Рамы для мини коптеров — характеристики, развитие и эволюция

basics-of-mini-quad-frames-tutorial-guide-fpv-racing-drone-quadcopter

В этом руководстве мы расскажем про основные характеристики рам для мини коптеров, про влияние рамы на полетные характеристики. Ведь при выборе рамы для гоночного FPV коптера нужно учесть очень много вещей.

Содержание

Рама для коптера, что это такое?

Рама для мини коптера — это конструкция, к которой крепятся все прочие комплектующие. Чтобы выбрать хорошую раму, нужно учесть довольно много параметров.

В первую очередь, дизайн рамы определяет где будут расположены компоненты коптера и насколько сложно будет собрать такой коптер.

Во-вторых, рамы очень сильно влияют на характеристики полета: распределение веса, сам по себе вес, жесткость, аэродинамика и т.д.

В-третьих, дизайн рамы и ее материал определяют на сколько хорошо она будет держать удар при аварии. Миникоптеры разрабатываются для FPV гонок, для быстрого полета, где краши неизбежны. Для обычного хиббиста с ограниченным бюджетом это особенно важно. И не важно, как хорошо летает и как круто выглядит ваш квадрик, если при каждом полете вы ломаете луч или верхнюю пластину, никакого удовольствия от полетов не получите.

Забавный факт, мы часто называем наши квадрики по тому как называется рама (типа, «сейчас покажу Blackout, который только что собрал»). Возможно это не самый главный фактор, но все же, кому-то это важно 🙂

Есть и другие критерии, которые нужно учесть, мы их рассмотрим ниже.

Материал рамы для мини коптера

Рама для миникоптера может быть сделана практически из любого материала, который только сможете вообразить: дерево, пластик из 3Д принтера, литой пластик, стекловолокно, алюминий или даже пластиковые водопроводные/канализационные трубы. Однако, самый популярный материал — карбон (полагаю, что 99% рам сделаны именно из карбона), все это благодаря относительно низкой стоимости и превосходным характеристикам:

  • Легкий — чем коптер легче, тем он быстрее, стабильнее, тем больше полетное время и слабее удар при крашах
  • Прочный — карбон хорошо известен своей прочностью и долговечностью
  • Жесткий — имеет высокое соотношение жесткости к весу конструкции. Жесткость рамы имеет прямое отношение к стабильности полета и высоким полетным характеристикам

Однако, у карбоновых рам есть и недостатки:

  • Карбон проводит электричество. Если провода коснуться рамы, может получиться короткое замыкание
  • Карбон блокирует (ослабляет) радио сигналы (например: 2,4 ГГц, 5,8 ГГц), так что приходится выносить антенны наружу

Дальше мы будем рассматривать только карбоновые рамы.

Конструкция рамы

Раму можно разделить на 2 основные части: тушка (фюзеляж) и лучи.

mini-quad-frame-top-bottom-plate-standoffs

Тушка нужна для размещения и защиты электроники: полетного контроллера, PDB, FPV камеры, видеопередатчика и т.д. Обычно тушка состоит из нижней пластины, верхней пластины и нескольких стоек между ними.

На лучах устанавливаются моторы, и, как правило (но не всегда) регуляторы. Лучи делаются долговечными и прочными, из карбона толщиной 3 или 4 мм.

Размер рамы

Размер рамы — расстояние между диагонально расположенными моторами, измеряется в миллиметрах.

demon-ghost-220-mini-quad-frame-motor-distance-diagonal

Размер рамы влияет на:

  • момент инерции
  • сопротивление воздуху
  • общий вес
  • максимальный размер винтов

Поскольку моторы крепятся на концах лучей, то чем дальше они от центра, тем больше момент инерции (сопротивляемость угловому ускорению). При прочих равных условиях, чем меньше рама, тем более вертким становится коптер.

Кроме того, чем больше рама, тем больше сопротивление воздуху при полете вперед. Ну и, очевидно, что с увеличением размера рамы ее вес тоже растет.

Размер рамы определяет максимальный размер винтов, т.е. мини коптеры можно классифицировать и по размеру используемых винтов. Например, можно сказать «рама 210 размера» или 5″ рама (если на нее можно поставить винты диаметром 5″).

size-6-5-4-3-inch-mini-quad-frame

Типичные размеры рам и винты:

Размер рамы, мм Диаметр винта
250 6″
210 5″
180 4″
150 3″
280+ 7″

Пожалуйста учтите, что табличка описывает типичные случае, но все зависит от дизайна рамы.

Совет: не зависимо от размеров рамы в миллиметрах, всегда уточняйте какого диаметра винты можно с ней использовать. Например, рама с 5″ винтами может быть как больше так и меньше 210 мм, а одни рамы 250 размера можно использовать с 5″ винтами, а другие с 6″. Еще раз: все зависит от дизайна.

