1 проект
Идея разработки и создания данного мультикоптера (гексакоптера) возникла после самостоятельной сборки квадрокоптера на стандартной раме и гексакоптера для полета по камере (FPV) на самодельной алюминиевой раме. В результате чего получен некоторый опыт, который можно улучшить, только усложнив задачу. В предлагаемом проекте гексакоптера улучшить нужно всё, а вернее построить его заново и по новым принципам.
Важным является то, что предлагаемый в проекте гексакоптер не претендует на роль "дОлголёта". Под "дОлголётом" я понимаю мультикоптер, который может долго летать или подолгу зависать в воздухе (обычно говорится про время зависания). В своем большинстве "дОлголёт" это сверх облегченная версия мультикоптера с идеально подобранными друг к другу комплектующими: двигатели, пропеллеры и емкость аккумулятора. Как правило, для маневренных и скоростных полетов он не предназначен в связи с малым запасом прочности конструкции несущей рамы
Для чего, по моему мнению, нужен гексакоптер предлагаемого типа, например для съемки удаленных объектов, горного ландшафта, когда нужно снять вид с горы, а подниматься туда самому очень долго или невозможно, или например при опасности схода лавины или извержение вулкана или другие причины. Данный гексакоптер, обладая аэродинамическим качеством доберется до места не только быстрее своего собрата построенного по классической схеме, но и при спуске с высоты может также довольно существенно сэкономить энергию в аккумуляторах используя при этом аэродинамическое качество своих поверхностей, что положительно скажется на практической дальности полета и увеличении времени зависания над объектом съемки.
Прямые преимущества предлагаемого гексакоптера:
- возможность прохождения большего пути и(или) за меньшее время в сравнении с классическим гексакоптером при равных условиях (двигатели, винты, аккумулятор, вес);
- экономия энергии аккумуляторов при полете за счет аэродинамических поверхностей, что также отразиться на увеличении возможного времени зависания над объектом съемки;
- во время полета фото или видеокамера находиться внутри обтекаемого корпуса и только на время съемки открывается люк "шторка", что позволяет уберечь дорогостоящее оборудование от атмосферных осадков и других внешних воздействий;
- экономия времени оператора и пилота (можно заснять больше и за меньшее время).
Чем же стали не устраивать лично меня стандартные схемы постройки классических мультикоптеров:
- "непрактичность" (они созданы чтобы надежно соединять одни части с другими, и удобно размещать компоненты на своей поверхности, хотя это скорее всего их достоинство, чем недостаток), которая заключается в том, что такие рамы хороши только при зависании в воздухе на одном месте, при полетах они создают сопротивление движению и никак не помогают поддерживать в воздухе всю конструкцию;
- вес, который при полете должны поднимать и удерживать двигатели тратя при этом "драгоценную" энергию тяжелых аккумуляторов и не только на подъеме но и на спуске, а спуск на мультикоптерах зачастую и как правило производиться медленнее, чем набор высоты (если не считать полетов в полностью ручном режиме, например, полет вниз винтами при спуске, который могут позволить себе лишь асы).
Моё предложение заключается в совмещении изящности конструкции классических мультикоптеров с добавлением в конструкцию развитых аэродинамических поверхностей, которые при определенных скоростях полета (как правило, крейсерских скоростях) будут компенсировать вес конструкции, уменьшать лобовое сопротивление, позволяя двигателям совершать полезную работу в виде ускорения и поддержание скорости, а не напрямую вести героическую борьбу с силой гравитации, причем аэродинамические поверхности будут по максимуму использованы в качестве силовой рамы, точнее сказать проект заключается в поиске золотой середины между прочностью-легкостью-площадью аэродинамических поверхностей.
Для реализации проекта необходимо:
Изготовить несколько вариантов несущих рам под бортовое оборудование, которое по минимуму должно включать в себя 6 бесколлекторных высокопроизводительных и эффективных двигателей, 6 регуляторов оборотов, одна или несколько "честных" аккумуляторных батарей, которые смогут отдавать честные амперы при минимальном весе ну и конечно надежный и подходящий контроллер полета, дальнобойная и надежная радиоаппаратура, хотя решающий фактор конечно надежная, ведь при тестовых полетах можно летать и по кругу.
Почему я применяю слова "честный" и "надежный", потому-что уже имею небольшой опыт в общении с комплектующими и нужно семь раз отмерить и один раз купить.
