторов и недавно у нас был заказ на мотор для квадрокоптера с тягой не менее 2 Кг на каждый винт. До этого мы не делали моторы под воздушный винт и нам был необходим метод измерения и стенд для мотора с винтом.

Прежде чем начать выбирать оптимальный мотор и винт под него, сперва нужно разобраться какие потери возникают в моторах.

Основными источниками потерь в бесколлекторных моторах являются железо статора и его обмотка.

Потери на железе возникают из-за его перемагничивания. Данные потери условно можно считать пропорциональными оборотам мотора и они задают минимальную потребляемую энергию мотора. Так, например, если вы возьмете большой и мощный мотор для маленького коптера с маленьким винтом, то ничего хорошего у вас не получится. Мотор просто будет вращаться вхолостую с нулевым КПД и греть железо в статоре.

Потери в медной проволоке наоборот не зависят от оборотов, а зависят от тока/потребляемой мощности. Данные потери ограничивают максимальную мощность, которую способен выдать мотор не перегревшись.

Вторым важным элементом при выборе мотора является винт. Малые винты обладают более низкими показателями эффективности г/Вт(1 грамм подъёмной силы/1 Ватт потребляемой мощности), но маленькие винты более динамичны и позволяют быстро набрать скорость на гоночных коптерах. Для достижения максимального времени полёта винт должен соответствовать максимально эффективному режиму работы мотора.

Однако если мы захотим подобрать оптимальные комплектующие для своего коптера, то мы столкнемся с большой проблемой при их выборе. Производители дают минимальный набор характеристик для своего товара. По винтам вообще невозможно найти какой либо информации кроме их размера.

Функционал стенда

На данный момент несколько производителей уже представили на рынок свои стенды. Однако их возможности не сильно превосходит функционал кухонных весов. И данные стенды не способны дать всех характеристик при работе мотора.

Нам же от стенда были необходимы следующие параметры: потребляемая мощность, обороты мотора, тяга винта, момент создаваемый винтом, КПД мотора, эффективность мотора, винта.

Исходя из этих параметров мы спроектировали конструкцию стенда и снабдили его всеми необходимыми датчиками.

Для измерения силы тяги и момента были выбраны хорошо распространённые сейчас датчики с тензосопротивлением. Они обладают хорошей жесткостью и высокой точностью измерения и очень удачно подходят по своей конструкции.

Для измерения остальных параметров были выбраны стандартные для этого датчики: полупроводниковое термосопротивление для температуры, акселерометр для замера вибраций, датчик тока на эффекте холла для измерения тока и делитель для напряжения…

Сердцем нашего стенда является микроконтроллер ATMega328 на плате Arduino Nano. Он собирает показания с датчиков, обрабатывает их и выводит на экран. Данный микроконтроллер оптимально подходит для данной задачи. Он обладает минимальной ценой, не привередлив к питанию, стабилен и имеет достаточное количество интерфейсов для данной задачи.

В результате нашей работы был получен стенд со следующими параметрами:

• Питание через BEC модулю контроллера 5-9В, либо через micro USB
• Измерение тяги до 5Кг с точностью +-5г
• Измерение момента до 3Кг/см с точностью +-5г/см
• Измерение напряжения до 30В с точность +-0.2В
• Измерение тока до 30А с точностью +-0.1А
• Измерение КПД с точностью +-2.5%
• Возможность измерения оборотов винта в диапазоне 1000-15000RPM
• Возможность измерения относительных вибраций.(Можно использовать этот параметр для балансировки мотора с винтом путём уменьшения параметра вибраций)
• Измерение температуры мотора (*на данный момент не полностью реализовано в стенде, нами использовался отдельно подключенный датчик)
• Возможность управления педалью “газа” прямо с пульта

Мы испытали наш стенд на распространенном китайском моторе 2212 и на нашем моторе.

Пример испытания на видео

Экономный вариант

Стенд описанный в данной статье является достаточно сложным и предназначен для точной проработки силовых агрегатов дрона. Для случая, когда охото сэкономить и узнать просто тягу мотора, нами был сделан простой, дешевый адаптер способный выполнить данную функцию.

