Рамы

1.

Рамы.
Виды, типы, проектировка.

2.

Что такое рама?
Рама это жесткий каркас дрона, в котором размещаются различные компоненты и двигатели.
Каждый дрон уникален, у каждого дрона есть свое предназначение, поэтому рама выбирается из-за
специфики использования, комплектующих, полезной нагрузки и других факторов

3.

Стандартная рама состоит из: верхней пластины (верхняя дэка), нижней пластины (нижняя дэка), лучей, и
стоек, которые закрепляют все в одно целое.
Раму можно поделить на 2 составляющих:
1) Часть состоящую из нижней и верхней пластины называются «Тушкой» или «Body»;
2) Лучи.

4.

Крепление камеры (боковые щечки\боковушки).
Необходимы для закрепления камеры. Обычно фиксируются двумя болтами что позволяет
менять угол камеры. Однако встречаются рамы без проставок, тогда необхидимо делать 3D
печать для фиксации камеры

5.

Дальше рамы делятся на 2 вида:
1) Цельная рама. Когда нижняя дэка соединена нераздельно с лучами.
Цельная рама рама не только легче, но и значительно упрощает и ускоряет сборку. Но, если
ломается луч, менять придется всю нижюю дэку, поэтому дешевле поменять один луч в
сборной раме, а не целиком менять пластину, да еще и переносить всю электронику.
2) С раздельными лучами. Когда каждый луч можно отсоединить от «Тушки».
Удобно менять лучи, в случае поломки. Обычно каждый луч крепится на 1 или несколько
дополнительных болтов и дополнительная дэка, поэтому рамы с раздельными лучами
проигрывают цельной раме в весе.

6.

Рама может быть спроектирована так, чтобы была возможность менять лучи, но это еще и
означает дополнительный вес — винты, болты, дополнительная донная пластина. Много
лишнего веса.

7.

Ну разделяют по типу рам и лучей
Форма рамы определяется тем, как лучи соединены с «Тушкой». Это не только влияет на
внешний вид, но и влияет на летные характеристики. На сегодня популярны такие формы
рам:
- H;
- X;
- Гибрид Х;
- Вытянутая Х;
- Квадрат (Коробка);
- Plus;
- Deadcat
На первый взгляд может показаться, что все рамы одинаковые, но на самом деле они все
разные. Насчет формы рамы и влияния на полет — вопрос спорный, сообщество пилотов
так и не определилось, как форма лучей влияет на летные характеристики. По-своему
опыту скажу, что форма хоть немного, но все же влияет на полет, с каждым типом рамы
дрон ведет себя в воздухе по-другому.

8.

9.

Размер рамы
Размер рамы определяется длиной по диагонали от одного двигателя к другому, считается
в миллиметрах. Размер рамы зависит и определяется выбранной ВМГ (винтомоторной
группы). Длина луча напрямую выбирается от длины пропеллера. Так же от рамы зависит
вес дрона и его полетные характеристики, такая как управляемость и парусность.

10.

Пропеллеры привязаны к размеру рамы. Например, рамы размером 210 мм называют «5ти дюймовой рамой», потому что самые большие пропеллеры, которые можно
использовать с этой рамой — это пропеллеры на 5 дюймов.
Двигатели на раму ставят на самом краю лучей, где располагают отверстия для крепления.
Чем дальше двигатели от центра, тем больше момент инерции. В остальном, чем меньше
рама, тем резвее себя ведет квадрокоптер, так как маленькую раму проще и быстрее
наклонять/поворачивать и так далее.

11.

Есть примерная таблица зависимости размеров пропеллеров и размеры рамы, с которой
их лучше использовать
90-120 мм
2
120-150 мм
3
150-180 мм
4
180-220 мм
5
220-250 мм
6
280 мм+
7
На дрон можно ставить меньшие по размеру пропеллеры, но лучше так не делать,
эффективность полета повышается, если использовать пропеллеры максимального
размера, которые можно поставить именно на эту раму.

12.

