MULTICOPTER.RU
http://multicopter.ru/forum/

Интересная идея по материалу для строительства рамы
http://multicopter.ru/forum/viewtopic.php?f=2&t=147
Страница 1 из 2

Автор:  Andrey-multicopter [ 30 янв 2010, 12:40 ]
Заголовок сообщения:  Интересная идея по материалу для строительства рамы

Представляю интересную идею по материалу для рамы мультикоптера, представленную Василием Шатихиным (Ezik) - представляю его сообщение:

"Есть идея постройки рамы октокоптера. Стрелками указано направление вращения двигателей.

Вложение:
Схема ОКТО.jpg
Схема ОКТО.jpg [ 36.48 KiB | Просмотров: 6028 ]


Можно представить как два наложенных под углом 45 градусов квадрокоптера. Четыре двигателя установлены пропеллерами вниз, и четыре пропеллерами вверх. Все балки двигателей находятся в одной плоскости. Если пропеллеры перекрываются на, примерно, 20 процентов, то потеря тяги будет не столь велика как при коаксиальном расположении двигателей. Рама получается меньше, а следовательно легче.

Балку двигателя можно изготовить не из алюминия, а склеить из, например, трех слоев: фольгированного стеклотекстолита, микропористой резины http://www.iskoj.kirov.ru/prod2/2.htm, фольгированного стеклотекстолита.

Вложение:
Схема материала.jpg
Схема материала.jpg [ 38.58 KiB | Просмотров: 6028 ]


На текстолите можно прорезать дорожки для питания двигателей, монтажа контролеров и т.д. Задача резины - поглощать вибрацию. Дополнительная жесткость обеспечивается вставками из твердого материала в местах резьбовых соединений".

Хотя Василий пока не присоединился к нам в постройке своего мультикоптера, но его идеи мне кажутся вполне интересными.

Автор:  aleKopter [ 16 фев 2010, 03:49 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

немного из воспоминаний из курса сопромата :)

из соображений жесткости балка должна работать в первую очередь на кручение, а у потом на изгиб.

недостаточнач крутильная жесткость балок и приводит к вибрации.

(при 700 оборотах как возбуждающая сила работает дисбаланс ротораплюсвинта, резонансные частоты 700 и 1400 герц -- оборот и пол оборота винта. эти частоты мы и слышим в видеофайлах как звук коптера. соответсвенно есть еще биения -- суммы и разности частот вращения. -- спектр можно посмотреть программой звукового редактора AdobeAudition 2.0 или похожей. применяя меры, изменяющие жесткость рамы, можно следить за изменениями по звуковому спектру. правильное ужесточеникокнструкции должно приводить к уменьшению низкочастотных составляющих. )

трубчатые балки значительно жестче на кручение, чем квадратного сечения, при равном весе они более жесткие, т.е. смещается резонансная частока вверх, а более высокая частота собственных крутильных колебаний балки должна быть значительно выше частоты оборов двигателей -- меньше вероятность резонансов.

применение тросика на рамее квадрокоптера -- это одновременное ужесточение каждой балки и на кручение и на изгиб в горизонтальной плоскости (на жесткость в вертикальной плоскости тросик не влияет, поскольку не ограничивает перемещени в вертикальной плоскости).

есть простая методика определения приблизительной резонансной частоты с помощью слесарных тисков и тюнера для настройки гитары.
частота колебаний зажатой в тисках балки с мотором на ней (но не работающим!) просто индицируется на тюнере. можно давать разные начальные изгибы и отпуская балку, смотреть на частоту основного тона на тюнере. кривых спектральных вы не получите, но можете прилизительно определить частоту первой грамоники колебаний.

Автор:  Andrey-multicopter [ 16 фев 2010, 08:30 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

Спасибо за интересную идею по проверке жесткости и вибронагруженности балок. Еще один способ проверки изложен здесь -http://multicopter.ru/forum/viewtopic.php?f=3&t=37 Он использует данные с имеющихся на нашей основной плате гироскопов.
Для постройки качественного мультикоптера, конечно, нужно уделять большое внимание балансировке пропеллеров, использовать двигатели только с хорошими подшипниками, ставить основную плату и подвес камеры на демпферы - все это позволит избежать вибраций, которые мешают работе гироскопов и качественной съемке.
Я еще заметил, что коаксиальная схема - менее вибронагруженная, чем классическая. Вот, например, видео с борта коаксиального гексакоптера, пропеллеры которого я не балансировал и двигатели особо пристально не проверял, но подвес камеры был демпфирован двумя резинками - обратите внимание, что вибраций на видео не видно -
http://multicopter.ru/forum/viewtopic.php?f=4&t=162
По поводу материала для балок - я уже не первый раз слышу, что из сопромата, круглая трубка должна иметь большую жесткость, чем квадратная. Но, почему-то на практике получалось так, что круглая алюминиевая балка диаметром 16 мм была менее жесткая, чем квадратная труба 10х10?

