VTOL 2號機


 自從有了一號機的製作經驗之後,二號機相對就容易很多。這次針對電磁干擾的問題,最後還是選擇把他架高。不過未來也許可以考慮乾脆把GPS跟磁羅盤分開安裝,畢竟GPS比較沒有電磁干擾的問題,不用架高也可以稍微省點風阻。






這次有設計一整套的改裝零件。


測試飛行:


第二次試飛,跟第一次一樣在降落的時候突然失去動力,下面是墜毀前一瞬間的飛行紀錄

紅色的是我操作的油門大小,當我發現失去動力的時候的確是有補油門。
藍色跟黃色的線是前面的兩顆馬達,其實在我感覺的失去動力之前,飛行控制器就已經給出全油門的訊號。
後來換過ESC,又對調過馬達都是一樣的情況。即使只是靜態停懸,如果不去檢查log的話就感覺不出來,因為還沒達到極限。如果是戶外動態飛行,耗電量更大就會過載。
最後是調整了一下重心跟馬達的相對位置才解決。很難想像重心只差了一點點就會造成馬達附載不平衡甚至墜毀。看來2kg對於四個2212的馬達算是極限了。

這次試飛取得了比較明確的耗電數據,停懸大約28-29A,飛機模式大概10A就可以平飛巡航,巡航速度約60kmh。
全速大概20A,速度沒測。起飛重量2Kg,電池容量是3S 8400mAh。保守回推的話大概可以飛40分鐘以上含起飛降落。航程就是40公里了.....
下次打算測試全自動駕駛,包含全自動起降跟繞圈....

心得:
    這次用的停懸馬達是2212 應該是900kv,以前用在DJI上頭。螺旋槳我試過摺疊獎(大概11吋),APC10x5.5 APC11x4.5。停懸電流試APC 11x4.5最好。大概比10x5.5降低了3A左右,我看飛控的輸出PWM也降到大約1750左右。但由於輸出還是接近極限,所以重心的位置對前後馬達的負擔相當敏感,有點難調整。
    說實話,2212抬2kg實在太操了,我猜就算用最爛的2217應該也會改善不少吧。問題是手邊馬達太多,再買的話又浪費了。再看看吧!
    22/11/16 舉升的動力改用最便宜的XXD 2217/950KV 配11x4.5 APC,測試結果是總耗電略增了一安培,但是油門輸出反而降了一點。應該是轉速比較高,所以送出的油門訊號反而低一點。而耗電增加則是馬達跟槳重了一點(起飛重量2.29kg, 大約重了100g)。所以可以下結論是2212/900kv + 11x4.5 APC跟2217/950kv +12x4.5 APC的效率在這個重量附近幾乎相同。但是後者可以在未來多增加一點額外的payload,而前者則是極限因為PWM訊號已經接近2000極限。


22/11/29 今天測試loiter飛行模式,以及飛行時間,第一次比較順利,一組電池4200x2 飛了兩次起降,各11分鐘,下來電壓3.75。因為幾乎無風,所以loiter模式順利,但還是感覺的到逆風會催油門,而且高度會增加,一轉順風反而收油門調高度。但弱風下無所謂。
第二次飛行就沒這麼順利了,特別是轉順風的時候高度會掉很快,到後面會因為高度掉太多而急遽拉升,剛好機頭又轉乘順風導致拉升過快。所以變成需要手動介入去調整升降。而且耗電也會多很多。這次差點摔掉,只是剛好轉頭看到電壓已經過放緊急降落才救下。
電池部分還需要更進一步改善,至於順逆風的問題則要研究一下增加空速館是否能改善。
另外就是飛機的loiter模式是以切換時的那點為圓心順時鐘繞圈。如果中途有介入,都不會改變最初設置的高度跟中心。所以放開之後還是會回去。
至於介入控制,油門跟方向都OK,緊急的時候還蠻好用的。

22/12/20 終於放晴,今天可以測試空速管以及新的電池。新電池是由SONY VTC6的拆機電池組成,價格還不錯,組裝前有做過一次放電測試

性能相當穩定,下面兩條是拿舊電池比對。標示容量是3000mAh. 實測的容量是2500@5A 截止電壓3.1v。所以這個電池應該是接近全新,因為依照官方的圖,都是測到2.8v截止。
因為考慮到這個電池的工作電壓會壓降得很厲害,所以我把電池包成4S3P,電池包重量是590g。(原本是用3S 4200mAh x 2,重量745g),從規格上是完勝鋰聚合電池。

測試情況非常理想,飛了20分鐘下來量還有3.8v,大約消耗4000mAh。飛行表現非常有力又不至於過載。跟預期一樣剛開始一兩分鐘電壓還很高的時候有點動力過大,飛一下子之後就很明顯手感軟下來,然後就維持在一個蠻不錯的動力。
我這次還買了另外一款MOLICEL 21700 4200mAh,號稱45A大電流放電。實測約3500mAh@5A 3.1v截止。

也是號稱全新拆機電池,性能也是很穩定,估計也是沒有循環過。(我曾經有買過另外一款拆機電池,測出來就高高低低落差有點大,那種應該就是使用過的)
只是這款電池還沒組裝,12cells就840g,孩在考慮要怎麼使用。
所以目前飛機的設定是同時可以使用3S(Li-po)配置跟4S(Li-ion)配置,完全不用修改...