Материал рамы.
1) Дерево. Если в приоритете дешевизна конструкции, то дерево — это отличный вариант,
который значительно сократит время сборки и изготовления запасных частей. Древесина
достаточно тверда и является проверенным временем материалом. Важно чтобы при
изготовлении рамы использовалась идеально прямая древесина (без изгибов и
деформации)

13.

Пластик.
Нормальные, серьезные дроны никогда не делают из пластика, обычно из него
изготавливают игрушки. Но пластик используют в 3д печати для создания различных
удобных креплений, держалок, защиты и тд.

14.

Текстолит или стекловолокно.
Материал состоит слоистого пластика, который получают в процессе прессования ткани и
полимерных элементов.
Данный материал более дешевый, чем карбон, весит больше и подвержен изгибам,
поэтому для производства рамы необходима большая толщина, чем у того же карбона, что
бы добиться необходимой жесткости.

15.

PCB (Печатная плата – пластина из диэлектрика)
Аналог текстолита. В основном печатную плату используют на верхней или нижней
пластине, и в ней разводят электронику для уменьшения веса. Используются в учебных
дронах, либо в игрушках.

16.

Карбон (углепластик).
Углепластик — это композиционный многослойный материал, представляющий собой
полотно из углеродных волокон в оболочке из термореактивных полимерных или
эпоксидных смол.
На самом деле есть много разновидностей карбона, с различным плетением с
добавлением клевлара и разных по свойствам нитей и разным методам изготовления.
Карбон имеет много плюсов, но в дронах это основные 4: легкость, прочность и жесткость,
возможность делать сложные формы.
Так как карбон можно изготавливать методом формовки, можно получить различные
формы материала и сделать либо отдельные запчасти для дронов, такие как круглые лучи

17.

Либо отдельные части рамы, благодаря чему можно делать рамы любых форм

18.

Карбон дорогой материал и очень специфичен. Все рамы и запчасти для дрона либо
формуются на специальных станках. Либо нарезаются на станках ЧПУ с использованием
специальных фрез – твердосплавные или алмазные, с различной формой.
Ну и резать карбон нужно экономично. Поэтому перед напилом на одном листе
располагают детали так, что бы было максимально накопление.

19.

Толщина рамы.
Толщина деталей рамы может меняться в зависимости от детали. Обычно верхние и
нижние дэки стараются сделать как можно тоньше, а лучи наоборот – толще для придания
жесткости.
На самом деле толщина каждой детали рамы учитывается при проектировке, производятся
рассчеты материала и прочности. В среднем дэки имеют толщину до 3мм, а толщина лучей
до 10мм.

20.

Проектировка рамы
Для проектировки рамы, нужно учитывать и рассчитать большое количество нюансов,
которые зависят друг от друга:
- Назначение дрона;
- Полезную нагрузку и ее вес;
- Примерные комплектующие, которые будут установлены на дроне;
- Винтомоторную группу ВМГ (от этого зависит ширина и длина лучей и общий размер
рамы);
- Тип рамы (окта, гекса, квадро и тд);
- Материал;
- Общий вес;
- Аэродинамика;
- Развесовка комплектующих;
- Коэффициент нагрузки и тд и тп.

21.

На самом деле параметров очень много и все моменты никогда нельзя учесть с первого раза, тем
более если речь идет о сложных формах рамы с большим количеством комплектующих.
Поэтому в процессе создания всегда вносятся правки, апргредится чертёж, добавляются детали.
Есть несколько программ в которых можно начертить раму либо отдельные детали:
- AutoCAD;
- Компас-3D;
- nanoCAD;
- SolidWorks.
Данные программы имеют свои плюсы и минусы, но в большинстве случаев для разработки
используют программу SolidWorks, так как она имеет следующие возможности:
- Проведение расчётов на прочность и точный просчет гидро- и аэродинамики;
- Выполнение проектирования с принятием во внимание материала, используемого для создания
изделия;
- Визуализация и проведение просчета на возможный изгиб;

22.

