Как выбрать раму FPV-дрона

Если вы хотите создать дрон FPV, то выбор правильной рамы имеет решающее значение как для производительности, так и для долговечности. В этом руководстве по рамам для дронов FPV мы обсудим различные типы доступных рам, факторы, которые следует учитывать при выборе рамы, и все остальное, что вам нужно знать, чтобы выбрать идеальную раму для дрона FPV, которая будет соответствовать вашим конкретным потребностям.

Что такое рама FPV-дрона?

Рама FPV-дрона является его основным элементом. Это “скелет”, к которому крепятся все остальные компоненты. Также он обеспечивает защиту всей электроники внутри дрона. Типичная рама FPV-дрона изготавливается из карбоновых пластин и металлических деталей:

4х лучей [Arms]
Верхняя и нижняя пластины [Top / Main plate]
Крепление для камеры [Camera mount]
Стойки для крышки площадки бортовой электроники [Standoffs]
Болты [Bolts]

Большинство рам имеют схожую форму и конструкцию, но выбранная вами рама может оказать заметное влияние на летные характеристики вашего FPV-дрона. Не только вес и аэродинамика, но также резонансная частота и жесткость могут влиять на то, насколько хорошо дрон может летать. Все, что не предназначено специально для гонок, часто считается фристайл рамой, которую вы можете использовать практически для всего, например, для фристайл полетов на бандо, для съемки кинематографических кадров на камеру GoPro или просто для развлечений в местном парке. Рамы для гонок предназначены для максимальной производительности за счет легкого веса и минимальной площади поверхности для уменьшения сопротивления. Это, как правило, затрудняет изготовление и ремонт гоночных рам. Они менее долговечны и обеспечивают меньшую защиту компонентов.

Вот рама для гонок:

В общем, если вы не участвуете в гонках, вы, вероятно, захотите выбрать фристайл-раму, которая будет намного прочнее и многофункциональнее.

Вот рама для фристайла:

Оптимальная рама для FPV-дрона

Не существует такой вещи, как «идеальная рама». Все сводится к требованиям и применению. Оптимальная рама для FPV-дронов должна быть прочной и практичной, но при этом максимально легкой. Если вам нужна большая защита, то раме потребуется больше материала и, следовательно, она станет тяжелее. Если вы хотите повысить уровень практичности, вы будете использовать больше аксессуаров, что увеличит вес. Если вы хотите уменьшить вес, вам придется пожертвовать как прочностью, так и функциями. Мы просто не можем иметь все и сразу, вы должны расставить приоритеты, что более важно для вас.

Материал

Карбоновое волокно [Carbon fibre] является самым популярным материалом для рам FPV-дронов из-за следующих своих преимуществ:

Низкая стоимость-делает его доступным для широкого круга пилотов, от начинающих до профессионалов.
Легкий вес-более легкий дрон означает большую скорость, лучшую маневренность, более длительное время полета и меньшую разрушительную инерцию во время аварии.
Прочность – может выдерживать высокие нагрузки и удары, с которыми сталкиваются дроны во время полетов и столкновений.
Жесткость-карбоновое волокно имеет высокое соотношение жесткости к весу. Жесткость рамы важна для настройки и летных характеристик.
Широкие возможности настройки-позволяет производителям изготавливать рамы различных форм, размеров и толщины в соответствии с конкретными потребностями пилотов и стилями полета.

Недостатки карбонового волокна: Карбоновое волокно является проводящим-если провода под напряжением касаются рамы, это может вызвать короткое замыкание и повреждение компонентов. Может блокировать / ослаблять радиочастоты-для оптимальной мощности сигнала, антенну следует устанавливать за пределами рамы. Использование различных металлических сплавов для болтов, гаек и фурнитуры может повлиять на вес и стоимость.

Сталь-самый дешевый и прочный вариант, но и самый тяжелый.

Алюминий — самый легкий, но и самый мягкий, склонный к изгибу во время аварий и легко разрушается при слишком большом вращательном моменте.

Титан-легкий и прочный, но дорогой.

Статья, в которой более подробно рассказывается о различных металлах, используемых для болтов.

Конструкция

Рама дрона состоит из двух основных частей: корпуса и лучей. Корпус содержит и защищает ваши электронные компоненты, такие как: контроллер полета, электронный контроллер скорости (4-in-1 ESC), FPV камеру и видеопередатчик (VTX). Обычно корпус состоит из нижней пластины, верхней пластины и нескольких креплений между ними, чтобы удерживать их вместе. Лучи предназначены для крепления двигателей. Форма и толщина играют огромную роль в прочности рамы, ведь во время столкновения лучи ломаются первыми.

