Комплектующие: моторы, пропеллеры, ESC, АКБ

Маркировка мотора — его паспорт, сжатый в несколько знаков. Возьмём два мотора курса. 1002-21000KV на whoop «Мини»: первые две цифры — диаметр статора в миллиметрах (10 мм), вторые две — высота статора (2 мм); статор — неподвижная часть мотора с медными обмотками, вы видели её в модуле 2. Число KV — обороты в минуту, которые мотор развивает на каждый вольт батареи на холостом ходу, без пропеллера: 21 000 об/мин на вольт. 3115-900KV на «Модуле»: статор Ø31 мм и высотой 15 мм, 900 об/мин на вольт. Оба числа работают в паре с напряжением: 1002 на 1S (3,7 В) раскручивается примерно до 77 700 об/мин, 3115 на 6S (22,2 В) — примерно до 19 980.

Логика пары «мотор-проп»: маленькому мотору нужны тысячи оборотов, чтобы зацепиться за воздух крошечным винтом; большой мотор с 10-дюймовым пропом хватает воздух с меньших оборотов.

Пропеллеры маркируют в дюймах (1 дюйм = 25,4 мм): первые знаки — диаметр, последние — шаг. Gemfan 1610 на «Мини» — это 1,6″ × 1,0″, то есть 40 мм диаметра; HQProp 1050 на «Модуле» — 10″ × 5,0″. Шаг — теоретический путь, который винт прошёл бы за один оборот, вкручиваясь в воздух, как шуруп в дерево. Больше шаг — больше воздуха захватывает лопасть за оборот: тяга на оборот растёт, но мотору тяжелее — растёт и потребляемый ток. Поэтому шаг выбирают в паре с мотором и батареей, а не по принципу «чем больше, тем лучше».

От АКБ до мотора ток идёт по силовой цепи — каждый её узел показан на диаграмме ниже. LiPo (литий-полимерный аккумулятор) «Модуля» — 6S: шесть ячеек, соединённых последовательно, 6 × 3,7 В = 22,2 В номинала. Через силовой разъём XT60 ток уходит в PDB (power distribution board — плата распределения питания): она разводит питание на четыре луча. На каждом луче — канал ESC (electronic speed controller, регулятор оборотов); на «Модуле» все четыре канала собраны на одной плате 4-in-1 ESC 55 A («четыре в одном», 55 ампер на канал) с прошивкой BLHeli_S. Дальше — три фазных провода, и мотор 3115 вращает проп 1050.

Провода различаются толщиной, и толщина — число. AWG (American Wire Gauge, американский калибр проводов) — номер, причём чем он меньше, тем провод толще: 12AWG — толстая медь силовой цепи «Модуля», whoop летает с тонкими проводами. Толщина — это сопротивление: метр провода 12AWG имеет около 5,3 мОм (миллиома — тысячная доля ома), метр тонкого 20AWG — 33 мОм. По закону Джоуля — Ленца потери в проводе P = I²R: ток в квадрате, умноженный на сопротивление. При токах «Модуля» — десятки ампер — тонкий провод превращается в нагреватель; как считать эти ватты, задание ниже.

Три числа на батарее «Модуля» — 6S 5000 мА·ч 60C — читаются так. 6S — конфигурация: шесть ячеек последовательно, напряжения складываются, 22,2 В. 5000 мА·ч — ёмкость: заряд, которым располагает батарея; теоретически она способна отдавать 5 А целый час. 60C — C-рейт, множитель максимально допустимого разряда: 60 × 5 А = 300 А. Это потолок паспорта, а не рабочий режим: у потолка напряжение ячеек проседает, батарея греется и ускоренно деградирует — поэтому силовую цепь проектируют с запасом, а висение «Модуля» занимает лишь десятки ампер из трёхсот.

Время полёта считается по школьной пропорции — но не на всей ёмкости. Глубоко разряжать LiPo нельзя: ниже ~3,5 В на ячейку начинает портиться химия, поэтому полезной считают долю около 80% ёмкости. Часы полёта = полезная ёмкость (мА·ч), делённая на средний ток (мА). Whoop «Мини»: 0,8 × 450 / 5000 = 0,072 ч — около 4,3 минуты висения при токе 5 А. «Модуль» с нагрузкой: 0,8 × 5000 / 15000 = 0,267 ч — около 16 минут при 15 А; паспортные 18–25 минут отвечают меньшему среднему току. Оба расчёта вы соберёте в коде ниже. Полный безопасный цикл LiPo — заряд, хранение, утилизация — модуль 4.

ESC — маленький компьютер: микроконтроллер с прошивкой (программой, которая управляет коммутацией фаз). В курсе три имени. BLHeli_S — закрытая 8-битная прошивка, заводская для «Модуля» (тот самый 4-in-1 55 A). BlueJay — прошивка с открытым кодом для 1S whoop-регуляторов: развивает железо BLHeli_S и поддерживает цифровой протокол DSHOT. BLHeli_32 и AM32 — 32-битные прошивки старшего поколения для больших регуляторов. Лестница курса: whoop-стенд → «Модуль» → 32-битные платформы.

Команду газа ESC получает по DSHOT (Digital SHOT) — цифровому протоколу вместо аналогового PWM (pulse width modulation, широтно-импульсная модуляция — аналоговый способ задавать газ шириной импульса). Команда — пакет из 16 бит с контрольной суммой CRC (cyclic redundancy check): ESC проверяет пакет и отбрасывает повреждённый, а не трактует помеху как команду газа. Диапазон газа у DSHOT фиксирован — знаменитая «калибровка диапазона» аналоговых регуляторов не нужна вовсе. Число в названии — битрейт: DSHOT300 (300 кбит/с) — надёжный выбор для 1S whoop; «Модуль» также получает команды по DSHOT. Практический итог: цифровой протокол — это меньше настройки и меньше фантомных срабатываний от помех.