Podstawy mechaniki

Silniki W konstrukcji multicopterów wykorzystywane są elektryczne silniki bezszczotkowe zasilane przez prąd trójfazowy . Zewnętrzna, neodymowa część silnika to outrunner, a inrunner to część wewnętrzna z piastą. Pracy silnika nie może towarzyszyć temperatura powyżej 70°C, ponieważ przegrzanie może spowodować rozmagnesowanie magnesów i zakończenie pracy. Polecamy doskonałe narzędzie dla modelarzy - na stronie www.ecalc.com można bezpłatnie przeliczać parametry silników, ciężaru sprzętu czy parametry baterii, a niezależnie od konstrukcji i producenta jest to zawsze skończone równanie. Można tu łatwo dobierać podzespoły zgodnie z indywidualnymi oczekiwaniami, ale jest to też idealny sposób na weryfikację faktycznej specyfikacji drona z jego reklamowanymi osiągami. Silniki możemy zaklasyfikować jako szczotkowe lub bezszczotkowe.

Parametry silników mogą być opisywane poprzez:
V - maksymalne napięcie
Rpm - maksymalna liczba obrotów na minutę
KV - liczba obrotów na minutę uzyskana z jednego wolta
A - maksymalne natężenie prądu
W - maksymalna moc  

Kontroler lotu

To najbardziej zaawansowany podzespół multicoptera wyposażony w mnóstwo czujników, w tym żyroskop, akcelerometr, magnetometr czy barometr. Dzięki odpowiednim algorytmom zaprogramowanym w mikrokontrolerze, kontroler steruje równowagą wielowirnikowca za pomocą odpowiednio dobranego obrotu zespołu silników. To właśnie jakość wykonania sterownika oraz użytych czujników odpowiada za niezawodność całego zestawu, a także możliwość integracji odpowiednio złożonego oprogramowania, oferującego potrzebne funkcjonalności.  

Oprogramowanie

Oprogramowanie kontrolerów lotu można podzielić na 2 typy - otwarte i zamknięte. Oprogramowanie otwarte pisane jest zazwyczaj przez grupy pasjonatów modelarstwa i możliwe jest jego darmowe użytkowanie. Takie oprogramowanie pasuje zazwyczaj do kilku kontrolerów, zaś programowanie i konfigurację kontrolera pozostawia się końcowemu użytkownikowi. Przykładem takiego oprogramowania są np. Multiwii, Arducopter czy Open Pilot. Oprogramowanie zamknięte to najczęściej program napisany pod jeden kontroler, głównie do zastosowań komercyjnych. Często w takim oprogramowaniu nie ma możliwości zaawansowanej konfiguracji, a kod źródłowy nie jest dostępny, jednak zaletą jest tu brak konieczności programowania kontrolera - zazwyczaj sterownik jest już zaprogramowany fabrycznie. Niezależnie od typów oprogramowania, sterowniki lotu posiadają od kilku do kilkunastu trybów lotu, obsługę GPS, funkcję automatycznego powrotu do miejsca startu w przypadku braku zasięgu, umożliwiają sterowanie gimbalem, loty autonomiczne, telemetrię itd.  

Aparatury

Aparatura sterująca (nazywana też apką, transmiterem, radiem czy nadajnikiem) to urządzenie, które nadaje sygnał z poleceniem pilota do maszyny latającej, a kierunek lotu jest dalej kontrolowany poprzez odbiornik i kontroler lotu. Zakres oferty aparatur jest tak szeroki jak oferta bezzałogowych statków latających. Wspólnym mianownikiem jest częstotliwość nadawania, głównie 2,4 gHz oraz liczba kanałów komunikacji z dronem (kanałem określa się możliwość wysyłania jednego polecenia, np. wzleć/opadnij, nagrywaj/zatrzymaj nagrywanie). Minimalna liczba kanałów do pilotowania drona to 6:

• Wzleć/opadnij,
• Obrót,
• Lot w prawo/lewo,
• Lot do przodu/do tyłu,
• Uzbrojenie/rozbrojenie silników.