Данный адаптер крепится одним концом к мотору, вторым к бутылке с водой. Бутылка устанавливается на весы. Далее мотор запускается и тяга измеряется по показаниям весов.

Крепление на адаптере сделано универсальным и подходит практически под все распространенные моторы. На втором конце адаптера находится резьба для накручивания на 5ти литровую бутылку.

Полёт квадрокоптера невозможен без качественного двигателя. Электропитание должно подаваться в любых условиях (наличие влажности, ветреная погода) для того, чтобы дрон мог нормально пролететь от одной точки к другой, или в чрезвычайной ситуации мог вернуться в точку взлёта. Купить двигатели для квадрокоптеров по оптимальной цене вам предлагает магазин «Quadrone». Сами моторы могут иметь совершенно разные размеры, мощность и цвет. Каждый производитель предусматривает установку изделия в коптеры лишь собственного производства. Единственная универсальная черта для всех двигателей – это цилиндрическая форма, как и в любой другой радиоуправляемой модели.

Типы и производители моторов для коптеров

Существует три основных вида двигателей для коптеров:

Одним из самых распространённых типов является бесколлекторный. Его популярность объясняется просто: низкое энергопотребление благодаря системе. На обмотки таких моторов ток идёт с небольшими перерывами (а именно – по заданной частоте). Подача напряжения позволяет раскручивать двигатель и экономить заряд батареи коптера.

В наличии есть двигатели от следующих производителей:

• Hubsan
• Walkera
• другие компании

Все изделия представлены как для конкретно заданных моделей, так и для целого ряда летательных аппаратов от одной компании. В отличие от более ранних моторов, современные способны достигать КПД до 95 процентов. Также двигатели для квадрокоптеров отличаются небольшим весом, благодаря чему они и способны поднимать грузы вроде камер на себе. Рабочий диапазон температур – от 0 до 40 градусов. Кроме двигателей в наличии есть винты, которые подойдут под конкретную модель коптера.

Приобрести мотор

При необходимости замены мотора обращайтесь к нам. Купить двигатели для квадрокоптеров в Москве вам предлагает интернет-магазин «Quadrone». Все изделия из каталога являются оригинальными, поэтому на них предоставляется гарантия. Доставка осуществляется по всей стране выбранным вами способом. При наличии вопросов пишите и звоните по указанным координатам, с вами свяжутся. Закажите для своего летательного аппарата долговечный мотор, который прослужит вам при съёмках, развлекательных полётах и гонках. Следите за обновлениями каталога, который пополняется новыми предложениями.

В этой статье мы подробно расскажем о том, как правильно подобрать двигатель для квадрокоптера. Когда вы покупаете готовый квадрокоптер, вопрос двигателя остается практически последним в списке всевозможных характеристик, на которые стоит обратить внимание. А зря! Ведь двигатель – основа всех основ в квадрокоптере, без него невозможен ни запуск, ни, тем более, сам полёт.

Итак, покупая полностью готовый к использованию квадрокоптер, вы не придаёте значения его двигателю, но что если вы собираете беспилотный аппарат самостоятельно? Мы поможем вам сделать выбор «сердца» для вашего дрона.

Итак, первое, с чем стоит определиться, — это то, на чем ваш квадрокоптер будет летать: на электричестве или бензине. 99% современных моделей квадрокоптеров, продаваемых в России, в качестве источника питания используют литий-полимерные аккумуляторы. А вот оставшийся 1% имеет в своей конструкции двигатель внутреннего сгорания – абсолютно такой же, как в автомобилях, только в сотни раз меньше.

Но сегодня мы поговорим о двигателях, работающих на электричестве. В ходе различных разработок и модификаций производители представили миру три наиболее оптимальных типа:

• Коллекторный
• Коллекторный с редуктором
• Бесколлекторный

То, какой из них вы выберете, будет зависеть исключительно от характеристик будущего дрона.

Так, если вы предполагаете построить своими руками квадрокоптер-мини с простым управлением (что-то вроде ), то смело покупайте коллекторный двигатель. Его использование именно на миниатюрных дронах обуславливает его достаточно малый вес, который практически не утяжелит конструкцию. Отсутствие дополнительных утяжелителей очень важно для дронов, так как меньшая масса обеспечивает меньший расход энергии аккумулятора. К тому же он очень дешевый.

