Квадрокоптеры и дроны. Квадрокоптер аккумулятор


Аккумуляторы для квадрокоптера | Квадрокоптеры и дроны

Для любого квадрокоптера одной из наиважнейших частей является аккумулятор, который можно сравнить с топливным баком в вертолете или самолете.

У любого квадрокоптера имеются двигатели, которые, в зависимости от модели, имеют различные габаритные размеры, мощность, потребляемый ток и так далее. В среднестатистическом квадрокоптере, при наборе им высоты, суммарное значение может составить 100А и даже более.

Аккумуляторы для квадрокоптера

Аккумуляторы для квадрокоптера

По понятным причинам лучшим для квадрокоптера будет то аккумулятор, который имеет наибольшую емкость при наименьшем собственном весе. На сегодняшний день однозначно лучшим решением для установки на квадрокоптеры являются литий-полимерные аккумуляторы (LiPo аккумуляторы).

Основными характеристиками LiPo аккумуляторов являются

Емкость

Измеряется в ампер-часах и отображает ту силу тока, которую аккумулятор может обеспечить в течение одного часа до полной разрядки. Так, например, аккумулятор емкостью 100 3А/ч, выдаст в течение часа ток 100А или же будет давать ток в 10А на протяжении 10 часов.

Напряжение

Еще одна наиважнейшая характеристика. Напряжение аккумулятора напрямую зависит от количества ячеек или банок в нем. Одна ячейка способна выдавать напряжение в 3,7В, а общее напряжение набирается их последовательным соединением и может достигать сколь угодно больших величин. Отвлекаясь в сторону от квадрокоптеров, напомним, что уже существуют даже спортивные автомобили, которые при помощи электричества разгоняются практически мгновенно и могут ехать с большой скоростью. Летательных аппаратов на электрических двигателях, которые были бы способны перевозить человека, пока еще нет.

Аккумуляторы для квадрокоптера

Аккумуляторы для квадрокоптера

Максимальный разрядный ток

Эта характеристика говорит нам о том, во сколько раз максимальный разрядный ток может превышать емкость. Так значение «10-20C» для рассмотренного выше аккумулятора с емкостью 100А/ч, говорит о том, что кратковременно он способен выдать ток 1000-2000 А.

К основным достоинствам LiPo-аккумуляторов относится широкий диапазон рабочих температур, малый скачок напряжения при заряде, низкий уровень саморазряда. А к недостаткам относится большая плотность заряда, пожароопасность и относительно небольшое количество циклов заряда-разряда, которые способен выдержать аккумулятор.

Также для того чтобы зарядить LiPo-аккумулятор должно использоваться специальное зарядное устройство, обеспечивающее равномерный заряд всех его ячеек. Большинство таких зарядчиков питаются не напрямую от бытовой электросети, а от источника питания, обеспечивающего постоянный ток в 12В.

Еще о квадрокоптерах и дронах:

kvadrokoptery.com

Как выбрать аккумулятор для квадрокоптера - 21 Июня 2016 | Земля

Одной из самых важных частей любого квадрокоптера является аккумулятор. Для радиоуправляемых моделей есть специализированные аккумуляторы, поэтому необходимо знать как их выбирать, эксплуатировать и заряжать.

Это позволит обеспечить безопасное и долгое функционирование. Батареи для квадрокоптеров рекомендуется выбирать типа LiPo/LiPol. Данные аккумуляторы определяются тремя характеристиками, а именно  емкостью, максимальным разрядным током и напряжением. Емкость указывает на ток, который может выдавать батарея до полного разряда в течение одного часа.

Второй параметр определяет, во сколько максимальный разрядный ток выше емкости. Напряжение зависит от числа ячеек аккумулятора, поэтому, чем их больше, тем выше будет данный показатель.

Аккумулятор для квадрокоптера LiPol обладает рядом преимуществ, среди которых низкий саморазряд, большой диапазон рабочих температур, отсутствие так называемого эффекта памяти, малый перепад напряжения при разрядке. Среди самых популярных моделей аккумулятор Turnigy 5000mAh 3S 30C Lipo Pack и Pulsar Li-pol 22.2V 12000mAh, 25C, 6s1p, EC5. Одним из лучших аккумуляторов на сегодняшний день является Gens ACE Tattu 22000 mah 6s1p 22.2v. Данный аккумулятор имеет сверхвысокую энергоемкость и при этом небольшой вес. В некоторых случаях это является определяющим фактором. Максимальные показатели достигнуты посредством технологии Oracover, обеспечивающей минимизацию нагрева корпуса батареи и пластин.