Несмотря на то что вы можете поставить мелкие винты на большие рамы, этого следует избегать, из-за снижения эффективность ВМГ. Вы получите более верткий квадрик использовав самую маленькую раму под выбранный размер винтов. Например, мы не летаем на 5″ рамах с 4″ винтами, вместо этого мы берем раму под 4″ винты.

Форма рамы, конфигурация лучей

Форма рамы и конфигурация ее лучей определяется способом и формой присоединения лучей к раме. Это часть непрерывного процесса разработки новых рам для миникоптеров, новые конфигурации появляются в зависимости от потребностей пилотов. На сегодняшний день наиболее популярные конфигурации это:

  • H
  • X (крест)
  • гибридный X (гибридный крест)
  • растянутый X (растянутый крест)
  • квадрат (коробка, box)

В большинстве случаев моторы расположены примерно одинаково (в виде прямоугольника), но каждая из этих рам ведет себя по-своему. Всегда будут споры относительно достоинств и недостатков тех или иных конфигураций. Попробую объяснить разницу исходя из своего опыта.

types-style-h-x-hybrid-x-box-mini-quad-frame

Рамы в виде «H»

Первые миникоптеры были сделаны на рамах в виде буквы H. Казалось, что у них просто неограниченное пространство для различных компонентов, что делало сборку очень простой.

Лучи присоединяются к раме спереди и сзади, и вместе с фюзеляжем образуют букву «H». В этом случае тушка (фюзеляж) получается достаточно длинной и туда без проблем помещается вся электроника. HD камера и аккумулятор располагаются на верхней пластине, а вес коптера оказывается хорошо распределен в пространстве. Коптер на такой раме может быть менее вертким, чем при использовании Х-рамы, из-за большого момента инерции. Однако некоторым пилотам нравится такое поведение, получается более плавный фристайл полет.

Рамы в виде «X» (крест)

В Х-рамах лучи пересекаются в центре и получается буква «Х», при этом будет одинаковая длина и ширина рамы (моторы расположены по углам квадрата). Фюзеляж делается как можно более коротким, все электронные компоненты собираются в стек, и располагаются в самом центре рамы. Основной вес сосредоточен в центре. В результате момент инерции будет меньше и, следовательно, получится более верткий коптер, по сравнению с H-рамами, т.е. идеальный для FPV гонок.

Крестообразные рамы обычно легче, потому что на фюзеляж требуется меньше материала. Но из-за недостатка места сборка может быть более сложной. Все компоненты приходится размещать в центре в виде башни, включая HD камеру и аккумулятор. Иногда эти рамы называют «true-X» рамами, чтобы отличить от гибридных Х-рам.

Гибридные Х-рамы

У этих рам лучи как у крестовых, но фюзеляж от Н-рам. Иногда говорят, что в плане полетных характеристик нет отличий от H-рам (т.к. масса распределена одинаково). Но лично я думаю, что есть разница в том, как тяга (сила) прикладывается к раме и как вибрации от мотора/винта передаются в полетный контроллер (ведь направление распространения вибраций у рам разное).

Вытянутая Х-рама

Очень похожи на Х-рамы, но у них длина больше ширины. Цель улучшить летные характеристики и увеличить скорость полета за счет:

  1. удаление задних винтов от воздушных потоков передних винтов. Это позволяет коптеру летать быстрее, стабильнее и с меньшим углом наклона
  2. увеличивается стабильность по тангажу, но сохраняется верткость по крену. В гонке угол тангажа обычно не меняется не так часто

stretch-x-true-x-mini-quad-frame

Квадратные рамы

Квадратные рамы могут быть как Х, так и Н вида, с дополнительными внешними частями, которые соединяют точки установки моторов. Это увеличивает прочность рамы, т.е. лучи сломать сложнее. Но такое решение блокирует воздушный поток от винтов, увеличивает вес и сопротивление воздушному потоку. Не самый лучший выбор для быстрых коптеров, хотя подойдет если вы новичок и боитесь сломать раму.

Прочие конфигурации

Конечно есть и другие конфигурации рам, например deadcat (мертвый кот), V-tail и т.д. Но они не очень популярны, потому что требуется настройка микшеров моторов и такие коптеры сложнее настроить.

