Тип и размеры рам квадрокоптеров: особенности выбора

Рама является важной частью квадрокоптера, выполняющей функции жесткого каркаса. На ней размещаются разные компоненты беспилотника: двигатель, камера, пропеллеры и другие. При самостоятельной сборке следует учитывать, что существуют разные виды рам, которые отличаются конструкцией, материалами и способом крепления. Важно правильно подобрать такой элемент для решения тех или иных задач, которые будет выполнять дрон.

Рама квадрокоптера: конструкционные и технологические особенности

Рама является основным несущим элементом конструкции любого квадрокоптера, на который устанавливаются все комплектующие беспилотного летательного аппарата. Она также обеспечивает защиту электромотора и других важных узлов от механических воздействий.

Ее конструкция включает в себя два основных элемента: фюзеляж и лучи. На фюзеляже устанавливается вся необходимая квадрокоптеру электроника, начиная с полётного контроллера, заканчивая камерой. Центральная часть фюзеляжа состоит из верхней и нижней пластин, соединённых друг с другом стойками.

На лучи производится установка электродвигателя и регуляторов. Их делают чаще всего из толстого слоеного карбона толщиной 3–4 мм. Также есть высокоскоростные и профессиональные беспилотники, толщина лучей которых составляет 5–6 мм.

Все элементы рамы должны обладать хорошей прочностью и выдерживать не только вес конструкции квадрокоптера, но также удары и механические воздействия во время полета и падения.

Хорошая рама квадрика должна отличаться легким весом и высокой прочностью. Из-за того, что такая конструкция производится из разных материалов, вес и прочность рам могут отличаться. Это сказывается на летательных характеристиках самого беспилотника. Прочная рама обычно отличается более тяжелым весом. При этом она устойчива к падениям и не такая маневренная. Легкие аналоги часто могут ломаться при падении, но во время полета обеспечивают высокую маневренность квадрокоптера.

Есть разные типы рам или шасси. У одних все 4 луча сделаны из целого куска материала, в качестве которого обычно выступает карбон. Есть рамы, состоящие из отдельных элементов, скрепленных винтами. Кроме этого, есть конструкции рам с металлическими сетками — защитой камеры FPV в передней ее части.

Критерии выбора

При выборе рамы для квадрокоптера, собираемого своими руками, следует уделять внимание прочности такой конструкции, так как при поломке луча цельной конструкции придется заменять целиком всю раму.

Легкие аналоги не такие прочные, квадрокоптеры с легкой рамой дольше летают при меньшем расходе энергии, ими проще управлять за счет того, что они лучше реагируют на команды и быстрее ускоряются. Недостатком легких рам является подверженность их повышенной вибрации и гибкости, что негативно отражается на полетном контроллере и PID’ах. Из-за этого сложно настроить ПИДы на легких рамах. Еще одним недостатком рам с уменьшенным весом является плохая защита установленных компонентов.

Выбор рамы — ответственный процесс, от которого зависят напрямую важные летные характеристики квадрокоптера:

• аэродинамика;
• распределение веса;
• жесткость;
• управляемость и т. д.

Эстетика и дизайн рамы определяют способ установки, крепления компонентов беспилотника и соединения их друг с другом. Лучшие образцы обеспечивают простоту установки всех компонентов, эффектный внешний вид, защиту важных узлов от повреждений и хорошие полетные характеристики.

При выборе рамы дрона важно учитывать целый комплекс характеристик, которые будут представлены ниже.

Материал

Для производства рам квадрокоптеров используются разные материалы, начиная с древесины и пластика, заканчивая углеволокном, или карбоном.

Самым лучшим материалом считается карбон, соединяющий в себе:

• небольшой вес, обеспечивающий высокую скорость, маневренность и минимальную инерцию при аварии;
• прочность;
• жесткость, которая вместе с малым весом обеспечивает стабильность и эффективность полета.

К недостаткам карбона можно отнести высокую стоимость и риск короткого замыкания. Такой материал хорошо проводит электричество, поэтому при оголенных соединениях может произойти короткое замыкание.

Еще один недостаток карбона — это блокировка радиочастот, поэтому антенны на таких рамах всегда ставят снаружи.

Размеры

Размер рамы, или колесная база, — это длина по диагонали от одного двигателя к другому, которая вычисляется в миллиметрах. От размера рамы зависят размеры двигателя и пропеллеров. Он определяет, какие будут использоваться регуляторы оборотов — отдельные или в контроллере 4 в 1. Правильно подобранный размер обеспечивает совместимость с определенными FPV или HD-камерами, отвечает за сопротивление воздуха, инерцию и вес квадрокоптера.

От размера рамы зависит напрямую выбор всех компонентов беспилотника. Для мощных моделей нужна рама большого размера, чтобы на нее можно было установить большие пропеллеры и двигатели.

Площадь рамы определяет размер пропеллеров.

Электромоторы на раму монтируют на самом краю лучей. Чем дальше они находятся от центра, тем выше момент инерции. Следует помнить о том, что чем меньше рама, тем лучше летает квадрокоптер, так как рамой небольшого размера управлять проще. Управление большой рамой сложнее из-за ее усиленного сопротивления воздуху за счет большей площади.

Типы рам и лучей

Форма рамы зависит от соединения лучей с телом. От этого зависит их внешний вид и летные характеристики. Чаще всего используются сегодня следующие формы рам:

• H;
• X;
• Гибрид Х;
• вытянутая Х;
• квадратная;
• Plus.

При использовании каждого типа рамы квадрокоптер ведет себя в воздухе по-разному.

