اجزای کوادروتور و مشخصات آن ها

برای ساخت کوادکوپتر انواع مختلفی از قطعات وجود دارد. در این مقاله از سایت کافه مکانیک حداقل و ابتدایی ترین اجزای کوادروتور را تشریح خواهیم کرد. این قطعات به اختصار شامل موارد زیر هستند.

• قاب کوادکوپتر (Frame) – شامل بازوهایی برای نگه داشتن موتورها و شاسی برای نگه داشتن کنترلر پرواز، باتری و سایر موارد روی کوادروتور است.
• موتورها (Motors) – 4 موتور برای بلند کردن کوادکوپتر ضروری است. انواع مختلفی از موتورهای کوادکوپتر در بازار موجود است.
• کنترل کننده الکترونیکی سرعت ESC (Electronic Speed ​​Controller)– ما به ESCهایی نیاز داریم که سیگنال های کنترلر را به ولتاژ مناسبی تبدیل کرده و برای کنترل سرعت به موتورها بفرستند.
• ملخ ها (Propellers)– یکی از مهم ترین قسمت های پهپاد شما ملخ ها هستند. این تیغه های چرخان بال های کاردستی شما هستند، همان بخشی که جریان هوا را ایجاد می کند که دستگاه شما را به هوا می برد.
• فلایت کنترلر یا کنترل کننده پرواز (Flight Controller) – وظیفه آن کنترل سرعت چرخش هر موتور در پاسخ به ورودی ها است. فرمانی که از خلبان برای حرکت کوادکوپتر به جلو به کنترلر پرواز داده می شود سرعت موتورها را تعیین می کند.
• فرستنده و گیرنده رادیویی (RC)– فرستنده رادیویی یک دستگاه الکترونیکی است که کوادکوپتر را به صورت دستی کنترل می کند.
• باتری (Battery)– باتری کوادکوپتر منبع انرژی است که تمام سیستم های پهپاد را به حرکت در می آورد و به آن امکان پرواز می دهد.
• لوازم جانبی – انواع کابل های جامپر و کانکتورها

در ادامه اجزای کوادروتور را به صورت جداگانه مورد بررسی قرار داده و کاربرد هر قسمت را بیان می کنیم.

قاب کوادروتور (Frame)

قاب های از مواد مختلفی مانند پلاستیک، الیاف شیشه و فیبر کربن ساخته می شوند. نوع فریم انتخابی بستگی به کاربرد کوادکوپتر دارد.

هنگام انتخاب بهترین قاب، اولین چیزی که به ذهن شما می رسد باید مواد باشد. مواد نقش مهمی در تعیین پایداری و عملکرد کارآمد پهپاد دارند. توجه داشته باشید که لرزش در پهپادها عامل مزاحمی است و اگر به خوبی مدیریت نشود، می تواند منجر به تصاویر هوایی با کیفیت پایین و آسیب احتمالی به قطعات الکترونیکی شود.

اکثر قاب ها از الیاف کربن به علت وزن سبک آن ها ساخته می شوند. با این حال، نقطه ضعف فیبرهای کربن تداخل سیگنال های رادیویی است. با این وجود این ماده خوبی برای قاب کوادروتور است. برای حل این مشکل، باید مطمئن شد که رادیو و آنتن به خوبی متصل هستند.

از دیگر مواد پرکاربرد می توان به آلومینیوم و فایبرگلاس اشاره کرد. از سوی دیگر، آلومینیوم فلز سنگین تری برای استفاده در قاب ها است و برای پرواز به موتورهای قدرتمندتری نیاز است. اگرچه آلومینیوم قوی تر و مستحکم تر است، اما مشکل لرزش در این قاب ها وجود دارد.

موتورها

موتورهای براشلس جزء مهم بعدی اجزای کوادروتور هستند. موتورها باید به اندازه کافی قدرتمند باشند که امکان پرواز را فراهم کنند. سرعت موتورها بر حسب KV تعیین می شود. پارامتر KV نشان دهنده ی سرعت چرخش موتور بر حسب RPM تقسیم بر ولتاژ ورودی بر حسب V است.

به عنوان مثال، اگر ولتاژ باتری 10 ولت باشد، موتورهای درجه بندی 2200KV می توانند با سرعت 22000rpm بچرخند. به غیر از نیروی تراست، جنبه دیگر عملکرد موتور این است که چه مقدار جریان از باتری می کشد. مشخصات موتورها برای حداکثر آمپر مصرفی آنها باید مورد بررسی قرار گیرند و باید مطمئن شد که ESC ها در برابر این آمپر مقاوم هستند.

کنترل کننده الکترونیکی سرعت ESC (Electronic Speed ​​Controller)

ESC یک مدار الکترونیکی است که برای تغییر سرعت و جهت موتور براشلس استفاده می شود. یک ESC نیروی باتری DC را به AC سه فاز برای حرکت موتورهای براشلس تبدیل می کند. ESC رابط بین موتورها و کنترلر پرواز است.

برای انتخاب ESC، باید دقت کرد که درجه جریان آن بالاتر از آمپر کشیده شده توسط همه موتورها و سایر اجزا باشد. به طور معمول یک ESC دارای 5 ورودی است اما امروزه یک ESC دارای 4 ترمینال ورودی است که در آن 2 ترمینال ورودی برای سیگنال های زمین و PWM هستند که از کنترلر پرواز می آیند و 2 ورودی دیگر برای تغذیه ورودی باتری هستند.

ESC ها همچنین دارای یک مدار حذف کننده باتری (BEC) هستند که برق را بدون نیاز به چندین باتری به مدارهای دیگر می رساند. کنترل‌کننده‌های سرعت الکترونیکی برق سه فاز AC با قدرت بالا و فرکانس بالا را به موتورها می‌دهند تا آن ها را به پرواز درآورند.

