Знакомство с гоночными дронами

 

Гоночный квадрокоптер представляет собой небольшой беспилотный летательный аппарат, специализацией которого является участие в спортивных мероприятиях класса дрон рейсинг.

 

Профессиональные пилоты предпочитают создавать свои машины с нуля. Они скрупулезно подбирают все необходимые компоненты, а затем самостоятельно занимаются сборкой личного гоночного квадрокоптера и его настройкой. Некоторые эксперты разрабатывают и собственное программное обеспечение.

 

Менее продвинутым пользователям предлагаются готовые комплекты ARF, работа с которыми дает ощущение причастности к созданию летательного аппарата. Новички могут приобрести гоночный дрон, способный летать прямо из коробки (RTF).

Как выбрать гоночный квадрокоптер

Купить готовый гоночный дрон довольно просто. Подобные модели выпускаются под брендами Walkera (Furious 320, Racer 250 и др.), MJX (Bugs 8), Realacc (GX 210) и др. Для начинающих пилотов есть микрокоптер Youbi XV-130.

 

При выборе спортивной модели необходимо обратить внимание на следующие детали:

 

  1. Конструкция;
  2. Материалы;
  3. Тип моторов и размер пропеллеров;
  4. Параметры ESC;
  5. Аккумулятор;
  6. Бортовой контроллер;
  7. Характеристики видеосистемы.

Описанию этих параметров мы и посвятим нашу статью.

Особенности конструкции и материалы

Необходимо учитывать, что соревнования квадрокоптеров являются видом спорта, в котором аварии и повреждения материальной части неизбежны. Именно по этой причине особое внимание разработчики спортивных дронов уделяют ремонтопригодности своих машин.

 

Рама

рамы-для-дронов

 

В основу конструкции подавляющего числа летательных аппаратов категории Drone Racing заложена рама, выполненная в виде правильного креста или буквы X. Лучшие рамы для гоночных квадрокоптеров изготавливаются из легкого и прочного углеродного волокна (карбона). Единственным недостатком подобных изделий можно считать их относительно высокую стоимость. Иногда вместо карбона используют стекловолокно – более дешевый материал, обладающий несколько худшими потребительскими свойствами. В самоделках широко применяется алюминий, который отличается доступностью, пластичностью и легкостью обработки. Более того, рамы для экспериментальных моделей часто вырезают из пластика или самой обыкновенной фанеры.

 

Рамы небольших гоночных дронов (до 210 размера включительно) часто выполняются в форме правильного креста. У таких летательных аппаратов все электронные компоненты сосредоточены в точке пересечения лучей, что снижает момент инерции и делает машину более маневренной.

 

Более крупные модели получают X-образную и H образную рамы. Увеличение расстояния между передними и задними винтами снижает их взаимное влияние и делает коптер более скоростным. При этом стабильность по тангажу увеличивается, а маневренность по крену сохраняется.

 

Любой спортивный квадрокоптер строится по модульному принципу, который предполагает, что на раму устанавливаются отдельные компоненты, имеющие вид легкосъемных функциональных блоков (АКБ, электродвигатели, ESC, полетный контроллер, камера и пр.). Для коммутации всех составляющих (в том числе и моторов) используются разъемные соединения. Подобный подход обеспечивает летательному аппарату необходимый уровень ремонтопригодности.

 

  • Lumenier edition;
  • ImpulseRC Alien 5;
  • zmr250;
  • Armattan Chameleon.

Силовая установка

моторы-гоночного-дрона

Спортивные состязания предъявляют повышенные требования к моторам гоночного квадрокоптера. Винтомоторная группа должна обеспечить летательному аппарату высокую скорость, подъемную силу и маневренность. Современные дроны летают на скоростях, превышающих 120 км/ч, а соотношение тяги к взлетному весу нередко составляет 8:1 и даже 10:1. Такое соотношение обеспечивает отличные динамические характеристики, но усложняет управление.

 

На гоночных моделях используются БК электромоторы, параметры которых зависят от размера и веса летательного аппарата. Так, на типичный гоночный квадрокоптер класса 250 с FPV ставятся моторы 2204—2208 с показателем kV в пределах 2000—2400.

Параметр kV показывает изменение скорости вращения двигателя (в оборотах в минуту) при изменении питающего напряжения на 1 В.

Вот список популярных моторов:

 

  • Emax RS2205 2300KV;
  • DYS BE1806 2300KV;
  • Storm M2204 2300kv;
  • Racerstar Racing Edition 2306 BR2306S 2400KV.