Автор:  aleKopter [ 16 фев 2010, 18:35 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

Цитата:
По поводу материала для балок - я уже не первый раз слышу, что из сопромата, круглая трубка должна иметь большую жесткость, чем квадратная. Но, почему-то на практике получалось так, что круглая алюминиевая балка диаметром 16 мм была менее жесткая, чем квадратная труба 10х10?


менее жесткая на языке сопросмата -- значит при одной и той же нагрузке давала бОльшее перемещение.
например при действии нагрузки в 1 кг конец трубчатой балки прогнулся на 0,3 мм, а конец квадратной прогнулся под той же нагрузкой на 0,2 мм.

у вас было что-то похожее, или вы говорите о прочности? т.е. способности нестинагрузку без разрушения (хотяи с деформацией?)

в некоторых случаях труба 16 мм может иметь такую деформацию, что возникает потеря устойчивости тонкой стенки и труба разрушается с характерным деформированием стенки (будет прогибаться или выпячиваться -- зависит от материала и его модуля упругости); и для таких случаев квадратная труба может иметь бОльшую несушую способность -- даже прогувшись и деформировавшись, продолжать нести нагрузку.; в авиации расчеты на прочность производят так, чтобы напряжения в материале для общей и местонй потери устойчивости были равны -- тогда при достижении критических нагрузок конструкция будет равнонапряженной -- т.е. юкудет воспринимать энергию деформации всем своим объемом. в полоспроектированных и изготвленных конструкциях обычно возникают места , где энергия деформации концентрируется (отверстия, дыры, элементы крепления, точки приложения сосредоточенной силы) -- ивот разрушение обычно начинаетсся именнов этих концентраторах; причем общая энергия деформации во всей конструкции весьма далека от максимально возможной при хорошем проектировании.

так что для ответа нужны схемы нагружения, чертеж конструкции, и сведения о материале. -- часто разрушение и деформации начинаются в месте заделки или перехода к другому элементу конструкции.

Автор:  Andrey-multicopter [ 16 фев 2010, 20:57 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

В нашем случае, чаще всего мы задумываемся не о разрушающем воздействиии (и сопротивлении ему), так как при падении аппарата весом около 2,5 кг. ( с камерой) даже с не очень большой высоты мы получаем кинетическую энергию, которая способна разрушить практически любую легкую конструкцию, из тех материалов, из которых мы строим коптеры. Как говорят, земля все равно крепче.
Поэтому важнее как раз не стойкость к разрушающему воздействию (хотя она тоже важна, так как никому не нужен аппарат, который будет ломаться при каждой жесткой посадке), а стойкость к вибрациям, простота монтажа, дешевизна, легкость и доступность материала.
Для поверхностного анализа могу сообщить такие данные - как правило, балка двигателя имеет длину около 25 см. от оси смонтированного двигателя до места крепления, вес одного двигателя - около 65 гр., при коаксиальной схеме - двигателей два.
Как правило, используют квадратную алюминиевую трубу 10х10 мм или круглую трубу диаметром 16 мм. Вопрос - не являются ли такие балки избыточными (недостаточными)? Какие были бы достаточными?

Автор:  aleKopter [ 17 фев 2010, 01:30 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

прежде, чем углубляться в расчеты консольных балок постоянного сечения (так в сопромате называется те 23...25 см квадратной или круглой трубы, от двигателя до крепления с центральной платой м-коптера),

замечу:
труба постоянного сечения избыточна по весу, если считать только напряжения изгиба от действия тяги при ускоренном подъеме аппарата
(для к-коптера это 1/4 массы аппарата*ускорение ),
поскольку самым слабым сечением является сечение в заделке, ослабленное отверстием под крепежный элемент...

на тех фотах этого форума, где показано крепление балок к объединяющей площадке, видно, что винты проходят сквозь верхнюю пластину, трубу и нижнюю пластину.

представьте, что вы зажали в тиски сию трубу ровно в том месте, где дырка под винт, и пытаетесь нагрузить её тягой двигателя...

