Nueik į bet kurį FPV forumą ir paklausk, kokią rėmo medžiagą pirkti. Per dešimt atsakymų kažkas pasakys: „tiesiog rinkis anglies pluoštą, visa kita – pinigų švaistymas“. Jie neklysta, bet retai paaiškina, kodėl. Po trejų metų rėmų gamybos ir ardymo galiu pasakyti: anglies pluoštas užsitarnauja savo reputaciją taip, kaip specifikacijų lapuose nėra.
Štai kas iš tikrųjų svarbu renkantis anglies pluošto drono rėmą – penki dalykai, kurie skiria gerus rėmus nuo nuviliančių, ir kompromisai, kurių niekas nemini produktų sąrašuose.
#1 Svorio taupymas, kuris iš tikrųjų pakeičia skrydžio elgseną
7 colių „Mark4“ rėmas iš 3K anglies pluošto su 5 mm svirtimis sveria apie 200 gramų. Tokia pati geometrija iš 6061 aliuminio: 300–320 gramų. Tas 100 gramų skirtumas skamba nedidelis, kol nepaskaičiuosite – ant 1.2 kg sveriančio keturračio 100 gramų sutaupymas reiškia 8 % ilgesnį skrydžio laiką arba galimybę nešiotis didesnę bateriją be jokių nuostolių.
Tačiau tikroji pergalė yra ne bendras svoris. Svoris yra svarbiausias dalykas. Anglies pluošto savitasis standumas (tempimo modulis, padalytas iš tankio) yra maždaug 3 kartus didesnis nei aliuminio. Kitaip tariant, svirties standumas yra toks pat, tačiau svoris trečdaliu mažesnis. Taigi, konstruktoriai gali pagaminti svirtis storesnes (5 mm vietoj 3 mm aliuminio) ir VIS TIEK gauti lengvesnes. Šis papildomas storis pakeičia rėmo elgesį turbulencijos metu – mažesnis lankstumas reiškia mažiau virpesių, kuriuos skrydžio valdiklis turi ištaisyti.
Viena pastaba, kurią specifikacijų lapai nutyli: ne visi anglies pluošto rėmai sveria vienodai. Etiketėje „3K anglies pluoštas“ nenurodytas klojimo grafikas. Pigūs rėmai naudoja mažiau sluoksnių ir sveria 180–200 gramų siaurindami svirtis, o ne optimizuodami laminatą. Geri rėmai – tie, kurie atlaiko lenktynių sezonus – naudoja 8–10 sluoksnių 200 g/m² 3K ruoželinio audinio kvazizotropiniame klojime (0°/90°/+45°/-45°) ir sąžiningai sveria apie 200 gramų, nemažinant pločio. Paklauskite pardavėjo apie sluoksnių skaičių ir orientaciją. Jei jie negali atsakyti, svorio skaičius neturi reikšmės.
#2 Išgyvenimas po avarijos: anglies pluoštas nelinksta, o lūžta – ir tai dar geriau
Tai glumina naujokus. „Palaukit, ar NORITE, kad jis sulūžtų?“ Taip – beveik. Štai kodėl.
Smūgio metu aliuminio svirtys linksta. Sulenkta svirtis vis tiek atrodo pritvirtinta, todėl pažeidimo galite nepastebėti. Tačiau tas 3° lenkimas pakeičia variklio traukos kampą, su kuriuo nuolat kovoja PID kilpa, todėl eikvojama baterija ir perkaista variklis. Anglies pluoštas plastiškai nesilanksto. Jis arba atlaiko smūgį sveikas, arba lūžta švariai ties įtempimo svirtimi.
Dar svarbiau, kad anglies pluošto gedimo pobūdis yra nuspėjamas. 5 mm anglies pluošto svirtis, atliekant statinį lenkimo bandymą (ASTM D790, trijų taškų lenkimas) paprastai lūžta esant 350–450 N jėgai. Kai jis nutrūksta, sluoksnis po sluoksnio jis atsisluoksniuoja iki galutinio tempiamojo trūkio – prieš katastrofišką gedimą epoksidinėje dervoje pamatysite baltų įtempimo žymių. Lenktynininkai išmoksta pastebėti „įtrūkimus“ (tas baltas linijas) priešskrydinių patikrinimų metu ir sukeičia svirtis prieš pakilimą.
Praktinė gedimų hierarchija iš testavimo:
- Vartų spaustukas važiuojant 60 km/h greičiu: anglies pluoštas atlaiko paviršiaus įbrėžimus. Aliuminio įlenkimai.
- Smūgis į betoną iš 15 metrų atstumo: anglies pluošto svirtis lūžta ties šaknimi (keičiama). Aliumininė svirtis sulinksta 8–10° (keičiama, bet ne sulinkęs variklio velenas po to paties smūgio).