Зарядка данных батарей осуществляется с помощью специального зарядного устройства.  Например, DJI Ronin, ImaxRC B3 Pro и SkyRC iMAX B6AC. Питание преобладающего большинства моделей происходит не от сети, а от постоянного напряжения, передающегося специальным блоком. Можно выбрать блок питания eFUEL 50A 1200W или SkyRC eFuel 30A 12-18V.

Впрочем, можно приобрести и более универсальное зарядное устройство, питание которого может происходить и от источника питания 12В и от сети 220В. Таким образом, владелец квадрокоптера имеет возможность сэкономить на покупке дополнительного адаптера.

Одним из лучших таких устройств на сегодняшний день является ImaxRC X350. Основной отличительной особенностью этой модели является более высокие токи зарядки/разрядки, а именно 15/16А. Производитель оснастил данную версию зарядного устройства специальным сенсорным экраном, открывающего более широкие функциональные возможности пользователю.

Таким образом, если вы хотите купить аккумулятор для квадрокоптера, учитывайте параметры напряжения, показатель максимального разрядного тока, емкости и, конечно же, вес самого устройства. Также стоит продумать, каким образом вы собираетесь осуществлять зарядку устройства.

earth-chronicles.ru

Информация по использованию LiPo батарей с APM квадрокоптер

Информация о LiPo батарях

Литиевые батареи являются предпочтительными источники питания для большинства электрических моделистов сегодня. Они предлагают высокий уровень разрядки и хранения к соотношению высокой энергии. Однако, используя их должным образом и правильно заряжая это не будет тривиальной задачей. Есть много вещей, которые надо рассмотреть, прежде чем использовать литиевые элементы для работы. Но ничего из этого не является важным, чем безопасность их использования.

ВАЖНО! Зарядка и безопасность

Литиевые элементы должны заряжаться совершенно иначе, чем никель-кадмиевых или никель-металлогидридные. Они требуют специального зарядного устройства, специально предназначенные для зарядки литиевых элементов. В целом любое зарядное устройство, которое может заряжать литий-ионные можно заряжать литий-полимерный, предполагая, что число ячеек является правильным. Вы никогда не должны взимать литиевые элементы с никель-кадмиевых или никель-металлогидридные только зарядное устройство. Это очень опасно. Зарядка lipo ячеек является самой опасной частью использования литиевых батарей. Необходимо позаботиться при их зарядке. Важно установить устройство на нужное напряжение или количества ячеек. Если этого не сделать может привести к взрыву и возгоранию. Было много таких пожаров из-за литиевых батарей. Пожалуйста, будьте внимательны и ответственны при зарядке литиевых батарей.

Вот несколько обязательных для исполнения указаний по зарядке LiPo батарей (Литий-полимерные батареи).