至於空速管,真的是不測不知道。今天福德公園風標全滿,估計風速至少30kmh以上。平常這樣的風大概就要打道回府,這次我就是要測試Loiter模式是否能夠因為空速計安裝改善。
先說明一下沒有空速計遇到的問題。Loiter模式就是定點全自動繞圈,如果遇到風大的時候,因為空速只有GPS的地面速度。飛控為了要維持速度,所以遇到逆風的時候會補油門,反轉順風反而收油門,導致於逆風轉順風會掉高度甚至失速。
理論上裝了空速計,飛控就會試著維持空速而非地面速度。從而解決順風失速的問題。測試結果超讚。
今天風真的很大,我記得預設Loiter速度應該是60kmh左右,逆風的時候幾乎快停在天上,然後看著飛機很小心的以蟹行的方式慢慢轉到順風,聲音是聽不出來,不過掉高度的情況真的好很多。完全解決順逆風飛行的問題,而且我很訝異Ardupilot程式控制得非常好,整個在大風轉彎的過程都很順暢,(至少比我厲害)可以用相對很慢的速度完成整個流程。

目前飛行穩定性跟飛行時間距離都一定程度達到要求了,除了硬體的compass以及電流計一直都怪怪的之外,其他大致都OK了。
接下來就是全自動的飛行規劃。關於飛行規劃的功能,我有用多軸先大致測試了一下各種航點飛行,以及動作指令的反應。介面還算直覺,只是飛機因為一飛就很遠,出了問題大概就沒有撿回來的機會,所以還是得慎重點。
至於安全問題,我看了一下衛星地圖,福德公園附近直覺上很多路,但實際上一半是墳墓,另一半是樹林。反正安全第一,飛丟了就算了,最多是砸"死人"而不要把人砸死就好。

22-12-22
今天完成第一次的全自動飛行。主要測試了VTOL_TAKEOFF 跟 VTOL_LAND這兩個模式。VTOL_TAKEOFF比較特別,他會垂直起飛到設定高度之後轉成平飛模式,如果下一個航點沒設定,就會依照最後方向飛出。如果下一個導航點有的話,他會飛出去之後再轉向。
這點影響到如果起飛點附近有樹,要控制好起飛目標高度或者起飛的時候要控制一下頭部。我是看有可以設定方向,但是無論怎麼調整最後都會是0。
VTOL_LAND比較單純,就是憑飛機接近的時候轉成垂直。如果目標高度設為零的話,似乎他就是隨便挑個高度,這個部分要在測試。
其他關於fly to 昨天試過了,LOITER航點有三種,一種是算時間,這幾次主要都是用這種。另外兩種還要研究。
最後發現一個問題是如果任務結束之後,就無法重新開始。我今天試又飛了一圈才能重新開始。如果任務被中途中斷則沒有這個問題。
任務啟動的方式也很好玩,我用MISSION START之後,手動Arm,這時候全部由非控接手。我是選擇把油門居中以防止突發狀態。只要模式選擇一切換就會立刻中斷任務。至於搖桿好像只是介入操作,並不影響任務。
另外如果VTOL_LAND回到點的高度太高,降落過程有風險,主要是因為有GPS定位,所以風吹的話會因為PID調不好而有共振擺盪現象。今天有發生過,就趕緊中斷手動降落。

22-12-23
VTOL實驗機準備退休,這台2號機也陪伴我不少時間,目前已經實現全自動飛行功能。大致上Ardupilot跟Mission Planner的功能都摸得差不多了,這台實驗機的外接磁羅盤跟電源感應器一直有問題,所以趁這個機會重組一台,順便把飛控拔起來徹底檢查一遍。
今天打算拍一些影片,結果沒注意到背在背上的攝影機會干擾磁羅盤,一開始用便宜RUNCAM先試,桿擾比較小沒發現。最後一趟換成Insta360,干擾超強,起飛之後直接去掛樹。飛機是撿回來了,可是相機找不到...殘念。
特別感謝幫忙協尋的飛友以及超熱心幫忙鋸樹的路人甲(高師父)
PS:耶誕節Insta360 ONE RS剛好特價,加上PayPal付款減5%,網路找到的優惠再加送一顆電池,一共$14211。蠻划算的,乾脆直接升級。
影片是墜機前最後一次飛,墜機的影片隨著我的Insta 360一起消逝了。



下一台飛機當然是要做的帥帥的阿,整台3D列印是免不了的,這樣才能與眾不同。麻煩的這個翼展的飛機太大,PID沒辦法用吊掛的方式調整。一直以來都是用預設值,風大還是不太行,這個要想辦法。
飛控的外接磁羅盤跟電壓電流感應一直有問題,我懷疑是不是飛控本身已經快掛了,不然哪有連掛兩個外接磁羅盤的道理。

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