ملخ یا پروانه (Propellers)

ملخ ها به عنوان بال پرواز عمل می کنند. هوا را به سمت پایین می کشند و پهپاد را به پرواز در می آورند. تقریباً در هر اندازه، انواع مختلفی از ملخ ها موجود است. ملخ ها تا حد زیادی روی سرعت پرواز کوادکوپترها، بار آن و سرعتی که می توانند با آن مانور دهند، تأثیر می گذارند. با توجه به این ویژگی ها، می توان طول و گام پروانه ها را تعیین کرد.

ملخ‌های سایز بلندتر در دورهای پایین‌تر نیروی بزرگتری را ایجاد می‌کنند، اما افزایش و کاهش سرعت آن به زمان نیاز دارد. ملخ های سایز کوتاه تر به خیلی سریع، سرعت کوادکوپتر را تغییر می دهند و قابلیت مانور بهتری را ایجاد می کنند. در مقایسه با ملخ های بلندتر، برای چرخش به انرژی/جریان بیشتری نیاز دارند. این موضوع باعث ایجاد فشار اضافی بر روی موتورها می شود که ممکن است منجر به طول عمر کوتاه تر موتورها شود. برای کوادروتور 2 جفت ملخ به کار می رود، که این جفت ها از لحاظ راستگرد یا چپگرد بودن با هم متفاوت هستند تا اثر گشتاورهای یکدیگر حول محور دوران را خنثی کنند.

کنترلر پرواز یا فلایت کنترل (Flight Controller)

فلایت کنترل مغز کوادکوپتر است و در واقع یک برد کامپیوتری کوچک با سنسورهای مختلف است که حرکت پهپاد را درک می کند. فلایت کنترل دارای حسگرهایی مانند ژیروسکوپ، شتاب سنج، فشارسنج و مغناطیس سنج است. با توجه به سیگنالی که از فرستنده/گیرنده می آید، موتورها را کنترل می کند. کنترلرهای پرواز با نرم افزار کامپیوتری پیکربندی می شوند. از نرم افزارهای کامپیوتری مانند Cleanflight، Betaflight، Mission Planner و غیره برای پیکربندی فلایت کنترل استفاده می شود.

انتخاب کنترلر پرواز از بسیاری جهات فقط یک انتخاب شخصی است. با توجه به نیازهای کوادکوپتر خود، می توانید فلایت کنترلرهای مقرون به صرفه و قابل اعتماد را انتخاب کنید که با اکثر اجزای کوادروتور به راحتی کار می کنند.

فرستنده و گیرنده رادیویی

فرستنده ی رادیویی یک دستگاه الکترونیکی است که از سیگنال های رادیویی برای انتقال دستورات به صورت بی سیم و از طریق یک فرکانس رادیویی تنظیم شده به گیرنده رادیویی استفاده می کند که به فلایت کنترل کوادکوپتر که از راه دور کنترل می شود متصل است.

فرستنده ها و گیرنده های رادیویی اطلاعات مفیدی را از طریق جو یا فضا منتقل می کنند. فرستنده سیگنالی را با فرکانس مشخص به گیرنده می فرستد. فرستنده دارای یک منبع تغذیه است که توان لازم برای کنترل و انتقال سیگنال را فراهم می کند.

گیرنده و فرستنده های رادیویی یک راه حل ساده برای کنترل از راه دور هستند که برای کنترل ارتفاع، سرعت و جهت گیری پهپاد می توان از آن ها استفاده کرد.

باتری

در نهایت برای پرواز کوادکوپتر به باتری لیتیوم پلیمری (LIPO) نیاز است. مدت زمان پرواز کوادکوپتر به ظرفیت باتری بستگی دارد.

به طور کلی، باتری‌های LIPO با ظرفیت آن در ماه، تعداد سلول‌های سری (مانند 3S، 4S) و درجه C (30C/40C) رتبه‌بندی می‌شوند. باتری سنگین‌ترین جزء پهپاد است و استفاده از باتری با اندازه بزرگتر به این معنی نیست که مدت زمان پرواز طولانی تر می شود. بنابراین باید باتری را با توجه به اندازه، ظرفیت، درجه C، ولتاژ آن و غیره انتخاب کرد.

قطعات جانبی

برخی اجزای کوادروتور جز لوازم جانبی کوچکی هستند که کوادکوپتر را پایدارتر و کامل تر می کند مانند کانکتور اتصال باتری به PDB پهپاد. اکثر باتری های LIPO 3S و 4S از کانکتور XT60 استفاده می کنند. برای اتصال گیرنده RC به فلایت کنترلر به کابل سروو نیاز دارد. همچنین، به بست های نیاز است تا همه چیز به درستی در مکان های مناسب خود بسته شوند. همچنین استفاده از چک کننده ولتاژ LIPO برای دانستن سطح ولتاژ باتری مهم است.

جمع بندی اجزای کوادروتور

در این مقاله مهترین اجزای کوادروتور را بررسی کردیم که برای ساخت هر کوادروتور و مالتی روتور ضروری است اما لوازم و قطعات دیگری نیز هستند که بسته به کاربر پرنده می توان از آن ها استفاه کرد. دوربین ها، سرووموتور برای چرخش دوربین، انواع سنسورهای فاصله و تشخیص اشیا، ماژول های GPS، آنتن ها و فرستنده های تصاویر و فیلم دوربین و قطعات دیگر از جمله اجزایی هستند که می توانند با توجه به کاربرد کوادروتور مورد استفاده قرار گیرند. در شکل زیر، یک فلایت کنترل Pixhawk و نحوه ی سیم کشی و اتصالات آن به موتورها و سایر قطعات الکترونیکی و الکتریکی نمایش داده شده است.