  • Используйте зарядное устройство, которое одобрено для литиевых батарей. Зарядное устройство может быть предназначено для Li-Ion или Li-Poly. Все батареи заряжаются одинаково. Некоторые старые зарядные устройства от сотовых телефонов могут заряжать аккумуляторы до 0,1 вольт от необходимого напряжения (4.1 против 4.2), но это не приведет к повреждению батареи. Тем не менее, недорогие зарядные устройства широко доступны и использование зарядных от мобильных телефонов настоятельно не рекомендуется.
  • Убедитесь в том, что правильно устанавливается количество ячеек батарейки на вашем зарядном устройстве. Смотрите на зарядное устройство очень внимательно в течение нескольких минут для того, чтобы количество правильных ячеек отображалось правлильно. Если вы не знаете, как это сделать, приобретите интелектуальное зарядное устройство или не заряжайте lipo аккамулятор.
  • Используйте балансировачный разъем. Перед зарядкой новой литиевой батареи, проверьте напряжение каждой ячейки по отдельности. Делайте это после каждого десятого цикла. Это абсолютно необходимо, потому, что несбалансированная ячейка может взорваться во время зарядки, даже если выбирается правильное количество ячеек на зарядке. Если напряжение на ячейках не в пределах 0,1 вольт друг от друга, то зарядите каждую ячейку до 4,2 вольт (используя балансированную зарядку зарядного устройства через балансировачный кабель батарейки). Если после каждого разряда батарейки у вас появляется несбалансированная ячейка - аккамулятор должен быть заменён.
  • Балансировачный кабель есь на большинстве lipo батареек. Они позволяют проверить напряжение на каждой ячейки. Не пытайтесь использовать вольтметр, штыри могут создать короткое замыкание случайно соскользнув. Используя балансировочный кабель и зарядное устройство поддерживающую балансировочную зарядку можно заряжать все ячейки одновременно.
  • НИКОГДА не заряжайте аккумулятор без присмотра. Это причина номер один для дома и авто , которые сжигаются дотла от литиевых пожаров.
  • Используйте безопасную поверхность для зарядки батареи так, что если она взорвется то пламя не повредит ничего. Можно использовать специальные пожароустойчивые пакеты , в которые помещается батарейка для зарядки, а так можно использовать любой другой хороший вариант.
  • НЕ заряжайте током заряда более чем в 1С, если это специально не указано на упаковке производителя. Лично у меня был пожар в доме из-за нарушения этого правила. Сегодня есть высокозарядные батареи , котоые можно заряжать больше, чем 1С, однако это сокращает срок службы. Лучше покупать 3 батарейки, чем пытаться использовать одну, которая заряжается в три раза быстрее. Но ситуация может измениться в будущем , сейчас появляются новые батареи с улучшением характеристик. Обращайте внимание на характиристики при покупке, если они явно не указаны - используется явно старая технология производства батарей (китайские магазины у которых много дешевых батарей это как раз не указывают)
  • Ни в коем случае не прокалывайте ячейку у батарейки, никогда!!!! Если это произошло будьте готовы к воспламенению, соблюдайте повышеные меры пожаробезопасности. Если ячейка начнет вздуваться то возможно воспламенение и возгорание. Если этого не произошло то вам необходимо разрядить эту батарею для будующей утилизации подключив к ней например лампочку определенного напряжения.
  • При аварии вашего летательного аппарата батарея может быть повреждена внутри. С виду это может выглядеть безопасно, но при каждой авариитщательно извлеките аккумулятор из аппарата и осмотрите его внимательно, по крайней мере в ближайшие 20 мин. Несколько пожаров были вызваны от поврежденных ячеек аккамулятора будучи оставленными в автомобиле
  • Заряжайте батарею в открытом и проветриваемом помещении. Если батарея делает повредиться или произойдёт взрыв - опасные газы и ядовитые материалы будут выходить из неё.
  • Держите ведро песка поблизости, когда вы летаете или заряжаете аккумулятор. Это экономически эффективный способ тушения пожаров. Это очень дешево и абсолютно необходимо.

Литиевые батареи любят тепло, но не слишком много. В зимнее время, старайтесь держать ваши батареи от холода как можно дольше. Оставьте их в машине, пока вы летаете или держите их в своих штанах ... и т.д. В то же время не позволяйте им нагреваться слишком сильно. Старайтесь, чтобы ваши батареи не достигали 160F после использования. Это продлит жизнь ячеек у батарейки. Хороший способ для измерения температуры представляет собой портативный инфракрасный измеритель температуры, он может быть куплен в районе 50 долларов в большинстве хобби магазинах.

Разъяснения по LiPo

Литий-полимерные батареи используются во многих электронных устройствах. В сотовый телефонах, ноутбуках, КПК, слуховых аппаратов и многих других. Большинство, если не все, литий-полимерные батареи не предназначены для использования в хобби, Мы используем их в различных летательных аппаратах, чем они были изначально предназначены. Они похожи на литиево-ионных батареи тем, что каждая из них имеет номинальное напряжение 3,6 вольта, но отличается тем, что они не имеют корпус из твердого материала, а гибкий материал охватывает химические вещества внутри. В «нормальных» литий-полимерные аккумуляторы представляют собой тонкие прямоугольные формы с двумя выступами на верхности: одного положительного, другого отрицательного. Причина по которой мы используем этот тип батарей в том, что они значительно легче чем никель-кадмиевых или никель-металлогидридные батареи, что позволяют нашим аппаратам летать больше и лучше.

