hZMetr

Коптеров на двигателях внутреннего сгорания, или резиновых моторчиках мне пока видеть не приходилось, поэтому без батарейки вы никуда не улетите. Я кратко расскажу какие параметры у батареек могут отличаться, зачем их перевозят в спецконтейнерах, как хранить, заряжать, разряжать, взрывать и так далее.

Я стараюсь делать посты максимально практичными, что бы вы могли сразу после прочтения пойти, осмысленно выбрать и купить то, что вам требуется. Поэтому начнем мы с рассмотрения примера батарейки и ее параметров из первого попавшегося магазинчика и разбора всех этих циферок и буковок.

Turnigy nano-tech 1800mah 4S 35~70C Lipo Pack

Capacity: 1800mAh


Voltage: 4S1P / 4 Cell / 14.8V


Discharge: 35C Constant / 70C 

Burst
Weight: 207g (including wire, plug & case)


Dimensions: 103x35x29mm


Balance Plug: JST-XH


Discharge Plug: XT60 Connector

Вот смотрим мы на это и что мы видим? Первым делом смотрим на название. "Turnigy" - это фирма,  "nano-tech" - это название серии. Казалось бы фигня, но на самом деле уже на этом этапе - не фигня. Можете сколько угодно боготворить китайцев, но производство элементов питания - крайне высокотехнологичный и сложный процесс. Поэтому изготовить качественную батарейку удается далеко не всем. И даже если полученная продукция при покупке номинально будет показывать заявленные характеристики, то далеко не факт, что она сумеет это повторить через день, или через неделю. Так что даже если отбросить вопрос безопасности, то все-равно целесообразно покупать продукцию проверенных фирм. Еще лучше брать проверенные серии, ибо поведение различных серий может сильно отличаться при  одинаковых числовых параметрах. Из известных фирм могу назвать Turnigy, Zippy. Это наиболее распространенные варианты. На них тоже зачастую кучу нареканий, но т.к. много народу ими пользуется, то по отзывам можно найти достойный вариант. Мне достался по распродаже Flueron, летает, но выводы пока делать рано. Видел положительные отзывы на Giant Power, но народ с ними осторожничает.

Едем дальше, 1800mah - емкость батареи. Это всем знакомая штука, если вы выбирали телефон, или планшет, то там в характеристиках что-то похожее указывалось. Измеряется в ампер-часах (в данном случае в миллиампер-часах, силу тока умножаем на время работы), что как бы само по себе мало говорит о настоящей емкости, ибо ее надо пересчитывать в  Вт-часы (мощность на время работы). Короче профанация, а не параметр, но работать приходится с ним. Дабы было от чего отталкиваться: для 250 коптеров ваш диапазон будет от 1000 до 2500 mah, для 450 - 3000-6000 mah, сильно зависит от массы дрона и моторов. Выставив соответствующие фильтры в магазинчике, продолжаем отбор кандидатов.

Lipo Pack - наша батарея литий-полимерная. И это хорошо. Отклонения в сторону чего-то другого возникают только при нестандартных ситуациях, типа необходимости полетов в минус 30, где ЛиПо уже не держит емкость. Там спасают прочие извращения, дам краткий обзор в конце статьи. Основной чертой, обеспечивающей такую популярность является огромная плотность запасаемой энергии по отношению к массе и объему. Батареи на других технологиях почти наверняка будут больше и тяжелее при сравнимых параметрах. 

4S - нет, это не совместимость с соответствующим айфоном, это о другом. Эта величина будет определять итоговое напряжение, которое батарея будет выдавать, ее всегда указывают в названии. Лучше взглянем на более полный вариант этого параметра: 4S1P / 4 Cell / 14.8V
. Воот, становится более понятно. Рассматриваемая батарея состоит из четырех независимых литиевых топливных ячеек (cell), которые обычно на русский язык переводят как "банки". Каждая банка сама по себе выдает напряжение в среднем 3.7В. А банок 4. 

3.7 * 4 = 14.8 Вот вам и напряжение итоговое. Вспоминаем курс физики, для сложения напряжений банки должны быть подключены друг за другом последовательно. По забугорному это будет "Series connection". Вот вам и буква S. А заодно становится понятна и более полная надпись 4S1P - банок 4, все они подключены последовательно в один ряд. Если было бы два ряда, было бы 4s2p. Для закрепления материала вот вам картинки:

3s (1p как правило опускают)

4s2p

4s1p

Для коптеров в ход идут 3s, чуть реже 4s варианты. Как видите они различаются напряжением. Отсюда два  с половиной вывода:

-Не всякие электронные составляющие будут работать с 4s, ибо напряжение высокое.

