Расчет параметров квадрокоптера

1. Определение ключевых целей

• Назначение: гоночный дрон, съемочный дрон, грузовой дрон.
• Целевые параметры:
  • Время полёта (минуты).
  • Грузоподъемность (г).
  • Скорость (м/с).
  • Бюджет.

2. Масса квадрокоптера

• Общая масса (M) — сумма веса всех компонентов:
  • Рама: 100–500 г (зависит от размера и материала).
  • Моторы: 20–50 г/шт × 4 = 80–200 г.
  • Пропеллеры: 5–15 г/шт × 4 = 20–60 г.
  • Аккумулятор: 150–500 г.
  • Полезная нагрузка (камера, датчики): 50–300 г.
  • Электроника (полетный контроллер, ESC, приёмник): 50–100 г.

Пример: 
- Рама — 300 г, моторы — 200 г, пропеллеры — 40 г, аккумулятор — 300 г, камера — 100 г, электроника — 80 г.  
Общая масса: \( M = 300 + 200 + 40 + 300 + 100 + 80 = 1020 \, \text{г} \).

3. Подбор двигателей и пропеллеров

Ключевые параметры: тяга мотора (г) и KV (обороты/вольт).  

• Суммарная тяга: Должна превышать вес квадрокоптера минимум в 2 раза для маневренности:
    \[
    \text{Суммарная тяга} \geq 2 \times M.
    \]
    Для примера: \( 2 \times 1020 \, \text{г} = 2040 \, \text{г} \).  
    Каждый мотор должен иметь тягу \( \frac{2040}{4} = 510 \, \text{г} \).

• KV мотора: Зависит от напряжения аккумулятора и размера пропеллеров:
  • Низкий KV (1000–1500): для больших пропеллеров (7–10 дюймов).
  • Высокий KV (2000–3000): для маленьких пропеллеров (3–5 дюймов).

- Пример: Для тяги 510 г подойдут моторы 2207 (2200 KV) с пропеллерами 5–6 дюймов.

4. Расчет аккумулятора

Основные параметры: ёмкость (мАч), напряжение (S), разрядный ток (C), удельная энергоёмкость.

Время полёта (T):

  \[
  T = \frac{\text{Ёмкость (А·ч)} \times 60}{\text{Средний ток потребления (А)}} \times \eta,
  \]
  где \( \eta \approx 0.8 \) — КПД системы.

Средний ток (I):

  \[
  I = \frac{\text{Суммарная тяга (г)}}{\text{Удельная тяга (г/Вт)}} \times \frac{1}{\text{Напряжение (В)}}.
  \]
  Удельная тяга зависит от КПД моторов и пропеллеров (обычно 3–10 г/Вт).

  Пример:  
  - Суммарная тяга: 2040 г.  
  - Удельная тяга: 4 г/Вт.  
  - Напряжение: 14.8 В (4S).  
  \[
  I = \frac{2040}{4} \times \frac{1}{14.8} \approx 34.5 \, \text{A}.
  \]
  Если аккумулятор 1500 мАч (1.5 А·ч):
  \[
  T = \frac{1.5 \times 60}{34.5} \times 0.8 \approx 2.1 \, \text{минуты}.
  \]

Вывод: Для увеличения времени полёта нужен аккумулятор большей ёмкости (но он тяжелее).

5. Электронные компоненты

- ESC (регуляторы скорости): Должны выдерживать максимальный ток моторов. Например, для тока 35 А на мотор нужны ESC 40–50 А.
- Полетный контроллер: Совместимый с выбранными ESC и приёмником (например, STM32F4 или аналоги).
- Радиоуправление: Частота 2.4 Гц, поддержка протокола SBUS/PPM.

6. Пример итогового расчета

7. Инструменты для детального расчета

- eCalc ([www.ecalc.ch](https://www.ecalc.ch)) — онлайн-калькулятор для точного подбора компонентов (иногда нужно заплатить).
- OpenProp/DroneCAD — ПО для моделирования аэродинамики.

Рекомендации
- Используйте качественные LiPo-аккумуляторы с высоким C-рейтингом (20–50C).
- Проверьте балансировку квадрокоптера перед полётом.
- Учитывайте запас прочности рамы и пропеллеров.

Опубликовано: Пятница, 16 мая 2025. Размещено: Инфо корзина

• 11