Напряжение и количество ячеек

LiPols батареи действуют по другому, чем никель-кадмиевые или никель-металлогидридные батареи, когда заряжены и разряжены. Литиевые батареи полностью заряжены, когда каждая ячейка имеет напряжение 4,2 вольт. Они полностью разряжены, когда каждая ячейка имеет напряжение 3.0 вольт. Важно, чтобы заряд ячейки не превышал напряжение 4,2 вольт и низкого напряжения 3,0 вольт. Превышение этих пределов может повредить аккумулятор.

Хороший способ гарантировать, что напряжение на ячейке не ниже 3.0 вольт во время полета - это установить отсчечку низкого напряжения (LVC) на регуляторе ESC. Важно использовать программируемый регулятор ESC, так как правильное установление отсечки имеет решающее значение для жизни ваших батареек. Используйте режим программирования ESC, что бы установить LVC на 3.0 вольт на элемент с жесткой отсчечкой (Hard Cutoff) или 3.3 вольт для мягкой отсечки (Soft Cutoff). Если ваш регулятор ESC не имеет жесткой или мягкой отсечки используйте отсечку на 3.0 вольт на ячейку. Вы будете понимать, когда летаете, что пора на зярядку, когда испытаете внезапное падение мощности вызванное срабатыванием отсечки LVC.

Если ваш регулятор имеет автоматический режим лития. Используйте его и он будет правильно понимать количество ячеек. Установите автоматическое Cutoff (обрезание) соответствующим образом.

Если вы уже летали с никель-кадмиевыми или никель-металлогидридными аккумуляторами, перейдя на литий-полимерный вы будете использовать другое количество ячеек. Если вы использовали 6-7 , то это 2 ячеечная литий-полимерная батарейка. Если вы использовали 10-11 ячейковые, то это станет 3 ячейковой литий-полимерной батарейкой. Есть два варианта решений летчиков , которые использовали 8 ячеек , которые застряли между 2 и 3 ячеечными литий-полимерными батарейками. По моему опыту лучше определить сколько ватт вы использовали и дублировать эти значения на lipo , двигатель. Например: Вы использовали 8 ячеек NiCd (9.6 вольт) на 10 ампер , на скоости 400 у самолета. У вас есть 9,6*10 = 96 Ватт Если вы перейдете на 2 (2S) ячейкову батарейку (7.2 вольта номинал), то вы должны изменить свой пропеллер так, что бы вы могли использовать 13А. Если вы перешли на 3 (3S) ячейковую батарейку (10.8 вольт номинал), то вы должны уменьшить силу тока до 8.9А. Эти расчеты являются приблизительными и некоторое экспериментирование требуется для достижения лучших результатов, но сохраняя потребленния Ватт является хорошим способом для начала.

Понимание конвенций

Как быстро может разряжаться батраейка - это и есть максимальный ток разряда. Ток оценивается параметром С для аккумулятора. С - сколько времени требуется, чтобы разрядить аккумулятор в долях часа. Например 1C разряжает батарею в 1/1 часа или за 1 час. 2С разряжает батарею за полчаса. Все хоббийные батареи рассчитаны в милли ампер-часов. Если аккумулятор рассчитан на 2000 мАч и вы разряжаете его током 2000mA (или 2А, 1А = 1000mA) он будет полностью разряжен в течение одного часа. Параметр C батареи показывает на способность разряда. Ячейка емкостью 2000mAh разряжается током 2 ампер - идет разрядка в 1С (2000mA х 1), ячейка 2000mAh разряжаемая токов на 6 ампер - идет разрядка на 3С (2000mA х 3).

Все батареи имеют ограничения относительно того, как быстро они разряжаться. Из-за этого многие LiPo батареки ставятся параллельно, чтобы увеличить силу тока у аккумулятора. Когда 2 батареи подключены плюс к плюсу, а минус к минусу они становятся как одной батареи с двойной мощностью. Если у вас есть две 2000mAh ячейки и вы подключить их параллельно, то результат будет таким же, как одна на 4000mAh. Эта ячейка на 4000mAh имеет такой же параметр токаотдачи C как и оригинальная ячейка на 2000mAh. Таким образом, если ячейки на 2000mAh могут дать токоотдачу в 5С максимум, или 10 ампер, то свежесобранная ячейка в 4000mAh может выдавать 5С или (4000mA х 5) 20 ампер. Такой метод подключения аккумуляторов позволяет использовать более высокие токи.