Размеры рамы

Размер рамы квадрокоптера (или» полетной основы”, англ.: wheelbase) – это диагональное расстояние между отверстиями для двигателей, измеренное в миллиметрах. Он определяет размер пропеллера, который вы можете запустить на нем. Из-за этого, размер рамы часто относят к максимальному размеру пропеллера, который она может поддерживать. Например, когда говорят “пятидюймовая рама” -это означает, что она рассчитана на 5-дюймовые пропеллеры.

Как измерить размер рамы квадрокоптера

Поскольку двигатели устанавливаются на самом конце лучей, то чем дальше они находятся от центра вращения, тем большим будет момент инерции. Это создает сопротивление угловому ускорению и торможению, что делает ваш квадрокоптер более медленным и менее управляемым. Поэтому, лучше использовать самые большие пропеллеры, которые может выдержать рама, чтобы достичь максимальной производительности. Например: если вы установите 4-дюймовые пропеллеры на 5 — дюймовую раму-они не будут работать так же хорошо, как на 4-дюймовой раме.

Вот таблица, которая примерно показывает, какие максимальные размеры пропеллеров могут поддерживать различные размеры рамы мини-квадрокоптера:

Размер рамы	Размер пропеллера
280 мм +	7″
220-250 мм	6″
180-220мм	5″
150-180мм	4″
120-150мм	3″
90-120мм	2″

Конструкции рам

Типичная рама может состоят из различных частей: 4 балок, 2-3 верхних/нижних пластины, которые скрепляются стойками и болтами. Расположение лучей указывает на то, как они прикреплены к раме FPV-дрона . Может показаться, что некоторые схемы расположения пропеллеров похожи (ведь они все прямоугольные), но это влияет на управление и летные характеристики квадрокоптера. Существуют и другие причины, которые влияют на выбор той или иной модели расположения пропеллера.

H-рама

Н-рама [произносится как “Эйч-рама«] имеет передний и задний лучи, перпендикулярные средней пластине, образуя форму “Н” . Это делает возможной длинную и просторную секцию корпуса, куда удобно устанавливать электронику. Также такая рама очень проста для сборки. HD-камера и аккумулятор могут быть размещены на верхней пластине, что позволяет распределить вес квадрокоптера более равномерно. По этой причине он может казаться менее маневренным, чем Х-рамы, из-за большего момента инерции на ось тангажа. В последние годы большинство пилотов перешли на Х-образные рамы.

Обычные X-образные рамы (True-X)

Лучи обычной X-образной рамы пересекаются в центре, образуя форму буквы ” X ” [англ.: Икс], с одинаковым расстоянием между всеми пропеллерными отверстиями до центра рамы. Обычные Х-образные рамы, как правило, имеют более сбалансированные характеристики, поскольку дают возможность расположить пропеллеры равномерно друг от друга. Одни специалисты утверждают, что с точки зрения летных характеристик они почти неотличимы от H-образных, поскольку распределение массы одинаковое, в то время как другие специалисты считают, что есть разница в том, как нагрузка влияет на раму из-за того, как лучи соединяются с корпусом (подумайте о рычагах). Также есть различие в передаче вибрации к полетному контроллеру через другое расположение лучей.

Растянутые X-образные рамы (Streatch-X)

Эта рама похожа на обычную Х-образную раму, но лучи в ней растянуты дальше друг от друга, образуя таким образом прямоугольник, а не квадрат, как лучи обычной X-рамы. В дополнение к этому: основание луча (та его часть, которая крепится к площадке бортовой электроники) у растянутой X-рамы уже краев луча — то есть место крепления моторов. Идея состоит в том, чтобы уменьшить воздействие передних пропеллеров на задние, а также улучшить управляемость на высоких скоростях и в крутых поворотах.

Рама «Дэдкет “(Deadcat, англ: “мертвый кот”)

Геометрия рам типа “дедкет” – это асимметричное расположение пропеллеров, то есть они по другому расположены спереди и сзади. Такое расположение придумали для того, чтобы пропеллеры дрона не попадали в поле зрения камеры. Это делает “дедкет” привлекательным вариантом для кинематографических съемок. Однако из-за асимметричного расположения пропеллеров пилоты могут чувствовать, что выполнение повтора [yaw] несколько смешивается с движениями по наклону [roll]. Хотя микшер в вашем полетном контроллере может компенсировать это, результат может быть неидеальным. Влияние этой проблемы во многом зависит от вашего стиля и скорости полета. Для плавного кинематографического полета этот недостаток, как правило, несущественен. Однако для пилотов, которые предпочитают высокие скорости и агрессивные маневры в стиле фристайла (например, выполнение акробатических движений), это смешивание может быть более заметным и проблематичным. Еще одним недостатком рам типа “дедкет” является их уязвимость во время аварий. Из-за конкретной конструкции рамы более вероятно, что в случае аварии камера вашего дрона получит повреждение. Это важный фактор, который следует учитывать при принятии решения о том, подходит ли этот тип рамы для вашего дрона.