К сожалению, у таких двигателей есть и свои минусы: во-первых, они обеспечивают создание крайне малой воздушной тяги, поэтому высоко на таком движке дрон не улетит. А во-вторых, что более важно, он быстро и сильно греется, а, как известно, высокие температуры для всей системы двигателя губительны. Таким образом, будьте готовы к ремонту в любой момент.

Коллекторный двигатель с редуктором так же имеет низкую стоимость и небольшой вес, но способен приводить в действие модели посерьезнее – среди именитых дронов такой вид движка стоит на Parrot ar drone 2.0. Но в отличие от движка без редуктора этот вид сможет обеспечить достаточную тягу, чтобы квадрокоптер поднимался на десятки метров в высоту.

Но он так же греется, а значит, будет требовать частого ремонта и замены либо части деталей, либо всей системы в целом. Особенно часто вам придется сталкиваться с ремонтом шестерней, так как именно в этом моторе они быстро изнашиваются.

Покупка бесколлекторного мотора обойдется вам гораздо дороже, нежели покупка предыдущих видов. В массовом производстве бесколлекторный мотор можно встретить на моделях, чья цена начинается от 20 тысяч. Высокая цена в случае с этим двигателем означает и высокие показатели качества. Во-первых, он износостойкий – при условии дороговизны его запчастей отсутствие необходимости частого ремонта — явный плюс. Во-вторых, он обеспечивает большую тягу для подъема квадрокоптера.

Но есть у него и минусы – большой вес, который смогут поднять коптеры по размерам не менее средних.

Полезные советы по выбору винтомоторной группы.

Вы даже не представляете, (если не посещали авиамодельный кружок), сколько математических и аэродинамических расчетов необходимо провести конструкторам при проектировании винтомоторного группы летательного аппарата.

В то же время, вы уже знакомы на практике , с трудностью подбора правильной комбинации «мотор — несущий винт» для получения наилучших летных характеристик .

К моему и вашему счастью, знание это, к государственным секретам вовсе не относится (по крайней мере при строительстве МАЛЕНЬКИХ квадрокоптеров ), и многие энтузиасты дуют щеки распространяют свой опыт через Интернет и печатные издания.

В качестве раздела пособия по созданию собственного квадрокоптера ( , и , и даже тут и тут , автор решил поделится с новичками информацией о том, как выбрать товар в магазине элементы винтомоторной группы для квадрокоптера. Впрочем, по его уверениям, данный скилл также будет полезен создателям подобных типов летательных аппаратов с иным числом несущих винтов.

Выбор двигателя

При выборе двигателя, всегда полезно в первую очередь изучить его характеристики , которые написаны на этикете предоставляются продавцом и производителем. Автор рекомендует перед покупкой обязательно изучать все характеристики понравившегося вам товара. В качестве примера, он приводит ссылку на сайт Hobbyking.com, а точнее, на предлагаемый на нем для продажи бесщеточный двигатель для моделей.

Давайте рассмотрим приведенные характеристики:

Вес – 10 граммов

Максимальный ток потребления – 5.5 Ампер

Сопротивление – 0 mH

Максимальное напряжение – 7 Вольт

Мощность (в Ваттах) – 210 Ватт (Это не ошибка! Указано на сайте продавца!)

Диаметр вала – 2 мм

Длина – 22 мм

Диаметр – 18

Общая длина – 30 мм

Спецификация изделия:

Вес: 10 граммов (c учетом крепления и проводов)

Потребление без нагрузки: 0.4 Ампера

Тяга: 130 Грамм при 5000 об./мин

Скорость вращения без нагрузки: 15000 об./мин. при 7.4 Вольт

Пиковое потребление: 5.5 Ампер

Диаметр вала: 2 мм

Диаметр двигателя: 18 мм

Длина: 30 мм (с учетом длины вала и размеров крепления)

При выборе двигателя, вы в первую очередь должны определится с полетным весом вашего квадрокоптера, а также тягой , необходимой ему для отрыва от земли.

Главное условие – тяга должна быть вдвое большей, чем максимальные полетный вес конструкции.