(комплектующие представлены для примера, при реализации проекта возможна их замена на другие с равными или лучшими характеристиками)
При поддержании проекта гексакоптер будет построен с использованием следующих комплектующих:
Бесколлекторный двигатель DJI E800 3510
Регулятор DJI E series 620S 20A
Пропеллеры DJI 13*4,5
Цена комплекта из шести двигателей, контроллеров и пропеллеров порядка 32000-35000 р.
При расчетах при весе гексакоптера 4 кг на приведенных выше двигателях и при использовании пропеллеров 14х5.5 карбон, Gemfan показаны лучшие результаты
Аккумулятор 22.2V 10000mAh 25C 6s1p LiPO Pulsar 13990 руб.
Бесколлекторный двигатель Таро 6115 CW + CCW 320KV (3 пары) 13420*3 = 40260 руб.
Пропеллеры карбоновые T series Tarot 22*5,5 (3 пары)
3 350 руб.*3 = 10050 руб.
Пропеллеры карбоновые T series Tarot 24*5,5 (3 пары)
3 850 руб.*3 = 11550 руб.
Регулятор скорости ESC X-rotor Pro 50A с LED индикатором
(6 шт.) 2 690 руб. * 6 = 16140 руб.
Аккумулятор Gens ACE Tattu 22000 mah 6s1p 22.2v
(1 шт) 36 000 руб.
и
Аккумулятор 22.2V 12000mAh 25C 6s1p LiPO Pulsar
(2 шт) 14990*2 = 29980 руб.
Ниже на рисунке приведены в качестве примера ориентировочный размер двух конфигураций гексакоптера (силуэт рост 170).
(Конфигурация 2 из-за своих габаритов предполагает (разборную) конструкцию).
Дополнительно при любой из конфигурации гексакоптера будут использованы следующие комплектующие (равные или лучшее им на момент реализации проекта):
Система радиоуправления Futaba T10J 2.4GHz (пульт+приемник)
22 790 руб.
DJI A2 (84 623 руб.)
или
DJI Wookong-M (63 910 руб.)
или
3DR PX4 Pixhawk Advanced Autopilot (20 410 руб.)
или
другой?
Во время сбора средств по данному проекту на моей странице в контакте будет начато голосование и обсуждение по полетным контроллерам.
При проведенных в "коптер калькуляторе" расчетах дополнительно к весу моторов был добавлен примерный вес пропеллеров, чтобы было понятно, сколько остается на вес рамы, полетного контроллера, видеопередатчика, силовой проводки и других компонентов.
Вес гексакоптера (в конфигурации 1) 3,5 кг выбран в виде базового по предварительно сделанному расчету веса основных компонентов и весу "классической" рамы для гексакоптера, изготовленной из карбоновых трубок и алюминиевых деталей.
При использовании пропеллеров 13х4.5 при весе гексакоптера 3,5 кг время полета составит 5.18 минут, среднее время полета 10.75 минут. Газ висения 65%. По данным расчетам видно, что на пропеллерах 13х4.5 двигатель будет недогружен.
Вес гексакоптера (в конфигурации 2) 10 кг выбран в виде базового по предварительно сделанному расчету веса основных компонентов и весу "классической" рамы для гексакоптера изготовленной из карбоновых трубок и алюминиевых деталей.
Расчет на 22-х дюймовых винтах пропеллерах
Калькулятор нам говорит, что моторы могут греться и, следовательно, нужно будет принять меры для обеспечения хорошего обдува, но это покажет только практика. Также видно, что время полета на максимальной мощности составит 6.44 минуты, а на средней 16.75 минут. Показатель относительно скромный, но не будем забывать, что в расчетах не учтена запланированная в проекте рама с развитой аэродинамической поверхностью, которая позволит увеличить время полета, и, следовательно, увеличить практическую дальность и высоту.
Расчет на 23-х дюймовых пропеллерах (данный пропеллер гипотетический, но он позволяет понять порядок изменений при переходе от 22-х к 24-х дюймовому)
Видно, что произошло сокращение времени полета до 5.97 минут при одновременно увеличенной тяговооруженности (если смотреть по дополнительно поднимаемому весу). Газ висения как по заказу 50% (специально ничего не подкручивал).
Расчет на 24-х дюймовых винтах
Первое предупреждение в расчете показывает, что мотор не сможет раскрутить до максимальных оборотов пропеллер, у него не хватит на это мощности при этом время полета сократиться до 5.64 минут, а среднее время полета увеличится как и дополнительно поднимаемый вес.