Существует очень важная связь между мощностью электродвигателя и размером пропеллера. Выбор слишком большого пропеллера повысит ток потребления и быстро посадит бортовой аккумулятор. Недостаточный размер воздушных винтов не позволит реализовать все возможности электромоторов. Для гоночных моделей с диагональю 210 мм вполне подойдут пятидюймовые винты, а на дроны с размером диагонали 250 и 350 мм устанавливаются пропеллеры диаметром 6 и 7 дюймов соответственно. Гоночные винты изготавливаются из карбона и очень часто имеют лопасти типа Bullnose, которые создают дополнительный крутящий момент и повышают маневренность воздушного гонщика по рысканью.

Советуем почитать: Всё о пропеллерах на дроны.

Электронные регуляторы скорости (ESC)

регулятор скорости гоночного-дрона-ESC

Регулятор ESC является своеобразной дроссельной заслонкой, которая обрабатывает команды полетного контроллера и изменяет напряжение на двигателе, тем самым управляя его скоростью вращения. Данное устройство характеризуется выходным током и выходным напряжением, а также напряжением по входу. Два первых параметра должны соответствовать характеристикам нагруженного двигателя, а последний – структуре батареи (параметр S). Прибор способен выдерживать кратковременные пиковые нагрузки, которые превышают его номинальные показатели по току. Большая часть регуляторов ESC рассчитана на работу с LiPo батареями 4S, но некоторые новинки уже поддерживают аккумуляторы 6S. Что касается ПО, то чаще всего на контроллеры ESC устанавливают прошивки SimonK и BLHeli S или BLHeli 32.

 

Популярные производители:

 

  • Lumenier;
  • Turnigy;
  • KISS;
  • Racerstar;
  • Betaflight ;
  • Emax;
  • DYS.

Аккумулятор

аккумуляторы-для-гоночных-квадрокоптеров

Наш сайт посвятил Li-Po аккумуляторам отдельную статью, здесь же мы остановимся на отдельных деталях, присущих бортовым АКБ гоночных моделей.

 

Мы уже отмечали, что на спортивные квадрокоптеры чаще всего ставятся четырехбаночные Li-Po батареи. Они имеют значительное выходное напряжение (14,8 В), которое позволяет варьировать скорость вращения моторов в очень широких пределах.

 

Емкость батареи должна быть рассчитана на 5-6 минут интенсивного использования. Именно за такое время преодолевается стандартная воздушная трасса. Для ее прохождения обычно хватает АКБ емкостью 1300—1800 мАч. Ставить более мощный аккумулятор не имеет смысла, так как он увеличит взлетный вес и ухудшит летные характеристики вашего гонщика. Проще озаботиться приобретением запасных батарей и качественного зарядного устройства.

Популярные производители:

 

  • Turnigy;
  • Tattu;
  • Dinogy;
  • Onbo.

Огромный выбор аккумуляторов здесь.

Полетный контроллер

Мозгом любого беспилотника является его полётный контроллер (FC). Через FC выполняется коммутация периферийного оборудования в единую систему. Его микропроцессор ставит задачи всем остальным электронным компонентам, контролирует и синхронизирует их работу. Исходными данными для обработки являются команды оператора и показания различных бортовых систем.

 

Выбор контроллера полета зависит от той прошивки, которую предпочитает использовать гонщик. Есть несколько популярных вариантов, каждому из которых присущи свои особенности, давно и хорошо известные воздушным экспертам. Среди них выделяются последние обновления Betaflight, Raceflight и KISS.

 

Наиболее развитой является линейка полетных контроллеров Betaflight, построенных на базе микропроцессоров F3 и F4. Уже появляются системы, в основу которых заложены новейшие процессоры F7, но они пока считаются недостаточно проработанными.

 

Прошивка Betaflight имеет открытый код, и каждый желающий может подогнать параметры своего дрона «под себя». Именно этим занимаются опытные пилоты, которые часами колдуют над PID-регуляторами, порогами чувствительности и другими параметрами, влияющими на поведение летательного аппарата в воздухе.

 

Видеосистема

камеры-гоночных-дронов

Воздушные гонки невозможны без хорошей курсовой камеры с большими углами обзора и многоканального FPV трансмиттера.

 

Многоканальность необходима для одновременной работы нескольких пилотов, а мощности бортового передатчика должно хватать для достойной трансляции живого видео на расстояние в несколько сот метров.

 

В FPV камерах применяются два основных типа датчиков изображения – CCD и CMOS. Матрицы CCD менее подвержены эффекту желе и лучше работают в условиях низкой освещенности. Датчики CMOS обеспечивают более высокое разрешение и частоту кадров, лучше передают цвета и потребляют меньше электрической энергии.

