Беспилотные летательные аппараты

Виброразвязка

Одной из наиболее сложных задач при разработке надежных летательных аппаратов всех типов является защита полетного контроллера от вибраций. Причем если говорить именно о надежном аппарате обеспечивающим максимум выживаемости в условиях частичной потери пропеллеров, возникновении существенного дисбаланса, возникновении резонансов то здесь уже перестает играть роль потенциальные возможности полетного контроллера по программному подавлению вибраций. 

Любой, даже самый дорогой полетный контроллер, в условиях жестких вибраций не сможет обеспечить стабильность полета. С другой стороны, в условиях штатного полета, чем меньше вибраций воздействует на полетный контроллер, тем более точно пилотируется аппарат. Руководствуясь этим постулатом мы приняли решение о выделении задачи разработки системы гашения высокочастотных вибраций в отдельный объект исследований.

 Многочисленные опыты показали, что размещение полетного контроллера на мягком подвесе (резина, силикон, поролон) не только не могут стабильно погасить вибрации, но и напротив, в определенной ситуации могут привести к регистрации резонансов вибраций вызываемых совпадением частоты собственных колебаний системы виброразвязки и колебаний на раме. В ходе экспериментов был достигнут хороший результат в случае обеспечения низкой частоты собственных колебаний вибрационно развязанной части конструкции. При этом масса защищенной части должна быть максимально возможной, а жесткость подвеса минимальной. При малых массах полетного контроллера даже самые нежные системы крепления были бессильны из-за переменной жесткости проводов идущих от полетного контроллера при различных температурах окружающей среды.

Итак, есть вывод - полетный контроллер должен быть не только мягко подвешен но и максимально утяжелен. В быту подобную тактику применяют в стиральных машинах, во избежание вибраций подвижная часть нагружена балластным грузом в несколько десятков килограмм (именно поэтому многие стиральные машины такие тяжелые). Однако в условиях летательных аппаратов каждый грамм веса на счету, при создании эффективных аппаратов экономят даже на замене стальных болтов на легкосплавные. Ключевым моментом нашей концепции является использование существющих тяжелых элементов конструкции в качестве утяжеляющей части для полетного контроллера. Поскольку силовая батарея является одним из самых тяжелых узлов - мы решили использовать именно ее вес.

для обеспечения горизонтального положения конструкции и удобства смены батарей нами была разработана конструкция "виброзащитного отсека для батарей. Батарейный отсек будучи защищенным от низкочастотных вибраций за счет рессоры и от высокочастотных за счет силиконового демпфера обеспечивает высокий уровень подавления вибраций для авионики размещенной на его верхней части.

Эффект пружинно - гиревой качели при разработке системы демпфирования.

Разрабатывая систему защиты от вибраций следует учесть что виброзащитная платформа должна иметь центр рычагов упругости совпадающий с центром масс, в противном случае остаточные вибрации передаваемые через упругие демпферы вызывают усиление вибраций на стороне противоположной смещению центра тяжести. Эффект характерен для рам мультикоптеров с конструкциями разнесениея батареи и подвеса камеры в противоположных направлениях. для подавления этих вибраций следует отделить виброразвязанную часть платформы, отметить центр упругости демпферов (при одинаковой упругости находится в центре пересечения линий проведенных от диагональных демпферов) и центра тяжести платформы - установив в точке упругости опорную иглу и смещая батарею выбрать для нее положение в котором система будет уравновешена.

 

Эффект резонанса системы демпфирования.

на диаграмме приводится уровень вибраций рамы с недопустимо высоким уровнем

1. К раме в допустимом для нее месте, ближе к центру, на 4 стойках крепится стеклотекстолитовая "рессора". рессора имеет толщину 1мм для батарейного отсека под вес порядка 1кг (с учетом веса двух батарей zippy compact 5800 3S) и 1,5мм для отсека с весом около 2кг с учетом веса двух батарей zippy compact 5800 6S). рессора имеет форму буквы икс и имеет крепежные отверстия на своих концах под силиконовые демпферы жесткого типа.

Для примерного представления деформации рессоры, мы виртуально надавили на неё весом около 20-и килограмм.

2. сами силиконовые демпферы льем из двухкомпонентного силикона

Литьевая форма версия 2.0

3. сверху на демпферы ставится сам отсек, батареи в нем лежат на дне, сверху батареи прижимает поролоновый валик.
4. верхняя плоскость батарейного отсека предназначена для монтажа апм, приемника радио, жпс