- Vanduo, nusileidęs upelyje: anglies pluoštas – išdžiovinkite, skriskite. Aliuminis – patikrinkite, ar nėra paslėptų lenkimų, tikriausiai viskas gerai, bet galite abejoti.
#3 Vibracijos slopinimas, kuris išsaugo jūsų filmuotą medžiagą
Kiekvienas keturračio variklis sukuria vibraciją propelerio praėjimo dažniu – paprastai 150–250 Hz 5 colių propeleriams esant pastoviam apsukų skaičiui. Ši vibracija per svirtį pasiekia rėmo centrą, kur yra skrydžio valdiklio giroskopas ir HD kamera.
Aliuminis efektyviai perduoda vibraciją – jo vidinis slopinimo koeficientas yra apie 0.001–0.002. Anglies pluošto epoksidinės dervos – 0.01–0.02, maždaug vienu dydžio eilės didesnis. Praktiškai tai reiškia: anglies pluošto rėmo plokštės veikia kaip natūralūs vibracijos absorberiai, paversdamos aukšto dažnio variklio zvimbimą mažos amplitudės rėmo vibracija, kurią iš tikrųjų gali izoliuoti minkšto tvirtinimo žiedai.
Skirtumas matomas juodosios dėžės žurnaluose. FPV pilotai, naudojantys tuos pačius variklius ir sraigtus ant aliuminio rėmo, palyginti su anglies pluošto rėmu, giroskopo pėdsakuose su anglies pluoštu pastebi maždaug 30–40 % mažiau aukšto dažnio triukšmo. Tai tiesiogiai reiškia sklandesnį vaizdo įrašą – mažiau „želė“, mažiau virpesių pertrūkių metu ir daugiau tinkamo naudoti vaizdo įrašo tiesiai iš „GoPro“ kameros be papildomo stabilizavimo.
#4 Rėmo geometrijos laisvė: anglies pluoštas tinka ten, kur negali aliuminis
Aliuminio rėmai pjaustomi iš plokščių lakštų CNC frezavimo staklėmis. Kiekviena svirtis, kiekviena plokštė ir kiekvienas laikiklis pradedami kurti kaip 2D geometrija. Po pjovimo aliuminį galima sulenkti (kai kurie rėmai tai daro), tačiau lenkimo spindulys yra ribotas, o spyruoklinė atatranka apsunkina tikslumą.
Anglies pluošto rėmai taip pat pjaustomi iš plokščio lakšto – būkime dėl to atviri. Tačiau anglies pluošto prepregas atveria kitokį gamybos kelią sudėtingoms formoms. Drono ranka su integruotu variklio tvirtinimo kampu (3–5° pakreipimas, įmontuotas rankos gale) iš preprego presavimo formos išeinama viena dalis, o pluošto orientacija atitinka išlenktą geometriją. Jokio antrinio lenkimo. Jokio nenuoseklaus atšokimo. Kiekviena partijos ranka turi tą patį pakreipimo kampą 0.5° ribose.
Ši geometrijos laisvė svarbiausia dviem rėmo elementams:
- Integruoti variklio laidų kanalai: Išlieti grioveliai palei rankeną nutiesti trijų variklio fazių laidais lygiai su rankenos paviršiumi arba po ja. Jokių užsegimų. Lipni juosta nenuluptų skrydžio metu. Laidai apsaugoti rankenos profilyje.
- Presuojamų svirčių sąsajos: Rėmo centre yra lieto anglies pluošto lizdas, į kurį įstumiama svirtis, o svirtis užfiksuojama vienu varžtu. Greitesnis keitimas lauke nei keturių varžtų aliuminio svirčių tvirtinimai ir mažiau tvirtinimo detalių, kurias galima pamesti žolėje.
Trūkumas: lietos anglies pluošto rankenos kainuoja 2–3 kartus daugiau nei CNC pjaustytos plokščios rankenos. Biudžetiniams modeliams plokščios anglies pluošto rankenos vis dar yra geriausias pasirinkimas. Modeliams, kuriuose jau išleidote 500 USD oro blokui ir 200 USD varikliams, papildomi 40 USD už lietos rankenas pradeda atrodyti prasmingi.
#5 Išlikimas aplinkosaugos sąlygomis: karštis, saulė ir dalykai, kurie lėtai naikina kadrus
Anglies pluošto epoksidinei kompozitui nerūpi dauguma dalykų, kurie laikui bėgant ardo dronų rėmus. UV spindulių poveikis: epoksidinės dangos paviršius šiek tiek pagelsta per 2–3 metus tiesioginių saulės spindulių, tačiau mechaninės savybės beveik nepakinta – tempiamasis stipris po 1,000 valandų UV-B poveikio išlieka 92–95 % (vienam). ASTM D3039 3K anglies/epoksidinių laminatų bandymai).
