Калькулятор квадрокоптера

Расчёт нужен при сборке и доработке квадрокоптера: подобрать аккумулятор, моторы и винты, проверить, хватит ли тяги после установки камеры или груза, сравнить аккумуляторы разной ёмкости.

Что подготовить:

• "Ёмкость аккумулятора" - с этикетки, в мА*ч;
• "Средний ток в полёте" - по телеметрии полётного контроллера или по таблице тяги мотора; для висения ориентир - ток при 50% тяги;
• "Максимальная тяга одного мотора с винтом" - из таблицы производителя мотора для вашего винта и напряжения, в граммах;
• "Взлётная масса с аккумулятором" - взвесьте собранный аппарат, в граммах;
• "Число моторов" - 4 для квадрокоптера, для гексакоптера 6.

Следите за единицами: ёмкость - в мА*ч, а не в А*ч (1,5 А*ч = 1500 мА*ч), тяга и масса - в граммах, а не в килограммах. "Допустимый разряд аккумулятора" по умолчанию 80%: разряжать литий-полимерный аккумулятор ниже 20% (3,5 В на банку под нагрузкой) не рекомендуется.

Типичные ошибки: подставить максимальный ток вместо среднего (время полёта окажется сильно заниженным) или, наоборот, ток висения для агрессивного полёта - при активном пилотировании ток растёт в разы. Тягу нужно брать для того винта, который стоит на аппарате.

Тяговооружённость 2:1 - минимум для уверенного полёта, для фристайла - 5:1-10:1. "Тяга на висении" показывает, на какую долю от максимальной работают моторы при зависании. Расчёт предназначен для подбора компонентов и не заменяет проект; работы с электрическими цепями под напряжением выполняет только специалист с допуском.

Время полёта оценивается по энергобалансу: доступный заряд аккумулятора делится на средний ток. Тяговооружённость - отношение суммарной тяги моторов к взлётной массе.

Время полёта = Ёмкость / 1000 * Разряд / 100 / Ток * 60
Тяговооружённость = Тяга одного мотора * Число моторов / Взлётная масса
Тяга на висении = Взлётная масса / (Тяга одного мотора * Число моторов) * 100

Ёмкость - в мА*ч (деление на 1000 переводит в А*ч), разряд - в %, ток - в амперах, умножение на 60 переводит часы в минуты. Тяга и масса - в граммах. Время полёта округляется до 0,1 мин, тяговооружённость - до 0,01, тяга на висении - до целого процента. На висении моторы работают на 1/ТВ от максимальной тяги.

Формулы времени полёта (ёмкость * разряд / ток) и тяговооружённости (тяга / масса) общеприняты при проектировании мультироторов (Цюань Цюань, "Введение в проектирование и управление мультикоптерами", гл. 3).

Упрощение: время считается по среднему току, без учёта просадки напряжения аккумулятора и температуры. При агрессивном полёте ток растёт в разы, и время полёта сокращается. Ток не может быть нулевым.

Пример: 1500 мА*ч, разряд 80%, ток 15 А, 4 мотора по 900 г тяги, масса 700 г.

Время полёта = 1,5 * 0,8 / 15 * 60 = 4,8 мин
Тяговооружённость = 900 * 4 / 700 примерно 5,14
Тяга на висении = 700 / 3600 * 100 примерно 19%