Рассмотрим на примере начальный этап проектировки стандартной рамы гоночного дрона
в программе SolidWorks.
Сперва необходимо задать некоторые вводные:
1) Тип рамы – квадракоптер;
2) Монолитная нижняя пластина;
2) Размер пропеллеров 5 дюймов;
3) Размер рамы 210мм;
4) Материал – карбон;
5) Известны комплектующие.

23.

Разработка рамы начинается с основной, нижней пластины дрона.
Для начала проведем 1 линию по горизонтали и 1 по вертикали.
По горизонтали проводим более длинную, так как это будет длина дрона, по вертикали соответственно ширина.
Далее отчерчиваем круг радиусом 105мм, так как размер дрона будет 210мм.

24.

Далее задаем ширину рамы исходя из комплектующих, а именно ПК. Пк лучше располагать
в центре рамы, для более точной развесовки и работы программного обеспечения. Зная
размер ПК, можно в центре будущей рамы задать его размеры и сделать отверстия для
болтов, на которые будет установлен данный ПК.
Суть следующая. Пересечение ранее начерченных прямых линий будет центром рамы. От
центра задаются размеры Пк 30,5х30,5мм. Получаем квадрат с заданным размером. На
краях квадрата будут располагаться отверстия для установки ПК диаметром 1,5мм, так как
используются болты размера М3.

25.

Для защиты ПК необходимо сделать нижнюю дэку шириной больше, чем сам ПК. А длина
не должна выходить за установленный радиус.

26.

После примерных установленных размеров нижней дэки можно перейти к лучам.
Мы знаем, что длина луча напрямую зависит от размера пропеллеров, которые в нашем
случае составляют 5 дюймов. От центра рамы расчерчиваем прямую до края внешнего
круга и устанавливаем диаметр пропеллера

27.

Проводим ту же операцию для 2 луча на одной стороне рамы. И видим, что с таким углом
луча пропеллеры заходят на раму, чего допускать нельзя. Поэтому необходимо изменить
угол наклона лучей.

28.

Угол лучей должен быть таким, что бы не заходить за раму и что бы пропеллеры не
соприкасались друг с другом

29.

Затем добавляем оставшиеся 2 луча

30.

Затем отрисовывается основная часть луча. Задается ширина луча и длина. Длина немного
выходит за установленный размер, так как на конце луча будет установлен мотор.

31.

На концах лучей не оставляют квадратную форму. Форма конца лучей может быть разная,
по многим причинам. В данном случае будет простое закругление

32.

Далее отсекаются линии между лучами и дэкой и получается уже одна общая деталь.
Так же можно добавить отверстия для стоек по краям дэки. Количество отверстий может варьироваться в
зависимости от длины дэки и толщины материала

33.

Для облегчения веса опционально могут добавляться вырезы в дэке. Форма, количество
отверстий и их расположение выбирается так же в зависимости от разных факторов.

34.

По контуру нижней дэки чертится верхняя пластина, которая будет служить крышкой рамы.
Основным тут являются отверстия для крепления стоек. Остальные отверстия сделаны для
облегчения конструкции

35.

После создания черчежей верхней и нижней дэки, устанавливается материал рамы, в
данном случае используется карбон и толщина каждой из дэк. Толщина может выбираться
на основании предварительных расчётов прочности в Солиде, либо с помощью другой
программы Autodesk Inventor, либо на примере других рам похожих параметров, либо
опытным путем.

36.

Можно создать модели использующихся стоек с учетом нужного диаметра и высоты и
добавить в черчез, который уже будет выглядеть в виде 3д модельки.

37.

Ну и можно соединить обе дэки вместе для получения более полной картинки

38.

Ну и для полноты картинки можно добавить модели мотора и пропеллера для
полноценной визуализации

39.

Проектировка более сложных по конструкции рам происходит намного сложнее. Чем больше рама, тем
больше вес, чем больше вес, тем больше расходуется батарея. Поэтому подбирается оптимальная форма
рамы, максимально облегчается различными отверстиями так, что бы это не влияло на прочность
конструкции, с учетом установленных комплектующих и всех креплений