Соглашение об именах, которое позволяет расшифровать, сколько ячеек параллельно и сколько в серии является метод XSXP. Число перед S показывает количество последовательно соединенных ячеек у батарейки, например 3S означает, что это 3-секционная батарейка. Число перед P означает количество параллельно соединеных ячеек. Так 3S4P батарейка на 2100mAh имеет в общей сложности 12 ячеек внутри. Она будет иметь напряжение как и любая другая батарейка 3S, так как число ячеек определяет напряжение. И она будет иметь больше токоотдачу в 4 раза больше из-за 12 отдельных ячеек. Так сказать, наша 3S4P батарейка будет иметь максимальный расход в 6С. Это означает, что она имеет номинальное напряжение 10,8 вольт (3 × 3,6), а максимальная скорость разряда 50,4 ампер (2100mAh х 6Cx4P).

Какой lipo аккумулятор следует покупать?

Сейчас очень много вариантов и из-за этого сложно расшифровать , что бренд, а что ложь. Производители батарей постоянно пытаются друг до друга в чем-то упрекнуть и что-то взять. В то время как капитализм может снизить цены, он также может служить поводом для ложных утверждений о продуктах.

Один отличный способ узнать, что данная батарея лучше - это посмотреть на графики производительности батареи. Глядя на то, как напряжение ячейки падает при различных нагрузках даст вам хорошу метрику для сравнения с аналогичными размером / весом другой батареи.

Если вы не можете разобраться в груфиках, то посмотрите на то, что используют другие люди в успешных инсталяциях, которые похожи на ваши. Если много людей сообщают о длительном времени полета и большого запаса энергии то вы можете сделать тоже самое - выбрать эту батарею

Платить что бы узнать сколько ватт, вольт и ампер? Понимание этих концепций выходит за рамки этой статьи, но может служить вам, что бы понять , что аккумулятор лучше.

Для квадрокоптеров и других летательных аппаратов следует расчитать максимальный ток потребления, если у вас установлено четыре регулятора ESC на 30А и моторы потребляют 30А максимально, то максимальный ток потребления будет 30*4 = 120А . Если у Вас имеется батарея на 5000мА то её параметр С должен быть не меньше 120/5А = 30С . Выбрав батарейку с диапазоном разряда 20-60С вы рискуете на последних минутах разряда её потерять необходимую мощность , которая будет уже 20С. Обращайте на это внимание при расчете потребления тока. Полетный контроллер и другое оборудование потребляют не так много.

Последнее замечание о выборе аккумулятора. Аккуратнее с дешевыми аккумуляторвми. Убедитесь, что ваши батареи способны работать и что уровень силы тока тот, который вы планируете использовать. Не перегружайте нагрузкой батарею - это может не только привести к её выходу, но и повлиять на полета (просаживание мощности). Лучше купите хорошую батарею, чем нужно, чем разбить свой аппарат.

ardupilot-mega.ru

Батарея | Квадрокоптеры

Пост о моторах квадрокоптера оказался очень популярным среди читателей этого блога, но он не содержит практических указаний о том, как именно выбрать двигатель (мотор) квадрокоптера. Поэтому, я решил написать эту статью для тех, кто выбирает раму и двигатели на квадрокоптер, но не уверены, в правильности своего выбора. Все изложенное ниже основано на личном опыте, информации с других сайтов, и не претендует на то, чтобы быть абсолютной истиной. Также я не буду пытаться оценивать моторы и рамы с точки зрения их качества и предлагать какие-то бренды или модели как лучшие. Статья будет только о параметрах и об их влиянии на выбор.

Начнем с рамы (frame). Почему важен выбор рамы для выбора двигателя? Рама определяет две основные характеристики квадрокоптера — вес и размер. А это, в свою очередь, влияет на выбор пропеллеров и двигателей. Поэтому мы и начнем с рамы.

