Проектирование и 3D печать рамы (корпуса) гоночного дрона

Дроны, SolidWorks и 3D печать

Последние пару лет я был очарован гоночными дронами от первого лица. Опыт для меня похож на опыт вне тела — вы можете летать вокруг себя! Я бы не стал отдавать должное хобби гоночных дронов, пытаясь описать, что это такое. Поэтому я настоятельно рекомендую вам посетить Лигу гонщиков Drone на YouTube, чтобы увидеть эти впечатляющие полеты.

Я хотел сделать свой собственный гоночный дрон. Имея набор навыков SOLIDWORKS и ресурсы 3D-печати Stratasys для разработки и печати моей собственной рамы беспилотников, это было не сложно. Я решил, что пришло время. Я хотел начать с малого, но я не хотел идти на компромисс в области акробатических способностей.

Рама должна была быть очень легкой, чтобы максимизировать отношение тяги к весу дрона. Компоненты, которые я выбрал (контроллер полета, щеточные моторы 73000 об / мин, видеопередатчик, аккумулятор и т. Д.), В сумме весят 21,4 грамма. Сама печатная рамка весит 2,3 грамма. Суммирование до 24,7 грамм! Чтобы поместить это в перспективу, это весит приблизительно столько же, сколько 3 стандартных пакета кетчупа или приблизительно треть содержания сахара в бутылке газированной воды на 20 унций.

Я использовал SOLIDWORKS Simulation, чтобы найти точки на раме, которые легко сломались бы при ударе. Усиление точек повышенного напряжения помогло продлить срок службы рамы. В конце концов, чем дольше он справляется с моими навыками пилотирования, тем дольше я могу оставаться в воздухе, совершенствуя эти навыки.

3D печать дронаТеперь, когда мой маленький проект по гоночным дронам завершен, пришло время перейти к более мощному и быстрому дрону. Я буду развивать свой фрейм и вести блог об этом. Это будет довольно модернизированным для меня. Оставайтесь в курсе!

Какое-то время я разрабатывал раму дронов, которая должна быть напечатана в 3D, и которая сможет справиться со злоупотреблениями, связанными с гонками дронов от первого лица (FPV). Он должен быть достаточно жестким, чтобы не разбиться на куски, если я столкнусь с препятствиями на беговой дорожке или «воротами». Он должен быть достаточно сильным, чтобы не сломаться от больших перегрузок при высоком ускорении или крутых поворотах. Он должен быть достаточно легким, чтобы максимизировать маневренность и производительность. Достаточно жесткий, чтобы минимизировать механический шум, достаточно тонкий, чтобы минимизировать сопротивление, достаточно простой, чтобы большинство из них могли печатать в 3D, достаточно крутой, чтобы заинтересовать людей в хобби, достаточно недорогой, достаточно эффективный, достаточно быстрый… (вздыхает)… Вы понимаете, мы все хотим, чтобы наш собственный любимый проект был ЛУЧШИМ!

Инжиниринг и дизайн

Я сосредоточился на применении моей инженерной мысли в дизайне рамы дронов. Следовательно, я прошел 5 итераций кадра сейчас. Я думаю, что нашел то, что искал — или так я сказал последние 4 итерации. Используя SOLIDWORKS Simulation, я пришел, чтобы найти область, которая была бы склонна к разрушению при небольшом ударе для каждой руки. Затем я решил включить «приподнятый периметр» вдоль рук, чтобы руки были больше в виде бокового двутавра (см. Изображение ниже). Концентрации напряжений сжатия теперь сосредоточены вдоль этих приподнятых периметров, с которыми может справиться 3D-напечатанный поликарбонат ( Stratasys PC-10 ). Я рад, что я передумал и продолжал исправлять проблемы с дизайном, пока дрон был еще в SOLIDWORKS. Гораздо лучше найти проблему дизайна практически, чем на трассе.

Применение SOLIDWORKS Simulation

Вдохновленный изменениями, которые я смог внести после обнаружения их с помощью SOLIDWORKS Simulation, я решил продолжить поиск проблем проектирования. В частности, я хотел узнать больше о поведении рамы дронов при динамической загрузке. Ненужные вибрации, также называемые механическим шумом, — это действительно плохая вещь для квадрокоптера, который зависит от работы датчиков.

Вы можете помнить из детских мультфильмов, персонаж поет очень громко и ударяет по определенной ноте, которая разбивает стекло вокруг певца … Эти ноты — резонансные частоты стекла. Для моего дрона певец — это моторы — они обеспечивают вибрации. Рамка — это стекло из примера мультфильма. Хотя рамка не будет разбиваться при вибрации двигателя, она будет вибрировать сильнее на этих резонансных частотах. Мне нужно знать, где они находятся в диапазоне минимальных и максимальных оборотов двигателя. Затем программно я могу ослабить или «понизить громкость» проблемных резонансных частот во встроенном программном обеспечении платы контроллера полета, чтобы датчики функционировали хорошо.

Проведение частотного исследования

Я снова использовал SOLIDWORKS Simulation для исследования частоты. Я нашел две резонансные частоты в диапазоне оборотов двигателя. Один на 314,89 Гц и другой на 390,37 Гц. Теперь немного математики (не волнуйтесь, это легко). Я избавлю вас от легкой математики, но это 18893,4 об / мин и 23422,2 об / мин соответственно. Эти значения находятся в пределах максимальных оборотов двигателя, которые я выбрал, которые могут развивать скорость до 30000 об / мин при полном газе. Я сейчас обновлю прошивку, чтобы ослабить эти частоты.

Далее я сосредоточусь на том, чтобы напечатать этот дрон 3D на наших 3D-принтерах Stratasys. Я уверен, что многое узнаю о поведении рамки при различных настройках принтера. Оставайтесь в курсе!3D печатный дрон

 

Back to Top