Квадратная рама (рамка коробки)

Квадратная рама-это замкнутая X-образная рама. По сути, она создает более прочную раму, которая с меньшей вероятностью может сломаться. Однако дополнительный материал создает большее сопротивление и вес. Это не лучший выбор для достижения максимальной производительности, но, безусловно, помогает улучшить прочность лучей.

Плюс-образная рама (Plus frame)

Вместо того, чтобы лететь вперед, как «X», представленная рама летит, как знак «+». Это может иметь некоторые преимущества в отношении турбулентности двигателя, поскольку боковые двигатели в этой раме всегда будут вращаться без помех. Недостатком является то, что передний двигатель и пропеллер могут легко попасть в поле зрения камеры. Это не очень распространенный тип рам, кроме того, что он выглядит уникально и привлекает внимание…

Монокорпусная (unibody) конструкция рамы

Некоторые рамы имеют все лучи и нижнюю пластину, вырезанные из одного куска карбонового волокна, поэтому их часто называют монокорпусной конструкцией [англ.: «unibody»]. Рама может быть спроектирована с отдельными переменными лучами, но для этого требуется дополнительное оборудование, такое как болты, гайки и дополнительная нижняя пластина.

Монокорпусные рамы намного легче и упрощают сборку рамы, но если вы сломаете одну балку, вам придется заменить всю нижнюю пластину и перенести все двигатели на другую раму, что требует большой работы. Для сравнения, в рамах с отдельными лучами вы можете просто заменить сломанный луч. Что касается жесткости, есть мнение, что рамы с переменными лучами жестче, чем цельные, потому что лучи обычно зажаты между двумя отдельными пластинами. Но, конечно же, жесткость лучей также зависит от ширины и толщины карбонового волокна.

Прочность рамы FPV-дрона

Качество карбонового волокна: дешевые рамы от неизвестных брендов, скорее всего, используют низкокачественное карбоновое волокно, и они, вероятно, не будут хорошо выдерживать удары при падении. К сожалению, нет простого способа определить это, просто взглянув на фотографию рамы. Лучшее, что вы можете сделать, это ознакомиться с отзывами и принять решение на основе цены и репутации бренда.

Толщина рамы: в целом, более толстый луч с меньшей вероятностью сломается, поскольку большее количество материала обеспечивает большую площадь для распределения нагрузки во время аварии.

Точки нагрузки: избегайте конструкции лучей с острыми углами, так как их намного легче сломать во время аварии, а изгибы и закругленные формы намного лучше с точки зрения прочности.

Направление швов: в карбоновом листе есть швы, и направление резки фактически влияет на прочность. Карбоновые пластины прочнее, если их разрезать вдоль швов, и слабее, если разрезать под углом 45 градусов к швам.

Толщина карбонового волокна

Более толстое карбоновое волокно обеспечивает лучшую прочность, жесткость и износостойкость, но оно также имеет больший вес. Прочность имеет наибольшее значение для лучей, поскольку они берут на себя основную нагрузку во время аварии. Именно поэтому, часто можно увидеть верхнюю, центральную и нижнюю пластины, вырезанные из более тонкого 3 мм или даже 2 мм карбонового волокна. В 5-дюймовых рамах обычно используются лучи толщиной 5 мм, но с развитием пропеллеров более распространенными стали лучи толщиной 6 мм, чтобы выдерживать большую силу ударов на скорости. Для 5-дюймовой рамы вам следует искать лучи толщиной не менее 5 мм, для рам меньшего размера (3-4 дюйма) вы можете уменьшить толщину до 4 мм или даже до 3 мм. Для 2-дюймовых рам достаточно 2,5 мм (или даже 2 мм). Любая рама тоньше 2-2, 5 мм будет слишком легко ломаться и, вероятно, будет слишком гибкой для обеспечения хороших характеристик при полете.

Опиливание кромок из карбонового волокна

Если карбоновое волокно в вашей раме не имеет скошенных краев, вы можете обработать эти острые и грубые края самостоятельно. Это имеет смысл не только для лучшего внешнего вида, но и по следующим практическим причинам:

Острые края могут перерезать провода и Липо-ленты, если они будут тереться о них;

Снятие фаски с краев, а затем нанесение циано-акрилового клея (CA) может предотвратить разрушение карбонового волокна при жестком столкновении.

Здесь демонстрируется, как подготовить каркас из карбонового волокна, подпилив края. Лучше всего делать это под проточной водой, чтобы избежать вдыхания карбоновой пыли, поскольку сверхмелкие частицы вредны для ваших легких.