Тип Н

Эти рамы первыми стали использовать. На них много места для установки компонентов. Лучи соединяются на теле в форме Н, в результате получается большое тело, на котором удобно монтировать компоненты.

Камеру и аккумулятор устанавливают на верхней стороне тела, вес при этом распределяется по одному направлению, что плохо сказывается на инерции по тангажу. Это значит, что наклонять дрон вперед-назад будет трудно. Такие рамы подходят для плавного полета, без сложного фристайла.

Тип Х

Лучи соединяются на теле рамы в центре, образуя форму буквы Х. Тело в результате получается коротким, поэтому все компоненты монтируют посередине, чтобы добиться максимальной центровки веса по раме. Это позволяет сократить инерцию беспилотника в полете.

Рамы Х легче, в них используется меньше материала. На них сложнее разместить все важные компоненты, так как все располагается в центре, включая камеру и аккумулятор.

Тип Квадрат

Квадратную раму делают из рам типа Н или Х, с дополнительными ребрами жесткости, соединяющими лучи. За счет этого получается очень жесткая рама, которая редко ломается. Но за счет такой конструкции повышается воздушное сопротивление и увеличивается общий вес. Такая рама подходит для новичков, она позволяет при падениях сохранять электронику беспилотника.

Тип Plus

В этой конструкции рамы два луча расположены на одинаковом расстоянии спереди и сзади от тела по ходу движения. Преимущества такой конструкции — отсутствие турбулентности двигателей, так как они вращаются далеко друг от друга. Недостаток — передний двигатель с лучом скорее попадает в поле зрения камеры.

Тип Удлиненный Plus

Для решения проблемы с попаданием двигателя в поле зрения камеры разработчики увеличили длину передних и задних лучей. Проблема была решена, но дизайн не изменился.

Цельные рамы

Раму можно сделать такой, чтобы была возможность менять поломанные лучи. Но в этом случае следует учитывать, что за счет винтов и болтов съемных элементов увеличивается вес всей конструкции. Избежать лишнего веса можно при помощи цельной рамы, или монорамы, в которой лучи и тело представляют из себя единую пластину. Такая рама не только легче, но и значительно упрощает и ускоряет сборку. Но, если случайно поломается один луч, менять придется всю пластину, поэтому дешевле поменять один луч в сборной раме, а не целиком менять пластину, да еще и переносить всю электронику. У сборных рам жесткость выше, она зависит от толщины используемого материала.

Толщина рамы из карбона

Карбоновые рамы прочные и жесткие, но при их выборе следует учитывать толщину материала. Чем она больше, тем тяжелее рама. Лучи всегда толще тела рамы. Чтобы квалрокоптер хорошо летал и имел оптимальный вес, нужно правильно подобрать карбоновую раму по толщине. Лучше всего подходят модели толщиной 4 мм. Они достаточно прочные и не ломаются при падении, а также имеют оптимальный вес.

Подготовка к сборке

Когда рама куплена, нужно ее правильно подготовить к последующему монтажу квадрокоптера. Для этого нужно убрать смазку, зачистить заусенцы. Острые края рамы нужно сгладить, иначе они перережут ремни и провода. Зачищенное место следует проклеить специальным клеем, чтобы не расслаивался карбон.

Гоночные рамы

При выборе такой рамы следует отдавать предпочтение моделям с небольшим весом, которые можно легко отремонтировать в случае поломки. Сама рама должна быть прочной. Выгоднее покупать конструкции, в которых можно поменять луч или другой элемент рамы.

Гоночные квадрокоптеры летают на высоких скоростях и часто могут попадать в аварию, поэтому нужно использовать ремонтопригодные рамы.

Советы начинающим операторам по выбору рам

При выборе рамы следует обращать внимание на следующие моменты:

Крепление под полетный контроллер. При покупке рамы нужно следить за тем, чтобы у полетного контроллера и рамы были одинаковые размеры под винты, обычно у полетников отверстия для винтов расположены квадратом с длиной стороны 30,5 или 20 мм.

Крепление под FPV камеру. Есть 3 стандарта размеров камер FPV: Standart, mini, micro, поэтому нужно внимательно смотреть, под какую камеру будет рассчитано место на раме, при ошибочном выборе придется на раме делать отверстия дрелью.

Жесткость сборки, которую следует сразу проверить после сборки. Для этого нужно покрутить и попробовать слегка погнуть раму в руках, она не должна нигде люфтить и шевелиться, это должен быть цельной кусок, иначе в полете рама развалится от вибраций. При сборке рамы нужно учитывать фиксатор резьбы, красный либо синий.

Размещение lipo-аккумулятора на раме

Строгих правил размещения батареи на дроне не существует. Ее можно поставить внизу или наверху дрона. При этом есть ряд случаев, когда верхнее расположение будет самым удобным:

• это центр тяжести, чем ближе вся масса к пропеллерам (в смысле, чтобы пропеллеры были на середине уровня массы);
• если поставить аккумулятор снизу, то он постоянно при посадке будет ударяться о землю, в результате быстро поломается и потребует замены.

Снизу монтаж проводят только на маленькие Х-рамы, так как на верхней части тела нет вообще места.

Итоги

При выборе рамы следует помнить о том, что это важный шаг перед сборкой дрона, от которого зависеть то, как будет квадрокоптер летать, как часто будет ломаться, как удобно будет ремонтировать и располагать аккумулятор и экшен-камеру. При выборе рамы следует учитывать особенности эксплуатации квадрокоптера и манеру полета. Для фристайла и гонок требуются тонкие и прочные рамы с легким весом и высокой прочностью.