Общее устройство FPV дрона. Часть 1

FРV (First Person View) дроны - это беспилотные летательные аппараты (БпЛА), оснащенные камерой передающие видео в реальном времени на устройство оператора.

Преимущества перед коммерческими квадрокоптерами:

Максимальный контроль над дроном, за счёт возможности полётов без стабилизации (вы можете лететь вниз головой, падать камнем, делать сальто).
Высокая скорость полетов.
Возможность собрать дрон под различную задачу. Так как FРV дроны представляют собой сплошной конструктор, вы можете заменить в них все.
Вы управляете дроном в специальных очках с экранами, что дает еще больше контроля особенно на большой скорости
Низкая стоимость, относительно коммерческих дронов

Классификация мультироторных дронов, в зависимости от количества несущих моторов:

Квадрокоптеры (4 мотора)
Гексокоптеры (6 моторов)
Октокоптеры (8 моторов)

Классификация дронов по назначению

Tinywhoop (для полетов в помещениях)
Сinеwhoop (Кинематографические)
Race (Гоночные)
Freestyle (Фристайл)
Ginelifter (Грузовые, агрокоптеры и кинематографические)
Long Range (Дальнолеты)

1. Tinywhoop (для полетов в помещениях)

Малый размер tinywhoop беспилотников помогает новичкам в освоении полетов. Они прекрасно подходят для полетов в ограниченном пространстве.

Уверенные в себе операторы применяют их для поддержания навыков пилотирования в осенне-зимний период и при неблагоприятных погодных условиях.

Также проводятся гонки на tinywhoop и различные соревнования по выполнению трюков.

2. Сinеwhoop (Кинематографические)

Сinewhoop предназначен для съёмки качественных видео, в условиях ограниченного пространства, создавая у зрителей ощущение присутствия. Основным отличием cinewhoop является наличие дактов (защиты пропеллеров). Они характеризуются плавностью хода, компактным размером и безопасностью для окружающих.

Сinewhoop различаются между собой подъёмной силой, что влияет на выбор экшн-камеры, которую вы сможете поставить на дрон.

3. Race (Гоночные)

Основной задачей для гоночного дрона является максимально быстрое прохождение гоночной трассы. Данные дроны обладают большой ударопрочностью, их компоненты рассчитаны на высокие нагрузки, камера устанавливается под большим углом относительно горизонта центральной платы дрона.

Гоночные дроны бывают разных классов: от 65 мм (tinywhoop) до X класса (всё, что больше 450 мм).

4. Freestyle (Фристайл)

Дроны freestyle предназначены для выполнения трюков.

Данные дроны отличаются формой рамы, а также мощными моторами. Самая распространенная рама дрона для фристайла — X (симметричный крест). Это нужно для того, чтобы вращения дрона в любом направлении давались одинаково легко.

Стандартом среди фристайловых дронов являются коптеры с 5-дюймовыми пропеллерами.

5. Ginelifter (Грузовые, агрокоптеры и кинематографические)

Для гражданских целей: это большие квадро- или октокоптеры для киносъёмок, геологов и для тех, кому необходимо поднимать в воздух тяжелое съемочное оборудование. Для фермеров, спасателей и других, используются промышленные дроны. Такие несут большую полезную нагрузку.

6. Long Range (Дальнолеты)

Дальнолёты предназначены для долгих полётов (от 15 мин и более).

Для этого они оснащаются наиболее эффективными моторами, объёмными источниками питания.

Данный тип дронов, является основным в практическом применение.

Гражданские операторы на данных дронах устанавливают GPS-модуль, который позволит дрону вернуться домой, в случае потери сигнала.

Устройство FPV дрона

Рама (Корпус);
Полетный контроллер (FC);
Камера;
Видео-передатчик (VTX);
Приемник управления (RX);
Антенны (передачи видео и управления);
Аккумулятор (АКБ);
Винтомоторная группа (ВМГ, моторы и пропеллеры);
Электронный регулятор оборота моторов и плата распределения питания (ESC+PDB).

СЛОВАРЬ:

Frаmе – рама;
Рrорs – пропеллеры;
АКБ - аккумуляторная батарея;
ПК (FС) - полетный контроллер (Flight соntrоllеr);
TX – передатчик управления (Transmitter);
RX - приемник управления (Receiver);
VTX – передатчик видеосигнала (Video transmitter);
VRХ - приемник видеосигнала(Video rесеiver);
Cam – камера;
ESС (Electronic speed controller) - электронный регyлятор оборотов;
PDB (Роwеr distribution bоаrd) - плата распределения питания.

Устройство FPV дрона

Рама (Корпус)

Рама - служит жестким каркасом для размещения на себе компонентов дрона.

Некоторые рамы имеют все 4 луча из цельного куска материала (обычно это карбон), а некоторые рамы состоят из отдельных, которые скрепляются винтами. Идеальная рама для квадрокоптера должна быть легкой и прочной. Конструкция и материал рамы определяют, насколько она устойчива к авариям. Крепкие рамы обычно тяжелые, но более стабильны в воздухе, в то время как легкие наоборот, легкие и проворные.

Легкая рама позволяет дольше летать, за счет сокращения расходов энергии на удержание тяжелого веса, быстрее реагирует на команды и быстрее ускоряется. Но есть минус — легкие рамы подвержены повышенной вибрации и гибкости, это может влиять на полетный контроллер и PID’ы, отчего становится сложнее более точное управление дроном.

Рама оказывает огромное влияние на летные характеристики, такие как: аэродинамика, распределение веса, жесткость и др., абсолютно все влияет на характеристику полета.

Материал

Рама может быть сделана из любых материалов: дерево, пластик 3D-принтера, литейный пластик, стекловолокно, алюминий, и даже ПВХ-трубы.

Основные требования к материалу:

Прочность;
Жесткость;
Радиопрозрачность и токопроводимость;
Вес.

Основные материалы изготовления:

Карбон;
Алюминий;
Стеклотекстолит.

Тип

Форма рамы определяется тем, как лучи соединены с телом. Это не только влияет на внешний вид, но и влияет на летные характеристики.

Насчет формы рамы и влияния на полет — вопрос спорный, сообщество пилотов так и не определилось, как форма лучей влияет на летные характеристики. По опыту, форма хоть немного, но все же влияет на полет, с каждым типом рамы дрон ведет себя в воздухе по-другому.

True Х - лучи встречаются в самом центре рамы, образуя форму буквы Х. Тело максимально короткое, а компоненты размещаются ровно по-середине. Отцентрированная масса сокращает инерцию, в этом преимущество Х рамы над Н.
Stretch- Х - смещенное расположение передних пропеллеров от задних значительно сокращает возникновение турбулентных завихрений, позволяя летать более стабильно.
Hybrid-X - соединения лучей, как у Х, но тело имеет удлиненную форму, масса распределена одинаково. Но надо учитывать, как передается нагрузка с лучей на тело, как передается вибрация. Предпочтительна для более плавного полета.
Deadcat – Рама сверху выглядит как тот самый кот. За счёт сдвинутых передних лучей в стороны, пропеллеры практически не попадают в объектив камеры. Позволяет совершать фристайловые полёты.
Рама типа Н - самые первые рамы, просторное и большое тело, в котором удобно размещать и ремонтировать электронику. Не благоприятная инерция по тангажу. Для более плавного полета, а не для сложного фристайла.

Строение

Основные 2 части рамы: тело (автобус) и лучи.

В теле рамы размещаются все компоненты дрона, за исключением моторов. Обычно тело состоит из нижней и верхней пластины и некоторых промежуточных маленьких пластин, скрепляется тело вертикальными стойками на винтах.

Лучи — это место, куда крепятся двигатели. В зависимости от конфигурации регуляторы оборотов устанавливаются либо в теле, либо на лучах.

Размер

Размер рамы – это расстояние между двигателями по диагонали, измеряемое в миллиметрах.

Рама определяет размер пропеллера, который вы можете использовать для своего дрона, поэтому размер рамы часто относится к максимальному размеру пропеллера, который дрон может поддерживать, а не расстоянию между моторами. В данный момент для тренировок, гонок и выполнения боевых задач используются дроны размером от 2” до 10” дюймов

Например, когда люди говорят «5-дюймовая рама», это означает, что рама рассчитана на 5-дюймовый пропеллер.

Размер рамы влияет на:

Размер пропеллеров;
Размер двигателей;
На размещение и соединение компонентов;
Сопротивление воздуха (у большой рамы больше сопротивление воздуха за счет большей площади);
Вес;
Инерцию (чем дальше двигатели от центра, тем больше момент инерции).