Собственно, рамы (с точки зрения размера) бывают маленькими, средними и большими. Конечно же, у них есть куча других характеристик, но мы будем подробно останавливаться на основных, которые влияют на выбор двигателей. И так, вы собрались строить:

  • Гоночный квадрокоптер
  • Простенький квадрокоптер среднего размера
  • Большой квадрокоптер для профессионального фото и видео

Гоночные квадрокоптеры, несмотря на страшное слово «гоночный», самые простые и недорогие (есть исключения). Почему так? Потому, что набор комплектующих и «наворотов» минимален. Основная цель — получить аппарат как-можно с меньшим весом. Это сделает его маневренным и быстрым.

racing_quads

До недавнего времени, стандартом гоночного FPV квадрокоптера был размер 250 мм. Сейчас появились модели 210 и даже 160мм. Чем меньше квадрокоптер, тем легче и маневренее он будет. Но очень маленькие модели сложно собирать и «впихивать» в них минимальный набор комплектующих: камера, контроллер полета, плата питания, видеопередатчик, антенна, радиоприемник, и конечно же — батарея. У меня есть опыт постройки 210мм гоночного квадрокоптера, и мне кажется, с рамой размером 250 работать намного проще.

Рама гоночного квадрокоптера должна быть карбоновая (Carbon Fiber). Можно, конечно, взять раму из всякого рода пластмасс (Composite), и даже из стекловолокна (Glass Fiber, Fiberglass), но тогда вам нельзя будет ударять такой аппарат о землю. А это, поверьте мне, вы будете делать очень часто. В отличие от больших и средних аппаратов, которые совсем не желательно ронять, и которые при падениях что-то все-таки да ломают, гоночные квадрокоптеры должны выдерживать удары о землю и другие предметы, т.к. для них это обычное дело. Качественные рамы можно купить от $15 и до $100 и больше. При чем, эта 15 долларовая рама очень хорошая, на мой взгляд. Для гоночных квадрокоптеров обычно используются пропеллеры размером 5-6 дюймов. Среднее время полета гоночных квадрокпотеров — 5-10 минут. Нормальный вес гоночного квадрокоптера — 400-500 грамм. Батарея 1200-1500 мА*ч.

Квадрокоптеры средних размеров (300-500мм) уже не используются для гонок, поэтому требования к раме не такие жесткие. Вы можете взять пластмассовую раму, карбоновую, или даже изготовить ее самостоятельно из дерева или металла. На что следуюет все-таки обратить внимание — это вес. Эта характеристика уже не такая критичная как в случае с гоночными аппаратами, но все же лишние 200-300 грамм сильно скажутся на полетном времени в итоге. Карбоновые рамы предпочтительнее из-за веса и прочности, но если вы строите бюджетный вариант, то подойдет и хорошая пластмассовая. На квадрокоптер среднего размера тоже прекрасно устанавливается подвес для камеры, и на нем можно летать по FPV. Но все же квадрокоптер среднего размера — это некий компромисс между стоимостью и качеством. Я бы рассматривал его как платформу для обучения и экспериментов.

450_copter

Для квадрокоптеров средних размеров обычно используются пропеллеры размером 8-11 дюймов. Среднее время полета — 8-15 минут. Нормальный вес — 900-1500 грамм. Батарея 3000-5000 мА*ч

Большие и мощные квадро- гекса- и даже окто- коптеры (от 650 мм) для фото и видеосъемки, способные улететь далеко и вернуться, обычно «напичканы» дорогой электроникой, несут дорогую камеру и большую (дорогую) батарею. Они имеют большой вес и не так ограничены в возможностях. Строить аппарат с дорогой электроникой суммарной стоимостью под $1000 и при этом съекономить на раме — выглядит не очень разумно. Поэтому, рама должна быть прочной, легкой и карбоновой 🙂 Также, такая рама может иметь складные ноги и руки, что позволяет легко транспортировать квадрокоптер к месту полета и назад, а также поднимать (складывать) ноги во время полета, чтобы не попадать в поле зрения камеры.