 

Видеокамера для дрон рейсинга просто обязана иметь широкий динамический диапазон, так как различные участки гоночной трассы зачастую имеют разную степень освещенности. Немаловажен и угол обзора объектива (FOV). Среди гонщиков популярны камеры со средним параметром FOV (120-140 градусов). Они позволяют пилоту охватить глазом сравнительно большое пространство, но еще не создают ярко выраженного эффекта «рыбьего глаза». Что касается разрешения, то своеобразным стандартом для аналоговых камер является показатель 600 или 800 TVL (телевизионных линий), а для цифровых – 720p/1080p. Размеры встроенной FPV камеры обычно вписываются в квадрат 26×26 мм, а ее вес не превышает 10-30 грамм. Современные микрокамеры типа AiO (All-in-One) весят не более 5 грамм.

При оценке качества видеоаппаратуры решающим фактором может стать частота кадров и величина задержки, которая вносится в процесс трансляции живого видео. При недостаточной частоте кадров быстрые маневры просто смажут изображение, а большой временной лаг приведет к аварии.

Современный гоночный квадрокоптер с камерой может легко разогнаться до 120 км/ч и более. На таких скоростях недопустимо получать картинку со значительным временным лагом. Именно поэтому современная видеоаппаратура вносит задержку всего в 10-20 мс и способна снимать с частотой в 60 fps и более. Лучшие отзывы получают FPV камеры Eagle 2 и OWL Plus 2 от RunCam, HS1177 и HS1190 от Foxeer.

 

Аппаратура управления

аппраратура-управления-дроном

Передатчики, которые применяются при работе со спортивными дронами ничем не отличаются от стандартных. Для управления достаточно 4-х радиоканалов, работающих в частотном диапазоне 2,7 ГГц, но многие ПДУ имеют их 6 и более. Дополнительные возможности используются для переключения режимов полета или запуска определенных функций. Если аппарат собирается пилотом, то его автору необходимо помнить о совместимости параметров радиопередатчика и бортового ресивера. Пульты выпускаются под разными брендами, лучшими из которых эксперты признают FrSKY , Futaba, Spektrum и некоторые другие.

 

Спортивный квадрокоптер очень часто применяется с очками виртуальной реальности. Именно этот вариант визуализации способен максимально остро отразить все перипетии воздушных состязаний. Основным требованием к подобной видеоаппаратуре является ее многоканальность и устойчивость к помехам. FPV оборудование чаще всего работает на частоте 5,8 ГГц. Большинство видеопередатчиков и приемников поддерживают 40 каналов и более.

 

Рынок предлагает большой выбор FPV гарнитур, очков и шлемов. Все они относятся к разным ценовым категориям и отличаются не только формой, но и набором характеристик и опций. Одной из последних разработок такого плана являются очки виртуальной реальности DJI Goggles и DJI Goggles Racing Edition.

Соревнования квадрокоптеров

Дрон рейсинг появился в 2014 году в Австралии. Воздушные гонки быстро приобрели популярность и сегодня рассматриваются как один из самых перспективных видов спорта.

 

Профессиональные гонки позволяют не только наслаждаться полетом, но и зарабатывать неплохие деньги. Напомним, что призовой фонд World Drone Prix 2016 в Дубае составил 1 млн. долларов США. Приятно, что бронзовым призером этих соревнований стал россиянин Владимир Мещеряков.

 

Существует несколько направлений, среди которых выделяются Rotorcross, Time Trial и Drag Race.

 

  1. Rotorcross является наиболее популярным и зрелищным состязанием. В каждой гонке участвуют несколько дронов, которые должны пройти специальную трассу за минимальное время. Результаты каждого участника фиксируются и заносятся в сводную таблицу. Пилот с лучшими суммарными показателями объявляется победителем. Гонки проводятся в несколько этапов и на разных трассах. Так, самое известное мировое состязание Allianz World Championship Series продолжается целый год и проводится на гоночных трассах, расположенных в целом ряде стран. Условия некоторых соревнований оговаривают использование только официально утвержденной модели. Более демократичные чемпионаты ограничивают лишь некоторые технические параметры – размер летательного аппарата, мощность силовой установки, диаметр винтов и др.
  2. Соревнования Time Trial очень похожи на гонки Rotorcross, но на каждом этапе трассу проходит только один участник. Победителем объявляется пилот, показавший самое лучшее время.
  3. Drag Race является самым простым типом беспилотных гоночных состязаний. Дрон должен пройти стометровый прямолинейный отрезок за минимальное время. Машина должна обеспечить лишь высокое ускорение и максимальную скорость. Маневренность летательного аппарата не играет никакой роли.

Организацией международных, национальных и региональных соревнований занимается множество лиг и сообществ, самыми известными из которых являются Drone Racing League (DRL) и MultiGP.

Заключение

Надеемся, что приведенный выше текст поможет умельцам, собирающим гоночный квадрокоптер своими руками. Стоит напомнить, что в подавляющем числе профессиональных соревнований побеждают машины, созданные с нуля, а не те, которые можно купить в магазине.


Будем благодарны вам, если поделитесь с друзьями:

Опубликовано © Всё о квадрокоптерах

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *