Твой первый квадрокоптер: теория и практика

Стойкой к авариям является не та конструкция, которая вообще не ломается при падении — так не бывает, а та, у которой ущерб после падения минимален. Поэтому важной частью стойкой конструкции является наличие разрушаемых элементов. Эти элементы должны иметь минимальную стоимость и сложность изготовления. Разрушаясь, они поглощают энергию деформации и сохраняют в целости дорогие и важные узлы. В ряде случаев используются подпружиненные элементы.

Классическим примером поглощающего узла являются посадочные стойки. Их намеренно делают упругими и прочными ровно настолько, чтобы при сильном ударе о землю они поглотили максимум энергии, но не передали деформацию дальше, а в крайнем случае сломались сами. В общем случае, прочность элементов конструкции должна нарастать от периферии к центру. Сначала должны идти амортизирующие элементы, затем сминаемые и далее несущие и критически важные. Здесь просматривается аналогия с пассивной безопасностью автомобиля, у которого сначала идут амортизирующие бамперы, затем сминаемые зоны моторного отсека и багажника, а потом усиленный стальными трубами салон.

Примером неудачной, с точки зрения стойкости к авариям, конструкции квадрокоптера является сочетание прочных монолитных лучей и прослабленного чрезмерно большими прорезями и отверстиями центра рамы. При ударе лучом о землю вся энергию удара передается на центральную часть, ломая ее на куски. При этом могут пострадать и электронные узлы. После аварии потребуется долгий и сложный ремонт рамы, тогда как сломанный луч можно заменить даже в полевых условиях, а погнутый просто выправить. Ослабление центра рамы относительно лучей не дает заметного выигрыша по весу, но существенно снижает стойкость. Поэтому лучше сделать прочный центр рамы, а лучи облегчить фрезерованием или высверливанием. Сказанное не относится к рамам, у которых центр и лучи из карбона. Такие рамы почти неразрушаемы, но стоят достаточно дорого.

Еще одним разрушаемым элементом является нейлоновый крепеж: — винты, гайки, стойки. Их нежелательно применять для крепления лучей и монтажа нагруженных элементов конструкция в тяжелых коптерах, но для крепления электронных узлов, антенн и небольших видеокамер они подходят хорошо. При аварии с деформацией рамы нейлоновые винты легко срезаются или срываются и плата или антенна просто отлетает в сторону, оставаясь целой. В случае использования прочного металлического крепежа можно получить плату полетного контроллера с отломленными углами или даже треснувшую по диагонали. Особенно сложны в диагностике визуально незаметные скрытые трещины платы с разрывом проводников. Применение нейлонового крепежа также дает экономию веса, которая очень важна для небольших коптеров.

Расцепляемые электрические разъемы тоже вносят свой вклад в безопасность. Кроме традиционных для авиамодельного оборудования штыревых рядных разъемов все чаще применяются миниатюрные разъемы типа MOLEX. Оба типа разъемов не разрушаются и не повреждают плату при разъединении рывком во время аварии, но обеспечивают надежный контакт во время эксплуатации. Поэтому не следует дополнительно фиксировать разъемы в гнезде при помощи термоклея или металлических скобок. Иначе вероятность после аварии получить вырванные с платы вместе с кусками дорожек гнезда разъемов будет существенно выше, чем вероятность пропадания контакта в полете.

Силовые провода от распределителя питания к регуляторам и от регуляторов к моторам следует соединять только пайкой (рис. 4.1).

Рис. 4.1.Пример монтажа двигателя с укладкой провода снаружи луча

Несмотря на то, что эти провода следует делать как можно короче, желательно предусмотреть небольшой запас на вытягивание при деформации лучей или отламывании моторамы. Провода, выходящие из двигателя, необходимо прочно закрепить либо каплей эпоксидной смолы в окне двигателя, либо хомутом к мртораме, чтобы избежать отрыва провода от обмотки внутри двигателя при натяжении. На рис. 4.2 обратите внимание на фиксацию выводов двигателя эпоксидной смолой. Внутри луча уложен небольшой запас провода (~2 см) на случай отламывания моторамы.

Рис. 4.2.Пример монтажа двигателя с укладкой провода внутри луча

На квадрокоптерах не применяются так называемые пропсейверы — крепление пропеллеров к втулке при помощи резинового кольца, как на легких электрических самолетах. Нагрузки на пропеллер слишком велики, поэтому пропеллеры крепятся жестко, при помощи гайки или нейлоновых стяжек и при аварии обычно ломаются. Защитные кольца вокруг пропеллеров хорошо защищают окружающих от травм, но мало помогают при падении.