big_copter

На квадрокоптеры такого размера ставят пропеллеры от 15 дюймов и большие мощные двигатели с маленьким KV рейтингом. Вес такого аппарата может достигать 2.5 кг и больше, а время полета начинается обычно с 15 минут. Среднее время полета — 20-25 минут. Хотя в интернете встречаются примеры конфигураций, которые летают 50 и даже 60 минут. Эти аппараты очень дорогие, и имеют, как правило, больше 4 моторов, часто 6 и даже 8. Такие мультикоптеры очень стабильны в полете, что не маловажно для фото и видео съемки. Батареи очень часто имеют больше 3 ячеек (часто 6) и емкость от 8000 мА*ч

Все типы рам могут иметь встроенную плату питания или распределения электроенергии (PCB, PDB). Тогда вам не нужно покупать отдельеую плату и меньше проводов будет торчать наружу. Обзор таких плат выходит за рамки этой статьи.

Итак, если вы определились квадрокоптер какого размера и типа вы будете строить, самое время перейти к выбору двигателей для него, как самой важной части оборудования. Но об этом мы поговорим во второй части. Stay tuned.

 

nevler.com

Квадрокоптер на солнечных батареях и его преимущества

С появлением новых материалов, технологий, инновационных открытий бурно начала развиваться новая отрасль – создание беспилотных летательных аппаратов. Эти аппараты, размеры которых могут быть от величины мухи до больших разведывательных самолетов, призваны выполнять самые различные задачи. И если большие аппараты имеют достаточно большой запас энергии, чтобы непрерывно находиться в полете до 12 – 18 часов, то малые аппараты могут находиться в полете не более получаса.

Малые дроны работают в основном от аккумуляторов. Используемые в настоящее время литий-ионные аккумуляторы обеспечивают полет беспилотника в течение получаса. Наиболее удачные модели могут летать в течение примерно 50 минут. С появлением новых технологий солнечной фотовольтаики появились идеи дополнительно снабдить беспилотные летающие аппараты солнечными батареями. Для первых моделей был выбран четырехвинтовой беспилотник как наиболее подходящий для данной цели. Так появился на свет квадрокоптер с солнечными батареями.

Квадрокоптер на солнечных батареяхКвадрокоптер на солнечных батареях

Почему именно квадрокоптер?

Для выполнения различных задач – аэрофотосъемки, съемки труднодоступных объектов ‒ используются дроны различных конструкций и исполнения. Самые простые – бикоптеры. Они имеют всего два двигателя, и энергии им нужно минимум.

Но они и самые сложные в управлении и стабилизации полета. Более сложная конструкция, умеющая поднимать более тяжелые грузы, – трикоптер. Три винта – два передних, вращающиеся в противоположных направлениях, обеспечивают устойчивость аппарата, третий, хвостовой с сервоприводом поворота оси вращения, обеспечивает перемещение аппарата по горизонтали и маневрирование. Подъемная сила несколько больше, чем у бикоптера, но и энергии он потребляет больше.

Квадрокоптер, обладая большей подъемной силой, устойчив и предельно прост в управлении. Управление аппаратом осуществляется только регулировкой скорости вращения несущих винтов. Дрон состоит из двух накрест соединенных ферм, на концах которых закреплены электродвигатели с винтами постоянного шага. При подаче питания двигатели начинают вращаться, причем два двигателя вращаются по часовой стрелке, а два - против. Именно это обеспечивает устойчивость аппарата в воздухе.

КвадрокоптерКвадрокоптер

У винтов нет так называемого автомата перекоса, который управляет лопастями. Если ускорить все двигатели – аппарат начинает подъем. Если ускорить двигатели с одной стороны и замедлить с другой – аппарат поворачивается вокруг вертикальной оси симметрии. Если ускорить только один двигатель, дрон начинает движение в эту сторону.

Дроны с большим количеством двигателей, например, с шестью (гексакоптеры) или восемью (октакоптеры) не рассматривались, так как у них энергопотребление значительно выше, чем у квадрокоптера.

Солнечные батареи на борту квадрокоптера

Четыре двигателя, рама и блок питания – это так называемый «скелет» дрона. На самом деле все намного сложнее. И аппаратура, установленная на квадрокоптере, подразумевает наличие достаточно мощных двигателей, чтобы аппарат мог поднять не только самого себя, но и дополнительную нагрузку, например, фото- или видеокамеры.