-4s при одинаковой с 3s емкостью в mah будут иметь большую реальную емкость.

- Не совсем вывод, но на 4s моторы мощность будут выдавать большую.

Поэтому при подборе регуляторов моторов и моторов обратите внимание: поддерживают они 4s, или нет (подробнее в следующем посте), это обязательно указывается в характеристиках.

35C Constant / 70C о, это очень важно! Это токоотдача батареи. Левая цифра - значение, которое батарея может отдавать на протяжении всего периода работы, правая - на протяжении секунд 10. Левые производители порой не указывают что именно они имеют в виду, и возникают ситуации, когда с купленной батареей не удается даже взлететь, хотя вроде вот они 30С. Итак, давайте посчитаем. Токоотдача нам дана в единицах емкости. Т.е для пересчета в амперы мы берем нашу емкость 1,8 ah (это уже без "милли") и умножаем на 35. Получаем 63 ампера наша батарея может выдавать постоянно (не спрашивайте меня про хрень с размерностью). Ну пусть 3А на электронику, останется у нас по 15А на каждый мотор для квадрокоптера. Это должно хватить для большинства 250 квадриков. Тем более, что кратковременные скачи возможны аж до 30А на мотор. Чем больше эта величина, тем массивнее и дороже выходит батарейка, тем меньше циклов заряда/разряда она как правило живет, тем все сильнее производители не рекомендуют их хранить заряженными (какие-нибудь 70С номинальной отдачи рекомендуют заряжать максимум за 2 часа до использования). Производители любят несколько привирать насчет этого параметра, поэтому лучше брать с запасом примерно на 20% у проверенных производителей и 50-100% у откровенной китайщины.  Ориентир: 30С для 250 квадриков, 20-30С для 450 (ибо 5А*20 это уже сотка).

P.S. На всякий случай: не проверяйте уровень заряда языком!

207g - вес, чего непонятного =) Чем меньше - тем лучше, при прочих равных, разумеется.  Хотим долго летать - нужна больше емкость . Больше емкость - больше вес. Больше вес - меньше летаем. Дабы не свихнуться, подкованными людьми были использованы ВЫЧИСЛЕНИЯ, показавшие, что батарея для наибольшего времени полета должна иметь массу 80-90% от массы остального коптера. Вот вам ориентир для конструкций произвольного размера. Сам я впрочем оригинал вычислений не нашел, но все ссылаются на эти цифры.

103x35x29mm
 - размер. Если  у вас на раме не так много места для крепежа, можете просматривать и эту графу тоже. Дабы написать тут еще что-то, замечу, что батареи бывают в мягких корпусах и в жестких. Последние чуть тяжелее, но лучше перенесут падение на острую ветку, например.

JST-XH
 и XT60 . Это названия разъемов, которые есть на батарее. Непривычно, что их два. Первый, так называемый балансировочный, используется для зарядки и подключен отдельно к каждой банке (см схему выше). Он позволяет малыми токами выравнивать напряжение на банках, что бы оно было одинаковым. Основой ток зарядки поступает все-таки через силовой кабель. Редко, но бывает, что с него берут напряжение в 3,7в для каких-нибудь извращенных нужд, но это моветон. Я не видел батарей, в которых этот разъем как-то отличался, он стандартен. Ну только размер увеличивает с увеличением кол-ва банок, ибо проводов надо больше уместить. Через второй вы будете запитывать свой дрон. Тут возможны варианты. 

За исключением разной непотребщины вы встретитесь  с Deans (T-connector) и  XT60. Ну на худой конец есть еще DIN:

Совсем на худой конец из батареи будет тупо торчать два провода, паяй что хочешь. Но это короче да...

Чисто визуально, глядя на конфигурации чужих дронов - XT60 доминирует. Как оно на самом деле - а хз. Переходники существуют с любого на любой. Так что выбирайте, какой вы установите на коптер, а при выборе батареи особо можно не заморачиваться.

С выбором вроде как все.

Выбрали вы батарею, заказали -  тут первый сюрприз. Далеко не каждая почта согласится везти кило китайского лития в самолете. Очень вероятен шанс доооооооолгой наземной доставки. Уточняйте у продавца.