Į ką reikia atkreipti dėmesį tik dėl karščio. Standartinės epoksidinės dervos sistemos pradeda minkštėti maždaug esant 120 °C (Tg, stiklėjimo temperatūra). 40 °C vasaros dieną su karštu ESC ir varikliu svirties šaknis prie variklio laikiklio gali pasiekti 70–80 °C – vis dar ribose, bet arčiau, nei dauguma pilotų suvokia. Didelės galios modeliams, naudojantiems 6S su 2408 varikliais ant 5 colių sraigtų, specialius rėmus, kuriuose naudojama aukštos Tg epoksidinė derva (150–180 °C), arba teirautis apie dervos sistemą. Tai 10–15 USD priemoka už rėmo komplektą, verta to, jei vasaromis skraidote Arizonoje.
Drėgmė dažniausiai nėra problema. Anglies/epoksidinė derva prisotinimo metu sugeria 0.5–1.0 % drėgmės pagal svorį. Nepakanka, kad pastebimai pasikeistų standumas ar svoris. Vienintelė išimtis: sūrus vanduo. Jei skrendate virš vandenyno – tai įprasta ilgų nuotolių pakrantės skrydžių metu – po skrydžio rėmą nuplaukite gėlu vandeniu. Druskos kristalai mikroįtrūkimuose džiūdami plečiasi ir per dešimtis ciklų gali atverti esamus pažeidimus.
Anglies pluošto rėmo palyginimas: ką gaunate už kiekvieną kainą
| Rėmo tipas | Įprasta kaina (5 colių) | Medžiaga | Svoris | geriausias | Numatoma gyvenimo trukmė |
|---|---|---|---|---|---|
| Biudžetinis plokščias kirpimas | $ 25-35 | 3K anglies pluoštas, 4–6 sluoksnių | 120-150g | Pradedantysis, mokymai | 1 sezonas |
| Vidutinės klasės CNC | $ 45-65 | 3K anglies pluoštas, 8–10 sluoksnių, QI layup | 100-130g | Klubinės lenktynės | 2-3 sezonai |
| Aukščiausios kokybės liejimas | $ 80-120 | 3K prepreg, lietos rankenos, integruoti kanalai | 90-110g | Varžybos, HD versijos | 3-5 sezonai |
| Individualus CNC | $ 100-200 | Specifikacijos klasės 3K/6K, individuali geometrija | skiriasi | Unikalūs modeliai, prototipai | Priklauso nuo dizaino |
Ar 3K anglies pluošto rėmas vertas papildomų pinigų, palyginti su 12K rėmu?
3K (3,000 gijų viename pluošte) suteikia plonesnius atskirus sluoksnius, todėl dizaineris gali naudoti daugiau to paties storio sluoksnių. Daugiau sluoksnių reiškia daugiau pluošto orientacijos galimybių ir geresnį atsparumą pažeidimams. 12K rėmuose naudojamos storesnės pluošto pynės, mažiau sluoksnių ir mažesnė gamyba. Lenktyniniam keturračiui, kuris suduš: 3K. Lengvam, ilgo nuotolio keturračiui, kuriame nesusidursite: 12K yra gerai. Svorio skirtumas yra nereikšmingas; patvarumo skirtumas yra realus.
Kaip atpažinti netikrą anglies pluošto rėmą?
Tikras anglies pluoštas turi savitą pynimo raštą, matomą iš visų kampų. Netikri „anglies pluošto išvaizdos“ rėmeliai dažniausiai gaminami iš stiklo pluošto su atspausdintu arba dažytu anglies pluošto raštu – tai išduoda tai, kad pynimo raštas nekinta pakreipus detalę šviesoje. Be to, tikra anglis liečiant yra šalta (didelis šilumos laidumas), o multimetras parodys elektros tęstinumą visame paviršiuje (anglis yra laidi, stiklas – ne). Kaina: tikras 5 colių anglies pluošto rėmelis turėtų kainuoti mažiausiai 25–35 USD. Jei jis kainuoja 12 USD ir nurodoma, kad pagamintas iš „visiškai anglies pluošto“, tai greičiausiai yra stiklo pluošto su kosmetiniu sluoksniu.
Ar galiu gręžti skyles anglies pluošto rėme, kad sutaupyčiau svorio?
Nedarykite to. Anglies pluoštas tvirtumą įgauna dėl ištisinių pluoštų, einančių per visą detalės ilgį. Gręžiant skylę, šie pluoštai perpjaunami ir sukuriama įtempių koncentracija, kuri veikiama apkrovos trūkinės nuo skylės į išorę. Jei jums reikia lengvesnių skylių, įsigykite rėmą su išlietomis apšvietimo išpjovomis – tokiuose pluoštas eina APLINK skylę, o ne per ją. 5 gramai, kuriuos sutaupysite, neverti rankos lūžimo skrydžio metu.
