Созданный ютубером «самый эффективный в мире» дрон летает без остановки 3,5 часа

На этой неделе беспилотный летательный аппарат, специально разработанный для продолжительных полетов, произвел фурор среди энтузиастов авиации, продемонстрировав способность находиться в воздухе свыше 3,5 часов без подзарядки.

Этот выдающийся полет, осуществленный инженером и экспертом по дронам Люком Максимо Беллом, наглядно демонстрирует, как продуманная конструкция и оптимизация энергопотребления могут существенно увеличить время нахождения дрона в воздухе.

Карьера Белла уже отмечена рекордами. В 2022 году он установил мировой рекорд скорости для своих квадрокоптеров Peregrine. Теперь же его фокус сместился со скорости на продолжительность полета.

Результатом стала машина, созданная с единственной целью: максимально долго оставаться в воздухе.

Белл подошел к этому проекту, поставив выносливость во главу угла. Каждое инженерное решение было подчинено этой цели. Вместо традиционных небольших и быстро вращающихся пропеллеров он выбрал 40-дюймовые пропеллеры из углеродного волокна от T-Motor. Эти пропеллеры G40 вращаются на низкооборотистых двигателях, что снижает потребление энергии.

Они были использованы в сочетании с антигравитационными двигателями MN105 V2 мощностью 90 кВ. Это были самые легкие двигатели, способные вращать пропеллеры такого размера, не добавляя излишний вес дрону. Такая конструкция позволяет дрону удерживаться в воздухе при меньших энергозатратах.

Энергию дрону поставляют полутвердотельные литий-полимерные аккумуляторы NMC от Tattu, обеспечивающие около 320 ватт-часов на килограмм. Это почти вдвое больше, чем у стандартных литий-полимерных элементов. Для дронов с длительной продолжительностью полета такая плотность энергии напрямую означает увеличение времени работы.

Белл также позаботился об уменьшении веса батарей. Он удалил по 180 граммов из каждого блока батареи и заменил тяжелые разъемы на более легкие. В общей сложности это позволило сэкономить 360 граммов, что сопоставимо с весом всей рамы дрона из углеродного волокна.

В режиме зависания дрон потребляет около 400 ватт. При плавном движении вперед, благодаря улучшенной аэродинамике, подъемная сила снижается, а потребление энергии падает примерно до 250 ватт. Эта эффективность стала ключевым фактором в увеличении общего времени полета дрона.

Длина плеч корпуса дрона также сыграла важную роль. Белл использовал гидродинамическое моделирование в программе AirShaper для тестирования различных конфигураций, остановившись на 800-миллиметровых плечах как оптимальном балансе между эффективностью и весом.

Слишком короткие плечи приводят к интерференции вихревых следов от пропеллеров, тогда как слишком длинные делают конструкцию тяжелее и менее эффективной. Выбранная длина минимизировала помехи, избегая излишнего усложнения конструкции.

Особое внимание было уделено в дроне и проводке. На каждый двигатель требовалось около 11 метров провода. Белл выбрал провод сечением 18 AWG, сбалансировав электрическое сопротивление и вес меди. Более толстый провод снижает потери, но увеличивает массу. Он оптимизировал систему для достижения общей энергоэффективности.

Конструкция рамы дрона включает трубы из углеродного волокна в сочетании с напечатанными на 3D-принтере компонентами: рычагами, креплениями и стойками шасси. Конструкция получилась легкой, но достаточно прочной для длительных полетов.

Чтобы сократить количество потенциальных точек отказа, Белл упростил электронику. Электронный регулятор скорости Holybro Nano Drive 4-в-1 управляет питанием. Полетный контроллер TBS Lucid H7 работает на прошивке INAV. Модуль GPS Matek обеспечивает данные о местоположении, а передатчик DJI O4 Air транслирует видео в реальном времени.

Ранее облегченные компоненты выходили из строя во время испытаний. Белл заменил их на проверенные детали для повышения надежности. Многочисленные стендовые испытания позволили измерить соотношение тяги к мощности при различных нагрузках. Белл обнаружил, что эффективность снижается с увеличением тяги, что помогло ему поддерживать меньший вес, сохраняя при этом достаточный запас тяги.

Первые полеты сопровождались вибрациями и поломками компонентов дрона. Каждая неудача способствовала совершенствованию конструкции. После доработки системы дрон смог совершать непрерывные полеты продолжительностью более 3 часов 30 минут, даже в ветреную погоду.

Уже через 2 часа и 14 минут дрон Белла превзошел рекорд модели Q12 компании SiFly по зависанию в воздухе, при этом у него оставался значительный запас заряда батареи. Полет вперед еще больше повысил эффективность. Дрон благополучно приземлился с напряжением батареи 2,95 вольт, что предотвратило его повреждение.

Показатели выносливости остаются неофициальными, но они явно превосходят известные на данный момент эталонные значения.

Источник: interestingengineering