Unibody рамы (цельные рамы, несъемные лучи)

Раму можно сконструировать со съемными лучами, но в этом случае понадобится дополнительный крепеж: винты, гайки и дополнительная нижняя пластина. Все это мертвый груз!

unibody-separate-arms-mini-quad-frame

Всего этого можно избежать, использовав цельные рамы с несъемными лучами, т.е. лучи — это часть нижней пластины. Этот вариант не просто легче, но и дополнительно он упрощает процесс сборки. Однако, если вы сломаете луч, то придется заменять всю нижнюю пластину. Вынимать всю электронику, моторы — а это дополнительное время.

Современные рамы вобрали в себя все самое лучшее от обоих вариантов. Если вы рассматриваете фирменные, качественные рамы, то уже не так важно съемные лучи или нет.

Что касается жесткости, лично я считаю, что рамы с заменяемыми лучами получаются более жесткими. Жесткость рамы зависит от ширины лучей и нижней пластины, от размеров прорезей в них и от толщины карбона. Был отрицательный опыт эксплуатации цельной рамы толщиной 3мм. Рама была такая гибкая, что было очень сложно избавится от вибраций. Заменил ее на 4мм и все стало значительно лучше.

Толщина карбона

Чем толще карбон, тем выше жесткость и прочность рамы, но и вес выше. Рамы размером 150 мм и меньше часто сделаны из карбона толщиной 2 мм, более крупные рамы — 3 или 4 мм.

Однако, толщина очень важна для лучей, так что иногда нижнюю и верхнюю пластины делают более тонкими. Это нормально, потому что именно лучи принимают на себя всю силу удара при падениях. 4 мм лучи — можно сказать стандарт, хотя некоторые серьезные гонщики используют 3мм, чтобы снизить вес.

Кое-кто предпочитает 3мм лучи потому что снижается вес лучей и уменьшается момент инерции, что приводит к улучшению характеристик коптера.

arm-thickness-3mm-4mm-mini-quad-frame

Обрабатываем кромки карбоновых деталей

Если рама с острыми краями, то лучше обработать их надфилем:

  • обрабатываем надфилем и промазываем торцы суперклеем (цианокрилат), это поможет избежать расслаивания карбона
  • острые края могут повредить изоляцию проводов (помним, что карбон проводит электричество! может быть КЗ! прим. перев), стяжки и ремешок для крепления аккумулятора

Лучше всего обрабатывать карбон под водой, благодаря этому вы даже случайно не вдохнете карбоновую пыль.

Характеристики, на которые стоит обратить внимание

Жесткость — как уже не раз упоминалось, жесткость очень важна. Хорошо спроектированная рама должна быть прочной, хорошо держать удар при крашах и быть жесткой. Если в полете лучи гнуться или искривляются, то ваш квадрик будет склонен к вибрациям. Как результат — его сложно настроить, а на видео может появиться желе. Полетному контроллеру тоже придется не сладко, ему будет сложнее стабилизировать полет, как результат — моторы могут перегреться.

Вес — очень важный фактор, прямо влияет на характеристики коптера. Карбон, он и в Африке карбон. Разница в весе получается из-за различий в дизайне, количестве винтиков/гаек/стоек и т.д.

Долговечность — просто глядя на фотографии и характеристики очень сложно предсказать на сколько долго прослужит рама. Лучше всего ориентироваться на обзоры и тех, кто уже попробовал её. Также убедитесь, что все компоненты надежно прикрыты рамой, и ничего не торчит наружу.

Угол установки FPV камеры — все больше и больше людей ставят камеры под сумасшедшими углами типа 60° или даже больше. Дизайнеры некоторых рам рассчитывали, что пилоты будут летать медленно и конструкция рамы допускает установку камеры только под небольшим углом. Убедитесь что рама подходит под ваши требования.

Возможность установки HD камеры — если вы планируете летать с камерами типа GoPro или Runcam 3, убедитесь, что ее можно установить на выбранную раму! В некоторых случаях требуется печать (на 3Д принтере) дополнительного крепежа, а иногда крепеж идет в комплекте с рамой.

Запасные части и гарантия — если запасных частей нет, то придется покупать еще одну раму в случае поломки одной из пластин или одного луча. Важно иметь запасные части. Некоторые производители предлагают «вечную» гарантию, по которой можно поменять любые сломанные части вне зависимости от того как они сломались. Несмотря на то, что такие рамы стоят дороже, все равно их нужно иметь в виду.

Защита моторов — дополнительный материал около точек крепления моторов — теоретически может защитить моторы от повреждений при падениях. Недостаток — увеличенный вес.

Скругленные края карбоновых деталей — все больше и больше рам имеют скругленные кромки карбоновых деталей. Благодаря этому больше нет необходимости делать это самостоятельно.

Расположение аккумулятора

Где лучше разместить LiPo аккумулятор? сверху или снизу?

Это еще один спорный вопрос, и опять, я думаю, что правильный ответ: все зависит от личных пристрастий и дизайна рамы.