Недостаточная тяга двигателей приведет к плохой управляемости либо памятнику квадрокоптеру неспособности аппарата взлететь. В то же время, слишком большая тяга приведет к излишне резкой реакции квадрокоптера на приборы управления и летной нестабильности.

Необходимую тягу можно прикинуть по следующей формуле: Необходимая тяга = (Полная масса конструкции* 2)/4.

Приведем пример. Если ваш квадрокоптер имеет полетную массу (или взлетную – при использовании ДВС или постройке бомбардировщика) около 1 килограмма, то произведя калькуляции по приведенному выше соотношению, мы получим необходимую тягу в 2 килограмма. Это значит, что каждый двигатель должен иметь тягу около 500 граммов. Конечно, при расчете должен учитываться полный вес конструкции , в частности, массы двигателей и пропеллеров. Если же вы мечтаете о аэрофотосъемке или видеосъемке, не забудьте прибавить массу камеры и ее источников питания.

Несмотря на то, что выбор полетного веса зависит от вас, лучше все же сделать его минимальным. Максимальное снижение полетного веса является одним из важнейших принципов авиастроение , так как любая дополнительная масса снижает маневренность, полетное время и полезную нагрузку.

Особенности выбора несущих винтов

Как вы помните, квадрокоптер держится в воздухе при помощи двух пар несущих винтов, которые вращаются в противоположных направлениях. Основными характеристиками несущих винтов являются шаг и диаметр, увеличение которых приводит к повышенному потреблению энергии двигателями квадрокоптера.

Кроме того, шаг определяет дистанцию , которая преодолевается за время одного оборота винта . Кратко говоря, больший шаг винта предполагает меньшую скорость его вращения, но увеличивает скорость летательного аппарата что, увы, повышает расход энергии.

Соотношение диаметра и шага винта должно быть сбалансированным. Меньший шаг винтов приведет к созданию большего крутящего момента и снижению потребляемой двигателями мощности. Если вы планируете использовать ваш квадрокоптер для аэробатики , вам просто необходимы пропеллеры с большим крутящим моментом. Они которые обеспечат большую скорость и меньшую нагрузку на источник энергии. Кроме того, пропеллеры с меньшим шагом увеличивают стабильность полета.

Пропеллер с большим шагом перемещает больший объем воздуха , что может вызвать турбулентность и привести к вибрации . Если это происходит, просто выберите несущие винты с меньшим шагом.

Что касается диаметра несущего винта, то его эффективность напрямую связана с площадью контакта с воздухом. Таким образом, даже небольшое увеличение диаметра пропеллера приводит к увеличению его эффективности. В качестве примера можно привести большую скорость плаванья пловцов с крупными кистями и ступнями, которые, однако, затрачивают при этом больше сил.

Вращение пропеллера с меньшим диаметром легче ускорить или остановить (сказывается инерция ). Пропеллер с меньшим диаметром также предполагает меньшее потребление энергии двигателями. Именно из-за этого, при построении шести- или восьмикоптеров в основном используются несущие винты с пропеллерами, меньшими по диаметру чем в квадрокоптерах сравнимых размеров.

Для крупных квадрокоптеров с большой грузоподъемностью рекомендовано использовать большие по диаметру несущие винты и двигателя с повышенным крутящим моментом для улучшения стабильности полета.

Мотор и пропеллер: муки выбора

• Наблюдения и исследования. Займитесь просмотром роликов на YouTube . В результате, вы не только истечете слюной по чужим квадрокоптерам ознакомитесь с конструкциями, но и подсмотрите, какие моторы и несущие винты используют ваши коллеги по хобби . Важно использовать в своей работе чужой опыт , поскольку за него уже заплачено посторонними.
• Вникание в физику процесса и эксперименты . Если вы задрот имеете математический склад ума и лишние деньги, не смогли найти информации о винтомоторного группе, действительно необходимой в вашей работе, вы можете открыть исследовательскую программу с разными комбинациями мотор-пропеллер. Однако помните, что исследования окупаются не сразу, так что будьте готовы к трате времени и денежным вливаниям.

В конце — концов, созданы и выложены в Интернет