  Przykładowe wykorzystanie dodatkowych kanałów to:

• Tryb lotu GPS,
• Autostart,
• Autolądowanie,
• Powrót do domu,
• Podniesienie nóg,
• Nagrywanie start/stop,
• Fail safe,
• Tryb orientacji.

W przypadku większości aparatur można wykorzystywać jedno urządzenie do kilku dronów dzięki opcji zapamiętywania konfiguracji dla poszczególnych modeli. Niezwykle przydatną opcją jest możliwość podłączenia kabla trener/uczeń, co pozwala na naukę pilotażu w asyście, a więc możliwość przejęcia sterów w sytuacji niebezpiecznej. Funkcja ta dostępna jest w dobrej jakości aparaturach. W przypadku wyposażenia aparatury w odbiornik FPV istnieje też możliwość dołączenia monitora z podglądem nagrywanego filmu. Współczesne aparatury sterujące często mają wbudowane zaawansowane funkcje telemetrii oraz zintegrowane wyświetlacze OSD, a możliwość podłączenia smartfonów czy tabletów stała się standardem. Wykorzystywana w aparaturze telemetria, czyli technologia przesyłania danych pomiarowych na dużą odległość, stosuję się także w multikopterach do pomiarów napięć, obciążenia, wysokości, danych z czujników, a w niektórych kontrolerach ma też miejsce bezprzewodowe wgrywanie parametrów misji autonomicznej.  

Baterie

Akumulator Li-Po (zwany również lipolem czy pakietem) to litowo-polimerowy rodzaj akumulatora z wypełnieniem stałymi polimerami (w zabezpieczeniu przed wyciekiem). Pakiety stosowane do zasilania wierowirnikowców charakteryzuje bardzo duża pojemność i wydajność prądowa. Składają się one z cel o napięciu znamionowym 3,7V/cela. Maksymalne napięcie celi (w pełni naładowany pakiet) to 4.2V, a maksymalne dopuszczalne rozładowanie celi to 3.3V. Ładowanie oraz rozładowanie powyżej lub poniżej powyższych parametrów skutkuje uszkodzeniem akumulatora lub jego zapłonem. Pakiet 3S oznacza akumulator o 3 ogniwach (celach). Napięcie znamionowe takiego pakietu to 3S x 3.7V = 11.1V, napięcie maksymalne to 3 x 4.2V = 12.6V, a minimalne dopuszczalne napięcie to 3 x 3.3V = 9.9V. Wśród parametrów pakietu znajdują się również pojemność mAh (np. 5000mAh), dopuszczalne obciążenie C (np. 20C, 30C) oraz dopuszczalne ładowanie C (1C, 2C). Pakiet o pojemności 4000mAh i maksymalnym prądzie obciążenia 30C posiada wydajność prądową: 4Ah (4000mAh) x 30C = 120A (amper) Pakiet o pojemności 4000mAh i maksymalnym prądzie ładowania 1C ładujemy z maksymalnym natężeniem prądu: 4000mAh (4ah) x 1C = 4A (ampery) Przy doborze akumulatora do wielowirnikowca, bierze się pod uwagę jego wydajność prądową (zawsze musi być większa o minimum 20% od maksymalnego poboru prądu wielowirnikowca) oraz liczbę cel (liczba cel nie może być większa niż zalecana przez producenta silników i regulatorów ESC).

Jak to wygląda w praktyce?

Przykładowo posiadamy hexacopter z sześcioma silnikami z obsługą do 4S i max 20A, a więc:

6 x 20A = 120A (maksymalny pobór prądu wielowirnikowca)

Pakiet nr 1: 3000mAh 4S 20C (liczymy maksymalną wydajność prądu: 60A) - za mało
Pakiet nr 2: 5000mAh 3S 30C (liczymy maksymalną wydajność prądu: 150A) - prawidłowo
Pakiet nr 3: 4000mah 4S 30C (liczymy maksymalną wydajność prądu: 120A) - za mało

Oznaczenia:
3s - pakiet z trzema ogniwami
1C - maksymalny prąd rozładowania/ładowania
6000mAh - pojemność akumulatora
11.1V - napięcie znamionowe
Li-Po- akumulator litowo-polimerowy