Сюрприз два- это вам не телефонная батарея, у коптерных батарей короткий жизненный цикл. Это связано с высокими токами и во многом определяется режимом эксплуатации. Чем больше токи зарядки-разрядки, тем быстрее деградирует батарея. 40-50 циклов до значительного ухудшения характеристик считается нормальным показателем. Плюс они портятся от времени, не покупайте их впрок, покупайте перед сезоном. Смиритесь с тем, что это расходник.

Сюрприз три. Помните я что-то писал про высокую плотность запасаемой энергии? Давайте наглядно покажу:

Вот поэтому и ссут с авиаперевозками. Ибо никто не знает, хорошо она там распаяна внутри, или ее замкнет при тряске. Поэтому перевозить их рекомендуют хотя бы в специальных пакетах, типа такого: 

Это тоже ничего не гарантирует, но все-таки может и спасет от открытого огня. И берегите батареи от механических повреждений! И уж 100% не пытайтесь перерезать два силовых провода токопроводящим лезвием одновременно. Реальный отзыв на сайте: "Привет, я решил поменять разъем  и отрезал силовые кабеля ножницами одновременно. Меня е**уло током и батарея перестала заряжаться, что мне делать?" Свечку еп сходи поставь за упокой своего здравого смысла.

Теперь пара слов о хранении. Хранить такие батареи надо зарядив их до напряжение 3,8 В на банку при температуре 3-10 градусов цельсия, стало быть в холодильнике, или погребе. Это если вы их на пару месяцев и более прячете. Не забывайте про возможность возгорания, огнезащита и железный кейс приветствуются. Если сроки не слишком большие, то можно и в комнате на полочке, главное не в минусе и не в 40+. Хотя деградировать они будут чуть быстрее. Раз в две недели неплохо бы проверять напряжение и дозаряжать, если надо. Заряженными до упора НЕ ХРАНИТЬ ВООБЩЕ, выкинете очень быстро. Разряженными тоже не хранить ибо при падении напряжения ниже 3,2 В на банку зарядить у вас уже ее никогда не выйдет, не все химические процессы обратимы. При полете напряжение под нагрузкой лучше отслеживать по телеметрии, в 0 не загонять.

Теперь о том, чем же ее заряжать. Для этого придуманы специальные зарядные устройства, способные выдавать нужные токи и все такое. Я напишу о самом известном и распространенном. Это Imax b6. У него есть куча китайских клонов, не уступающих ему ни в чем. А еще есть Imax b6 mini, обновленная версия в которой убрали проблему с охлаждением.

Цена вопроса - около 35$ за оригинал, плюс блок питания с ближайшего рынка. Есть клоны с уже встроенным, но там как повезет. 

Подключаете прибор в сеть, втыкаете силовой кабель батарейки, потом балансировочный, выбираете режим, указываете число банок, ток зарядки максимальный и он начинает заряжать. Час-два, в зависимости от батарейки, пока напряжение не достигнет 4,2 В на банку. НЕ ПЕРЕПУТЫВАЙТЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПОДКЛЮЧЕНИЯ, ОТКЛЮЧАТЬ СТРОГО В ОБРАТНОМ ПОРЯДКЕ, ЭТО МАТЬ ЕГО ВАЖНО.

Ах да, мы коснулись вопроса тока зарядки. Если это не оговорено в инструкции батарейки, то предел - 0,5С. Т.е. батарею из примера можно заряжать током до 0,9А. Чем выше ток - тем быстрее зарядится батарея, но тем больше будет ее износ, многие жертвуют временем и ставят 0,3С или что-то похожее. Бывают батареи с поддержкой до 5С зарядочного тока и выше, но живут они меньше и стоят дороже.

Любой зарядный прибор умеет как заряжать, так и разряжать. Последнее пригодится для проверки батареек, можно строить красивые графики падения напряжения от нагрузки и все прочее, на соответствующих форумах можно полюбоваться. Также это означает, что в режим хранения батарейку можно перевести как из заряженного, так и из разряженного состояния. Почти любой прибор имеет прям отдельную функцию для этого.

Ну теперь вы умеете выбирать, покупать, заряжать, использовать, разряжать, хранить батарейки. 

Ах да, кроме LiPo в продаже еще бывают:

LiFe

LiFePO4  

NiCd

NiMH

Отличаться они будут весом, плотностью энергии на единицу массы, напряжением на банку, температурными диапазонами и похожими вещами. Если вы покидаете стандартные условия эксплуатации, они могут пригодиться, но обозревать их в данном посте смысла я не вижу, увы.

Надеюсь вам было хоть каплю интересно. Дальше уже точно будут моторы с гифками, векторное управление и все такое.