Естественно для питания этих двигателей нужно иметь на борту легкие аккумуляторы большой емкости. Имеющиеся аккумуляторы обеспечивают промышленным дронам полетное время, не превышающее 25 – 30 минут. Чтобы увеличить это время, на квадрокоптеры попробовали устанавливать солнечные батареи, которые, подзаряжая аккумуляторы во время полета, продлевали срок нахождения аппарата в воздухе.

Теоретически так и должно было быть. Но на практике все оказалось не так просто. Небольшие размеры дронов не позволяли устанавливать на них солнечные батареи большой площади. А при небольших площадях аккумуляторы не получали необходимого запаса энергии для подзарядки. Время полета действительно увеличивалось, но незначительно – максимум на пять-семь минут. Даже при применении австралийскийх солнечных ячеек SunPower, имеющих эффективность 21.8%, конструкторы добились времени полета 57 минут. Увеличивать же площадь солнечных батарей не представляется целесообразным ввиду увеличения парусности, что может привести к нарушению режима полета или даже крушению при порывах ветра.

батарея квадрокоптераСолнечная батарея квадрокоптера

В настоящее время конструкторы беспилотников пошли несколько другим путем. Они устанавливают на аппараты высокоэффективные солнечные батареи, но используют их не для подпитки основных аккумуляторов, работающих на маршевые двигатели, а для питания электронной аппаратуры и систем управления. А электронная начинка у дронов достаточно серьезная. Это три гироскопа, стабилизирующие в полете крен, рысканье, навигационная система, радиоаппаратура, принимающая сигналы управления от оператора и передающая информацию на землю, контроллер МРРТ заряда аккумулятора, питающего электронику, а также микропроцессор, управляющий всем этим и формирующий исполнительные команды.

Солнечный квадрокоптер лондонских студентов

Что же касается дронов, работающих практически полностью от солнечных батарей, то работы над созданием таких аппаратов ведутся во всем мире, причем на разных уровнях. Так, группа студентов Лондонского Университета разработала и изготовила вначале лабораторный макет, а затем и опытный образец квадрокоптера, работающего от солнечных батарей.

Первый макетПервый макет солнечного квадрокоптера

Работе предшествовали длительные исследования, оригинальные разработки легких, но достаточно мощных электродвигателей, поиск прочных, но легких материалов, расчет и изготовление пропеллеров, тщательный отбор монокристаллических кремниевых пластин для солнечных батарей. Кроме того, группой были также разработаны и изготовлены элементы управления аппаратом.

Подбор электрических компонентовПодбор электрических компонентов квадрокоптера

Особое внимание было уделено двигателям и токоведущим элементам. Поскольку в макетном варианте отсутствовали элементы контроля и управления, очень важно было подобрать двигатели таким образом, чтобы частота вращения их отличалась не более чем на сотые доли процента. В противном случае, если бы какой-то из двигателей вращался быстрее остальных, то мог возникнуть перекос конструкции, что привело бы в конечном счете к падению аппарата.

ТестированиеТестирование двигателей

Точно так же подбирались и проводники, ведущие к каждому двигателю. Значение сопротивлений этих проводников отличались друг от друга на тысячные доли Ома. Свой первый полет солнечный квардрокоптер совершил седьмого сентября 2016 года.

подъемПервый подъем

Работы над совершенствованием солнечного квадрокоптера продолжены в лабораториях университета. Речь идет о создании полноценного аппарата, который в перспективе мог бы находиться в полете без посадки на протяжении всего светового дня. Но здесь уже придется решать не только задачи энергообеспечения дрона, но и его живучести. Ведь с увеличением площади солнечных батарей увеличивается парусность.

При зависании аппарата для выполнения, например, аэрофотосъемки платформа – солнечная панель – располагается горизонтально и на порывы ветра будет реагировать слабо. Но при передвижении платформа будет наклоняться, создавая тем самым большую площадь атаки для ветра, что в конечном счете может привести к обрушению аппарата, если своевременно не сработают соответствующие защитные устройства.

Несмотря на все сложности, работы над созданием дронов, работающих от солнечных батарей, продолжаются в лабораториях и научных центрах всего мира. Ведь аппараты, работающие в любых условиях, в труднодоступных местах длительное время, не требующие энергозатрат, будут огромным подспорьем во многих отраслях.

solarb.ru