Также проводился расчет и на 20 дюймовых пропеллерах, но на них моторы будут недогружены, что конечно не есть слишком плохо, но всё же так не делают. Газ висение на них будет 67%, дополнительный вес всего 565 гр. А это означает ухудшение маневренности, низкая тяговооруженность.
Производитель двигателей (Таро 6115) рекомендует с ними использовать также 26 дюймовые пропеллеры (шаг 5,5). По расчетам для их раскрутки (при 6S) потребуется ток 44 А на каждый мотор, что уже явно выше 37 А, максимально заложенных производителем, и потребляемый ток приближается к 50 А регуляторов (хотя это у них постоянный максимальный ток, непродолжительно они выдержат и больше), что оставляет небольшой запас. Время полета на них также сокращается, газ висения составит около 39%.
Предварительно изготовление пропеллеров не планировал в проекте, но начал задумываться и об этом (в идеале конечно пропеллеры переменного шага, но это очень большой объем работы и тянет уже на отдельный проект). А изготовление пропеллеров фиксированного шага, но под "нестандартный" - оптимальный шаг на крейсерских скоростях, это тема вполне интересна даже в рамках данного проекта (также жду по этому поводу Ваших мыслей и предложений).
В общем, все, что сказано выше это стандартное, сама суть проекта заключается в несущей раме, которая должна не только закрепить на себе все компоненты, но и "нести" их при полете помогая двигателям тратить меньше энергии при одинаковой скорости по сравнению с классическими мультикоптерами или же двигаться быстрее и дальше.
Для изготовления нескольких композитных рам и комплектующих необходимо как минимум: стеклоткань, эпоксидная смола и сами матрицы сложной конфигурации (аэродинамические профили). В дальнейшем при выборе оптимальной конструкции и расчете стоимости/эффективности (при перевесе параметра эффективности) планируется применение карбона, возможно, других материалов или их комбинации.
Для проведения многоплановых полетных испытаний также будет необходимо дополнительное оборудование, которое не относиться напрямую к летательному аппарату, но обеспечит его полет и предполетную подготовку, например: зарядное устройство, бустер для усиления сигнала пульта управления, система OSD (камера, приемник и передатчик видеосигнала, монитор), наземное оборудование и многое другое.
В рамках проекта планируется приобретение фрезерного станка ЧПУ для раскройки и изготовления деталей сложной формы из алюминия, стеклотекстолита и(или) углепластика и постройка "микро" аэродинамической трубы для проверки эффективности выбранных профилей несущих поверхностей, критических углов атаки, динамических нагрузок с целью уменьшения нештатных ситуаций в воздухе и оптимизации на "земле" летных и прочностных параметров.
Из инструмента для реализации проекта имеется в наличии токарный станок по металлу и другая инструментальная мелочь.
В рамках проекта планируется создание сайта, на котором будут выкладываться материалы по этапам работы над мультикоптером и соответствующие каналы на Youtube и Rutube, на которых будут размещаться видеоматериалы по проводимым испытаниям гексакоптера и его комплектующих.
Сейчас от Вас зависит быть или не быть самому далеко летающему (и что немало важно прилетающему обратно и приносящему ценный фото- и видеоматериал) в мире мультикоптеру, спроектированному в России. Почему я выделяю именно нашу страну, потому что считаю, что в ней много возможностей для развития, не только в том проекте, который я сейчас предлагаю, но и в других областях, и тем более в нашей стране есть, где применять такие мультикоптеры: от Карелии до Камчатки.
Если проект соберет больше средств, то это позволит выполнить проект быстрее, на лучшем технологическом оборудовании и возможно даже специализированном оборудовании таком как полномасштабная аэродинамическая труба, но пока это только мечты и планы.
Основная награда спонсорам при поддержании проекта будет передача опыта в постройке данного гексакоптера, что позволит повторить данную конструкцию по разработанным чертежам и технологическим схемам. Как показывает практика, самодельные конструкции, как правило, не имеют чертежей (конечно если при производстве не используются ЧПУ станки). В данном проекте на выходе будут не только чертежи, но и соответствующая техническая документация, которой я с радостью поделюсь с Вами.
Если у Вас остались вопросы по проекту, приглашаю к обсуждению в группе VK или пишите мне сообщение на почту.
Здравствуйте!
Меня зовут Образцов Денис. Преподаватель Тамбовского государственного технического университета. Мне 34 года.
Окончил ТГТУ (г. Тамбов) по специальности "Проектирование и технология радиоэлектронных средств".
Защитил кандидатскую диссертацию в области нанотехнологий.
Хобби: радиоуправляемые модели, астрономия, фотография.