    Пожалуй, именно с рамы имеет смысл начинать подбор деталей для будущего аппарата. Это сразу задаст сферы применения и обрисует итоговую сумму.

    Для начала определимся с числом моторов. Если вы разглядывали картинки в предыдущем посте, то помните, что на большинстве контроллеров есть 8 выходов под моторы. Это означает, что моторов у нас может быть от нуля до восьми включительно (в предположении, что один контроллер мотора управляет одним мотором). В зависимости от их числа, названия соответствующих дронов несколько отличаются.

    Следуя традиции использования латыни для названия соответствующего дрона, любая хрень без пропеллера - ниилокоптер (от лат. nihil = ноль, личное ноухау, название не стандартизировано). Так что теперь можете этим словом называть хоть брошенный кирпич.

    Летающее что-то с одним винтом - монокоптер. Приведу несколько примеров на картинке ниже. Постройка подобной штуки, как и подбор деталей для нее - за пределами этого цикла статей. Летают на принципе сохранения момента импульса, когда основная рама крутится в направлении противоположенном пропеллеру (кроме рис.№3). Образец с первой картинки можно найти в магазине. Образец со второй существует, переодически показывается на какой-нибудь выставке, но ни в продаже, ни в поставки военным вроде как запущен не был. Наверное есть самодельные экземпляры. В теории в плюсах монокоптера - возможность посадки на авторотации в случае отказа двигателя/севшей батарейки.

    Бикоптер - что-то с двумя пропеллерами. Пожалуй бикоптером можно назвать практически любой вертолет и много другого более забавного. Пропеллеры могут быть как соосными, так и нет. При желании можно сделать очень интересную машину. Тут надо смотреть, а не читать - наслаждайтесь:

    Трикоптеры. Увы, не довелось полетать на таком. Разновидность довольно редкая, но от того не менее интересная. Основная проблема заключается в повороте вокруг оси. Если на квадрике просто можно замедлить винты, вращающиеся против часовой, и ускорить винты, вращающиеся по часовой, то тут номер не пройдет. Приходится один мотор крепить на поворотную площадку и наклонять его серво-приводом в нужную сторону. Это безусловно усложняет конструкцию. Шустры, проворны (особенно в поворотах), по слухам идеальны для fpv (first person view, полеты по картинке с камеры от первого лица). Последнее связано с большим углом расхождения лучей в сравнении с квадриком и возможностью подвесить камеру в центре масс так, чтобы пропеллеры не попадали в кадр. Честно сказать, картинка с квадро+ по моим меркам ничуть не уступает, хз. Из-за малой парусности лучше прочих переносят ветер.

    Квадрокоптеры. Если вы это читаете, скорее всего самый разумный выбор. Четыре винта, предельно простая жесткая рама без необходимости наличия подвижных частей, мало моторов, хорошая стабилизация. Из минусов: при отказе одного мотора - падает камнем вниз, сравнительно малая скорость и точность поворота вокруг оси.

    Пентакоптеры/гептакоптеры. 5 и 7 винтов соответственно. Не слишком симметричные конструкции с набором конструктивных сложностей и отсутствием серьезных плюсов. Даже не думайте.

    Гексакоптеры/октокоптеры.  Логичное развитие квадрокоптеров. 6 или 8 винтов соответственно. Летают главным образом "блинчиком", используются в случаях, когда надо поднять достаточно тяжелое оборудование, типа зеркальной камеры с тяжелым объективом. Если вы хотите сразу навешивать на коптер тяжелый фотоаппарат, можете задуматься о гексе. От квадро она будет отличаться более дорогой рамой и лишними двумя моторами с необходимыми для них вещами. Небольшой нюанс, моторы не обязательно должны располагаться каждый на своем луче, возможна их установка один под другим, для этого выпускают специальные площадки. В этом случае гексокоптер будет иметь всего три луча  и издали напоминать трикоптер (Y-гексакоптер). При этом надобности в поворотном креплении мотора не будет, а все остальные плюсы рамы трикоптера (легкость, компактность, широкий угол между лучами) он сохранит. В теории такой вариант в сравнении с обычной версией должен поднимать меньший груз из-за меньшей эффективности нижнего мотора, но это вполне может быть скомпенсировано меньшим весом самой рамы, тут нужны ВЫЧИСЛЕНИЯ. Для окты ситуация схожая, с той лишь разницей, что похож он будет на квадрик.

    Начинаем разбор конкретики. Как же выбрать раму, например для квадрокоптера.

    Первое о чем стоит задуматься - размер. От размера будет уже зависеть все остальное. В качестве размера рамы квадро+ коптера указывается расстояние между осями моторов на диагональных лучах в мм. Если вы видите трехзначное число в названии рамы коптера, то 99% это именно этот размер. В контексте квадрокоптеров можно выделить два наиболее популярных варианта: 250мм и 450мм. 

    250 это гоночные, акробатические fpv  коптеры. На них не ставят gps, подвесы для камер и прочую ерунду. Только мозги класса Naze32, моторы пошустрее, камеру на виброразвязке и оборудование для передачи видеосигнала. Рамы предельно прочные и ремонтнопригодные, лучи даже зачастую крепятся на нейлоновые болты, чтобы при резком ударе ломался болт, а не рама. Убить такой коптер очень тяжело. Скорости запредельные, адреналин вырабатывается баррелями. Вот вам яркий пример того, что вы можете получить:

    В последнее время общий вид рам для этих целей пришел к единым формам и выбирать стало легко и приятно. Наиболее распространенной рамой (что совершенно заслуженно) в данном классе является ZMR-250 и ее аналоги.

    При стоимости в 25$ это очень классный вариант! Легкая благодаря углепластику, прочная, с отличной компоновкой. Я почти уломал брата собирать по весне на такой второй коптер. Маленькое лирическое отступление, забыл упомянуть про еще одно возможное отличие рам. Дело в том, что напрямую к батарейке подключается преобразователь для запитки мозгов и 4 мотора минимум. А это 10 штук проводов. Для упорядочивания этого балагана используются платы разводки питания. А бывает, что эти самы платы уже встроены в раму. Такие экземпляры идут с пометкой PDB и стоят чуть дороже. В плюсах - экономят провода и подводят к удобным местам питания. В минусах - сверлить отверстия для крепления оборудования в таких рамах стремно, расположены выводы питания будут так, как задумал инженер, а не так, как может быть было бы удобно вам.

    Вернемся к 450 рамам. Это коптеры более общего назначения. Они и поднимать могут побольше, и летают "посолиднее". Если речь о квадрокоптере, то зеркалку такой не потянет, но вот камеру класса GoPro с хорошим подвесом, который будет ровно держать горизонт в кадре, несмотря на наклоны коптера - это пожалуйста. 

    Дешевый и распространенный вариант носит имя F450. Китайцы их массово печатают на 3-d принтерах, так что любую часть можно купить отдельно и за копейки, или отпечатать самому.

   Вот вам еще и подвес на картинке. Из минусов - при полете вперед пропеллеры будут попадать в кадр. Чтобы этого не происходило придется городить колхоз с выносом камеры. Ну или не городить и присмотреться к аналогам. Особенно интересна рама со схемой DeadCat. В таких рамах разнос передних лучей сильно больше, чем задних. Это позволяет снизить вероятность попадания пропеллеров в кадр. Но за это придется расплачиваться проседаниями коптера в поворотах из-за несимметричной рамы, или некоторым гемором с настройкой контроллера для убирания этого эффекта.

    Лично я сделал еще один шаг вперед и приобрел себе раму S500. Являясь боле симметричной она обладает двумя сногсшибательными карбоновыми трубками, на которые можно повесить все что душе угодно, мне очень нравится. В том числе камеру на идущих в комплекте крюках, в том числе вынеся ее изрядно вперед и уравновесив сзади батарейкой, закрепленной на этих же трубках. Это странно, но 500 тут не диагональ, диагональ 480.

Пожалуй я бы еще отметил рамы Tarot. От квадро и выше. Они как правилос складные, прикольные и с грамотным устройством. Но диагональ большая, как и цена, для покупки такой надо иметь более серьезные причины, чем "не понравился цвет у f450".

    Из фишек для потенциального допиливания можно рассмотреть складные ноги, которые убираются/выдвигаются по команде с пульта. Снижает парусность, сохраняя возможность самостоятельной посадки. Некоторые предпочитают летать вообще без ног, а  в посадке ловить коптер руками, вариант для смелых.

    Думаю что все. Картинок много, информации мало. Но помочь определиться должно. Да и при просмотре каталогов хоть будете знать с чем можно сравнивать и что для чего использовать. Как и все остальное, выбор рамы во многом вкусовщина. Что разве гнуться она не должна, жесткость приветствуется. Ну и вес, разумеется. Карбон легче и прочнее пластика, если бюджет карбон позволяет - берите карбон. Остальное на ваше усмотрение, можете хоть из китайских палочек и термоклея мастерить.