Стили полета

Каждая рама предназначена для конкретного применения и стиля полета, которые обычно указываются в описании продукта. Стили полета бывают следующие:

Фристайл;
Гонка;
Длительные полеты;
Кинематографический.

При этом нет жесткого правила, какую раму вы должны использовать для какой цели. Вы можете устраивать гонки с фристайл-рамой, или же фристайл с гоночной рамой. Для начинающих рекомендуется рамы для фристайла, потому что они универсальны, их легче сконструировать благодаря вместительному корпусу, и они относительно устойчивы к столкновениям.

Монтаж батареи

Следует ли устанавливать LiPo батарею сверху или снизу рамы? Вот более подробная дискуссия о том, где лучше установить батарею сверху или снизу. Для фристайл конструкции я обычно устанавливаю батарею сверху по двум причинам: Центр масс находится ближе к уровню (или плоскости) пропеллеров, где генерируется вращательная сила. Это уменьшает момент инерции при вращении, а также, по моему опыту, улучшает управляемость квадрокоптера на поворотах. Многократные приземления на батарею могут повредить ее (столкновение — это другое дело, никогда не знаешь, какая сторона примет на себя удар). Для большинства гоночных рам выбирают нижнее расположение батареи из-за нехватки места сверху.

Эстетика

Здесь мало что можно сказать, кроме того, что мы считаем это важным фактором при создании FPV-дрона. Вы должны построить квадрокоптер, который вам нравится с эстетической точки зрения. Выберите свою любимую раму! Если вы увлечены одной из рам, все остальные факторы становятся менее значимыми.

Вес

Вес рамы зависит от того, как она сконструирована, сколько материала использовано и какое оборудование используется. Гоночные рамы размером 5 дюймов весят в среднем 60-90 г, в то время как рамы для фристайла часто весят 90-120 г. Помимо более короткого времени полета, больший вес означает, что при столкновении будет больший импульс. Более тяжелый квадрокоптер получает более сильный удар при той же скорости по сравнению с более легким. Обычно это более чем компенсируется продуманной конструкцией, но стоит отметить, что вес сам по себе не обеспечивает долговечность.

Крепление FPV-камеры

Существует два основных размера FPV-камер: микро и нано. Убедитесь, что рама поддерживает размер камеры, которую вы планируете использовать. Выясните, какой угол наклона камеры допускается в раме. Угол наклона камеры влияет на то, как быстро вы можете/хотите летать на своем квадрокоптере. Для фристайла достаточно популярен угол наклона 20-30 градусов, в то время как некоторые экстремалы наклоняют камеру назад на 60 градусов. Слишком маленький или слишком большой угол наклона может сильно повлиять на ваш опыт управления FPV-дроном, особенно если вы новичок. Идеальным вариантом может оказаться фристайл-рамка, которая позволяет легко регулировать угол наклона камеры в диапазоне от 0 до 45 градусов. Если вы только начинаете, вам следует начать с меньшего угла, например, от 5 до 10 градусов, и постепенно увеличивать его по мере продвижения.

Монтаж полетного контроллера

Убедитесь, что рама совместима с полетным контроллером и электронным контроллером оборотов, которые вы планируете использовать. Чаще всего полетный контроллер имеет размеры: 30,5 x 30,5 мм или 20×20 мм. Меньшие рамы (2 или 3 дюйма), даже поддерживают полетные контроллеры размером 25,5×25,5 мм или 16×16 мм.

Жесткость

Хорошо спроектированная рама должна быть прочной, устойчивой к столкновениям, но в то же время жесткой. Если во время полета происходит изгиб или деформация лучей, ваш квадрокоптер будет подвержен проблемам с вибрацией. Как следствие, квадрокоптер будет трудно настраивать, а на видео с FPV-дрона, а также на HD-кадрах полета может появиться «замыливание» изображения. Если ваш квадрокоптер страдает от вибрации, контроллер полета должен работать усерднее, чтобы стабилизировать коптер, а в крайних случаях вибрация может даже привести к перегреву двигателей.

Монтаж HD камеры

Если вы планируете летать с HD-камерой, такой как GO Pro или Insta360 GO2, убедитесь, что рама поддерживает ее. Возможно, вам придется потратить дополнительные средства, чтобы купить 3D-печатное крепление, или оно может быть в комплекте.

Запчасти

Отсутствие запчастей означает, что при поломке луча или верхней пластины придется покупать новую раму. Если рама, которую вы хотите купить, стоит дорого, но к ней нет запасных частей, возможно, вам стоит пересмотреть свое решение.

Защита двигателя

Дополнительный материал вокруг крепления двигателя потенциально может защитить ваши двигатели от повреждений во время аварии, но это увеличивает вес квадрокоптера.

Рекомендации по 5-дюймовым рамам: