Часть 4. Рама квадрокоптера

Стабильность полета, надежность и внешний вид очень сильно зависят от рамы квадрокоптера. Кончено, можно заказать готовую, но мы решили сделать свою и в этой части цикла мы расскажем какие могут возникнуть при этом трудности.
Забегая вперед скажем, что сейчас наш коптер выглядит вот так:

Такая конфигурация лучше всего показала себя в полевых испытаниях, но мы перепробовали много конструкций прежде чем прийти к ней.

Рама номер один

Самое простое, что может прийти в голову — скрутить две отрезка алюминиевого профиля в виде креста. Минимальный вес и быстрая сборка несомненные плюсы такого подхода и так в первой версии рамы мы и решили сделать. Чтобы сделать раму еще более функциональной мы сделали плату на которой распределили питание, которая одновременно удерживала середину крестовины. То есть к этой плате мы подвели питание с аккумулятора и развели его на регуляторы двигателей. Всю конструкцию мы окрасили в черный цвет.

Чуть позже мы немного переделали плату и добавили защиту для полетного контроллера. Также более тщательно продумали крепление для аккумулятора.

В таком виде квадрокоптер уже начал взлетать.
Однако мы не были полностью удовлетворены результатами. И на то было много причин.

• Оказалось, что для полетного контроллера DJI NAZA критически важно находиться в центре масс летательного аппарата. Поэтому пришлось установить полетный контроллер не туда, куда мы задумывали (с небольшим смещением вперед), а строго в центре
• Качество такой рамы сильно зависит от рук сборщика. Даже после огромных усилий двигатели находились не на одинаковых расстояниях
• Из-за отсутствия защиты винтов все наши «полетушки» заканчивались поломанными винтами
• Недостаточно качественно был закреплен аккумулятор
• Недостаточно хорошо была обеспечена фиксация крестовины в месте пересечения
• Плохо были продуманы ножки для приземления

Про ножки для приземления надо сказать отдельно. Первое время мы использовали просто длинные винты. Они, естественно, сильно гнулись и не давали никакой амортизации. Потом мы перешли на пластиковые хомуты для труб, которые до сих прекрасно служат. Однако, на строй раме они стояли плохо, так как их нельзя было закрепить по центру Т-образного профиля.
Полетав на коптере с такой рамой, мы решили разработать новую, в которой устранили все перечисленные недостатки.

Рама номер два

В рекламных конструкциях очень широко применяется дешевый, легкий, прочный и простой в обработке композитный материал в виде листа пластика с двух сторон покрытого алюминиевой фольгой и цветной пленкой. Для нашего коптера мы использовали черный лист толщиной 3мм с фольгой 0,3мм с каждой стороны. Резку такого материала можно легко заказать в любой компании, занимающейся рекламными конструкциями. Мы заказывали резку в фирме Ремэкс-Урал.
Первая рама была скорее пробной. Она получилось слишком массивной и слишком тяжелой:

Мы переделали ее даже не став собирать. Во второй версии рамы из алюминиевой панели мы уменьшили размеры, увеличили количество отверстий и добавили ребра жесткости. Надо сказать, что все что нужно для заказа — это подготовить файл с контурами реза в формате cdr. Есть два типа реза — насквозь или V-образно. V-образный рез предполагает прорезание пластика таким образом, что он потом легко гнется руками под угол 90 градусов. Все это вырезается на станке с ЧПУ фрезой диаметром 3мм. Миниамальный диаметр отверстия — 3,2мм. Вот такой у нас получился проект для реза:

Стоимость изготовления составила около 1200 рублей.
Эту раму мы усилили квадратным алюминиевым профилем 10х10мм, который закрепили заклепками.

Для повышения качества показаний акселерометров полетного контроллера имеет смысл его виброизоляция. Платформу для полетного контроллера мы выполнили в виде отдельной сборки, связанной с аккумулятором. Получилась массивная деталь виброизолированная от основной рамы. Аккумулятор пристегивает липучкой к нижней части этой сборки. Верхняя часть представляет собой плату-дистрибьютор питания. Позже мы добавили силиконовую прокладку, которую вырезали из подставки под горячее. Она не дает аккумулятору выскальзывать из крепления.

Особое внимание следует уделить стойкам на которые ваш летательный аппарат будет приземляться. Изначально мы использовали хомуты, которыми к стенам крепят канализационные трубы, но они поломались при первой же «жесткой» посадке:

Поэтому мы вставили в хомуты отрезки трубы и заклеили термоклеем.

Собранная рама квадрокптера с включенной подсветкой выглядит достаточно эффектно:

К достоинствам получившейся конструкции можно отнести ее прочность, точность расположения деталей, симметричность, отличную развесовку и наличие хорошей виброизоляции.
Но ее главный недостаток перечеркивает все! При весе 1550 грамм, с аккумулятором на 3000мА/час, этот коптер летал около трех минут!
Коптер с такой рамой выглядел великолепно, но летать на нем было почти невозможно и мы приняли решения о постройке третьей версии.

Рама номер три

Последняя рама также сделана на основе композитного материала.

Белыми линиями на чертеже показаны линии для реза насквозь. Синие линии прорезаются частично специальной V-образной фрезой так, что по этим линиям можно сделать гиб. В конце статьи будет ссылка на скачивание файла для реза.
Мы отказались от защитных колец, а плату-дистрибьютор питания заменили коробочкой для проводов в «брюшке» коптера. Точность расположения элементов коптера в такой раме определяется точностью ее фрезеровки, а прочность обеспечивается алюминиевым профилем. Заказ реза композитного материала обошелся нам в 500 рублей:

Профиль мы крепили заклепками 3,2х8мм. В центре на пересечении профилей в них ножовкой по металлу сделан паз. Каждый луч закреплен на три заклепки. Обратите внимание также на прямоугольный вырез в центре — он предназначен для установки полетного контроллера:

Все провода от регуляторов заведены внутрь квадрокоптера:

Для подключения питания мы использовали разъем аккумулятора с заранее припаянными проводами — по паре на каждый регулятор и одна пара на питание полетного контроллера и подсветки. Припаять маломощным паяльником пять проводов к одному контакту достаточно сложно, но нам удалось сделать это надежно:

Затем провода от разъема питания мы распаяли на регуляторы хода. Перед тем, как припаивать провода, нужно продернуть в ушки липкую ленту для фиксации полетного контроллера в будущем (на фото — желтая):

В получившуюся коробочку можно убрать все провода и прикрутить крышку-площадку для аккумулятора:

В итоге все провода аккуратно уложены:

Полетный контроллер с приемником притянуты лентой-липучкой:

Аккумулятор также закреплен липкой лентой, а для того, чтобы он не скользил добавлена фрикционная силиконовая прокладка, приклеенная на двусторонний скотч:

В качестве посадочных ножек мы использовали те же держатели сантехнических труб со светодиодной лентой. Они специально для защиты винтов стоят от центра дальше чем двигатели. Если ножки близко к центру, то при падении даже я углом 45 градусов винты будут ломаться. Винты нашего коптера останутся целыми даже после падения под углом 70-80 градусов.

Итоги

Коптер с последней рамой выглядит не так круто, как с защитными кольцами, но зато нам удалось спрятать все провода и получить минимальный вес. Развесовкаосей отличная, а точность расположения очень высокая.

Файлы для реза композитной панели в формате dwg вы можете скачать здесь.

UPD

В предложенной раме обнаружились уязвимые места. А именно перекрестие было слишком непрочным на изгиб. В связи с этим мы снова перебрали раму. Один из профилей теперь цельный, а второй прерывается и соединяется двутавром:

Раз уж пришлось переделать раму мы исправили немного чертежи для реза композитного материала. Сделали «пузико» коптера чуть толще и больше отверстий для проводов. Улучшенный чертеж можно скачать здесь.