Скажем, если бы у меня был выбор, лично я бы предпочел установить аккумулятор сверху по 2 причинам:

  • центр масс ближе к плоскости винтов, а именно там и возникает подъемная сила. Это уменьшает момент инерции при вращении.
  • приземление на аккумулятор может повредить его (не будем обсуждать тут вопрос крашей, это отдельная тема, потому как неизвестно какой стороной упадет коптер)

В любом случае, в настоящее время очень часто аккумулятор располагают снизу, из-за ограниченного пространства в популярных X рамах.

Эволюция рам для мини коптеров

Мир мини квадрокоптеров развивается очень быстро, новые товары устаревают буквально через несколько месяцев. В этой главе я расскажу о нескольких интересных рамах с уникальными функциями, окунемся в историю разработок рам. Учтите, это не сравнение разных рам 🙂

Если вы считаете, что я должен указать еще какие-то рамы — пожалуйста пишите в комментариях!

Рамы Blackout были в самом начале появления мини коптеров, это было в 2014 году. Они были дорогими, и их было сложно купить (из-за их популярности). Довольно быстро появилась рама ZMR250, благодаря которой подобные рамы стали более доступны всем хоббистам по всему миру (многие считают ее клоном Backout). Большинство рам в то время были 250 размера и на них можно было установить 5″ или 6″ винты.

frame-revolution-1-1 frame-revolution-1-2

Рамы Lumenier QAV стали популярных благодаря Charpu (в итоге Lumenier стали его спонсорами). Потом были отлично выглядящие, но довольно тяжелые Atas Defiance 265 и Robocat.

frame-revolution-1-3 frame-revolution-1-4

Затем знаковой стала Alien от ImpulseRC, одна из первых гибридных Х-рам, она была одобрена многими топовыми пилотами того времени. Кроме того, в то время были популярны рамы серии F от Armattan.

frame-revolution-2-1 frame-revolution-2-2

Наиболее популярным размером винтов стал 5″, потому как многие считали этот размер отличным балансом между мощностью и верткостью. А мы видели появление все новых и новых «True-X» рам.

frame-revolution-2-3 frame-revolution-2-4

Позже появились и другие X-рамы, с другим дизайном, с другим крепежом камер, а 3D печать становилась все важнее и важнее для рам миникоптеров.

frame-revolution-3-2 frame-revolution-3-3

Для изготовления рам применялись различные материалы, например Ragg-E, которая была сделана из HDPE (плотный полиэтилен). В тоже время были и рамы, у которых старались снизить вес за счет более тонких лучей, например X-foot или QAV-ULX (англ).

frame-revolution-3-4 frame-revolution-4-1

В кое-каких рамах, появившихся во второй половине 2016 года, мы увидели, что вертикальные стойки заменены на карбоновые пластины. Отличный пример этому рамы Armattan Armadillo и DemonRC Fury.

frame-revolution-4-2 frame-revolution-4-3-1

В начале 2017 года появились рамы с металлическими (алюминиевыми) скобами. Новый дизайн — выглядят рамы просто отлично, и прочность высокая. Обе эти рамы: DQuad Obsession и Armattan Chameleon попали в наш рейтинг: 5 лучших рам в марте 2017 года.

frame-revolution-5-1 frame-revolution-5-2

Покупать ли клон, чтобы сэкономить деньги?

НЕТ! Старайтесь избегать клонов.

Проектирование и выпуск рамы занимает довольно долгое время, но ничего не стоит производителям клонов. Это имеет огромное значение при производстве рам для миникоптеров, по сути, рама — это кусок карбона, а входной уровень в эту индустрию очень низкий. Поэтому производители рам неизбежно страдают из-за копирования и клонирования. Клоны могут стоить в два раза дешевле оригиналов, потому что компании не вкладывались в исследования и разработку, и используют дешевые материалы.

Конечно, вы можете сэкономить денежку, купил низкокачественную копию, но это реально плохо для производителей клевых товаров. В долгосрочной перспективе это затронет всех хоббистов. Если можете, покупайте оригинальные комплектующие, поддерживайте инновации.

Заключение

Объективно оценить характеристики мотора или регуля довольно просто, но все значительно сложнее относительно рам. Приходится учитывать очень много характеристик, дизайн, внешний вид, функционал и т.д. Надеюсь эта статья помогла вам разобраться с основными характеристиками, и еще не раз поможет сделать правильный выбор при сборке очередного коптера!

Ищите рамы? Тогда читайте обзоры: https://blog.rcdetails.info/tag/rama/ и смотрите полный список комплектующих для миникоптеров.

Добавить комментарий

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

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.