Курс «Настройка и пилотирование БПЛА» · Раздел 1 · Статья 1.13

Винтомоторная группа

Изучи двигатели, регуляторы скорости, пропеллеры и их совместную работу.

Винтомоторная группа (ВМГ) – ключевая часть FPV-дрона, отвечающая за создание подъемной силы, маневренность и устойчивость в полете. Она включает в себя двигатели, пропеллеры, регуляторы скорости (ESC) и дополнительные компоненты для управления мощностью и скоростью вращения. Качество и сбалансированность ВМГ напрямую влияют на производительность дрона, его маневренность и надежность.

Двигатели

FPV-дроны обычно оснащаются бесколлекторными электродвигателями, отличающимися высокой мощностью, долговечностью и минимальным нагревом при интенсивной эксплуатации. У двигателей есть параметр KV, который показывает количество оборотов в минуту на вольт. Для гоночных FPV-дронов выбирают двигатели с высоким KV (например, 2300-2800 KV), обеспечивающие высокую скорость вращения и отличную маневренность. Для съемочных дронов предпочтительны двигатели с низким KV, которые обеспечивают стабильность и плавность.

Различают инраннеры (с внутренним ротором) и аутраннеры (с внешним). Вторые как правило используются для мультикоптеров ввиду большего крутящего момента и как следствие - отсутствия необходимости в понижающем редукторе.

Коллекторный электродвигатель - простейший по реализации электродвигатель, имеющий в своём составе ротор с обмотками, статор с постоянными магнитами, положительными с одной стороны и отрицательными - с другой, коллектор (две металлические пластины, подключённые к статору) и щётки, контактирующие с коллектором.

Регуляторы скорости (ESC)

ESC (Electronic Speed Controller) – это устройства, регулирующие мощность, подаваемую на двигатели, в зависимости от команд полетного контроллера. ESC обеспечивает плавное изменение скорости вращения пропеллеров, что необходимо для точного управления дроном.

Современные ESC поддерживают протоколы с высокой скоростью передачи данных (например, DShot), что повышает отзывчивость и уменьшает задержки в управлении. Они также включают защиту от перегрева и перегрузок, увеличивая надежность ВМГ. Существуют стеки, в которых регуляторы встроены в одну силовую плату

У регулятора есть пара важных характеристик:

Максимальное напряжение аккумулятора в зависимости от количества ячеек, например от 2S до 3S для одного двигателя и от 2S до 6S для другого. Если подключить аккумулятор с более высоким напряжением, двигатель может сгореть.
Максимальный ток, который способен выдержать регулятор.

ВИНТЫ

ВИНТЫ (ПРОПЕЛЛЕРЫ). Для мультикоптеров применяют винты, имеющие две и более лопасти, увеличивая диаметр воздушного винта, мы повышаем его статическую тягу, а увеличивая шаг - скорость потока, соответственно, повышая КПД винта на высокой скорости полёта, просто увеличить оба значения невозможно - в этом случае возрастёт нагрузка на двигатель и резко снизится эффективность ВМГ.

Конфигурация пропеллера это то, сколько лопастей у пропеллера. Самым эффективным будет однолопастной пропеллер, но его физически нельзя использовать из-за дисбаланса.

Определяющими параметрами являются диаметр и шаг винта. Шаг винта соответствует воображаемому расстоянию, который проходит винт в несжимаемой среде за один оборот. Размер пропеллеров зависит от размера рамы. Все пропеллеры начинаются с маркировки, например, 5045, это 5дюймовые пропеллеры с шагом 4,5. Размер допустимых пропеллеров должен быть указан в описании к раме.

Пропеллеры CW и CCW

Пропеллеры CW (Clockwise – по часовой стрелке) и CCW (Counter-Clockwise – против часовой стрелки) – это две основные категории лопастей, используемые в беспилотных летательных аппаратах, включая FPV-дроны. Различие между ними заключается в направлении вращения и аэродинамической форме, которая определяет, в какую сторону они создают подъемную силу. Эти типы пропеллеров используются парами для обеспечения стабильного и сбалансированного полета.

На FPV-дронах CW и CCW-пропеллеры устанавливаются в строгом порядке: по диагонали, чтобы парные пропеллеры с противоположным вращением создавали сбалансированную тягу. Обычно дроны имеют следующие конфигурации:

Один CW и один CCW-пропеллер на передней паре лучей.
Аналогично – один CW и один CCW-пропеллер на задней паре лучей.

Неправильная установка пропеллеров приводит к нестабильному полету и потере управляемости, поэтому при сборке дрона важно внимательно следить за направлением вращения каждого пропеллера.

CW и CCW-пропеллеры изготавливаются из одних и тех же материалов (поликарбоната, нейлона или углеволокна) и имеют идентичные характеристики, за исключением направления вращения. Форма лопастей пропеллеров может быть разной в зависимости от назначения дрона: для гонок используются пропеллеры с агрессивным профилем, а для съемки – более мягкие и плавные, уменьшающие вибрации.