опыт и интуиция подсказывают, что сломается там, где дырка :))

поэтому, применив конструктивное изменение, можно уменьшить сечение алюминиевой балки, сохранив несущую способность.
либо заменить материал балки на более легкий, и увеличить несущую способность.

бамбуковый неповрежденный стебель диаметром те-же 16 мм будет гораздо прочнее алюминиевой трубы.

только его не нужно сверлить. проверенный авиамодельный способ -- бандаж из ниток и водостойкий клей -- гораздо более надежное крепление.

и сами балки крестовой схемы коптера можно (и нужно!) делать не из 4-х, а из двух деталей -- двух цельных диагональных балок.

при этом можно либо изогнуть балки со стрелкой прогиба на полдиаметра, либо допустить что плоскости вращения двух пропеллеров будут различаться по высоте.

для такой конструкции нужна одна центральная пластина.
одна балка будет сверху над пластиной, а другая балка снизу -- под ней.

через пары отверстий в углах пластины будут проходить жгуты бандажей.

прежде, чем рассказывать дальше, прошу посмотреть на матералы по ссылке -- это ссылка на любопытные творения скульптора Снельсона -- систему из балок и гибких связей между ними.
в таких конструкциях вообще нет изгибных нагрузок -- только нагрузки растяжения и сжатия.
(там английский текст, правда, но это ведь преодолимо :)) )

http://www.kennethsnelson.net/icons/struc.htm

Автор:  Andrey-multicopter [ 17 фев 2010, 09:19 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

Да, действительно интересно. Это идея о том, как построить грин-коптер из бамбуковых палок без сверления - кстати, то же самое подходит и к карбоновым палкам - их тоже сверлить нельзя - они трескаются.
Но если с крепежом бамбуковых балок в центре к одной пластине понятно, и пластина позволит установить горизонтально платы основного оборудования (хотя прийдется использовать высокие пластиковые стойки, чтобы платы были выше проходящей сверху балки), то с крепежом двигателей на концах бамбуковых балок прийдется повозиться - двигатели ставятся на плоскую площадку, а сама площадка к балке - на подмотке с клеем.
Нужно еще решить вопросы посадочных опор, крепежа батареи и т.п.
Но мне очень нравится эта идея. Я, наверное, построю такой коптер. :)

Автор:  aleKopter [ 17 фев 2010, 13:48 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

если идея поддерживается, приступаем к строительству!

и кстати, углепластик нужно сверлить алмазным сверлом на высоких оборотах.
поскольку это камень -- уголь-то -- хоть и в волокнах. твердость кромки микроалмаза позволяет разрушить элемент волокна, так чтобы то волокно не успело изогнуться в относительно податливом связующем.

но вообще с волокнистыми материалами нужно работать по другому, не так, как с изотропными металлами.

волокнистые материалы позволяют делать конструкции с узлами типа "каменный топор" -- или "прибинтованная палка".

два элемента соединяются бинтом из препрега (предварительно смоченного смолой, но еще не отвержденного композита)
затем это отверждается.
в такой конструкции удаётся избежать концентрации напряжений, характерных для болтовых или винтовых элементов крепления.

волокно в жгутах и узкая тканая лента из углеродного волокна продаются
/*Лента углеродная конструкционная Лу-П 0,2-А, например*/

но это хайтек ;)) дорого и неэкологично.
льняная пеньковая веревка (жгут) для м-коптера -- проще и легче :)

Автор:  kroenen [ 17 фев 2010, 15:02 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

а как насчет разборности такой конструкции и замене отдельных узлов?
а вообще если чесно совсем непонятно для чего так извращаться, можно просто взять нормальный крепеж для круглых или квадратных балок от тех же вертолетов, 450 - 500 го класса и никаких напряжений не будет на балках, и конструкция получается надежная и в случае крашей разборная...

Автор:  aleKopter [ 17 фев 2010, 15:14 ]
Заголовок сообщения:  Re: Интересная идея по материалу для строительства рамы

про стандартные крепежные для вертов -- это чистая правда!
мешок с запчастями -- это всегда правильно!

но одно другому не мешает :))

в случае краша -- бамбуковая рама остается целой -- даже если все остальное в хлам разбивается. -- она так уж устроена :))

поэтому нужно думать не о раме, а об защите оборудования управления. двигатели-то в случе краша скорее всего в большинстве своем останутся живы.

Страница 1 из 2 Часовой пояс: UTC + 3 часа
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
http://www.phpbb.com/