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Guida sulla componentistica dei droni

Oggi parliamo di droni, non andremo troppo nel dettaglio tecnico ma comunque offriremo una prospettiva sulla varia componentistica che li compone. Innanzitutto cominciamo col dire che vista l’enorme diffusione che i droni hanno avuto ormai coprono praticamente ogni fascia di prezzo. Speriamo con questo articolo di aiutare nella scelta sia chi vuole acquistarne uno già montato sia chi sta scegliendo la componentistica.

I componenti indispensabili sono:

  • Motori
  • Eliche
  • ESC (electronic speed control)
  • Centralina
  • Radiocomando e ricevente
  • Batteria

Questo è il minimo sindacale per far volare il vostro modello. Step successivi potrebbero essere l’installazione di una videocamera per riprese o per FPV (first person view) con telemetria. Ma procediamo con ordine.

Motori

Composti da statore e rotore,  distinguiamo due tipologie di motori: i brushless e i brushed. Questi ultimi si differenziano dai primi in quanto hanno le cosiddette spazzole che necessitano di una buona manutenzione per tenerli sempre al massimo delle prestazioni evitando quindi che si blocchino o che consumino troppa energia per girare. Molte case utilizzano ormai motori brushless per evitare proprio questa manutenzione. Molti droni a basso costo montano motori brushed con spazzole di bassa qualità (molto spesso in plastica) che dopo poco tempo si rompono impedendo l’uso del drone.

Dopo questa prima distinzione entriamo nelle caratteristiche geometriche: l’altezza dello statore è molto importante, una maggiore altezza signfica più potenza a regimi più alti, mentre uno più largo ha maggiore potenza a regimi più bassi.

I Kv o comunemente noti come costante di velocità, è un parametro molto importante per i nostri motori e va dimensionato correttamente, si tratta dell’aumento di rotazioni per minuto (RPM) quando viene alimentato con una batteria. Se montiamo un motore con Kv elevati con un’elica grande il motore cercherà di girare velocemente come se non avesse l’elica, causando ovviamente un surriscaldamento. In rete ci sono moltissime tabelle anche realizzate da utenti che mostrano quale elica è più adatta per i motori scelti. Considerate che i motori del noto DJI phantom 4 sono da 960Kv mentre quelli da racing vanno da 2400Kv a salire. Perchè questa disparità? Principalmente perchè, se correttamente abbinati alle eliche motori con alti Kv, rendono il drone estremamente manovrabile e sensibile – cosa che risponde esattamente alle esigenze di un dronista da racing FPV. Tornando al nostro Phantom 4, che nasce principalmente per riprese, non ha bisogno di Kv troppo elevati perchè causerebbero superflue oscillazioni che produrrebbero più disturbi nelle riprese aeree oltre ad aumentare inutilmente consumi e riscaldamento del motore. Per chi volesse iniziare da zero ma senza spendere troppo lasciamo dei link ad articoli Amazon a basso prezzo per muovere i primi passi.

 

Eliche

Come detto precedentemente costituiscono una componente fondamentale del nostro modello in quanto ruotando genereranno la portanza necessaria a sollevare e muovere il modello. Principalmente sono caratterizzate da:

  • Passo: si esprime in pollici e rappresenta idealmente la colonna d’aria l’elica spazzerà compiendo una rotazione completa.
  • Diametro: anch’essa espressa in pollici e corrisponde al diametro del disco risultante dalla rotazione della stessa.

Una menzione deve essere fatta anche della forma dell’elica in quanto variando la superficie alare varia anche la portanza

Il problema che si prospetta è sempre lo stesso, come dimensionarle? Anche in questo caso sul web sono presenti numerosi fogli di calcolo Excel per il calcolo delle dimensioni ottimali.

Scelta del diametro

In generale possiamo dire che eliche con piccolo diametro vengono spesso associate con piccoli motori (spesso con alti Kv) così da renderli estremamente manovrabili e reattivi, molti droni da racing FPV utilizzano questa tecnica. Eliche con diametro maggiore vengono spesso associate a motori più grandi (con Kv più contenuti) per massimizzare l’autonomia ottenendo un compromesso tra manovrabilità e riduzione delle vibrazioni (ove si vogliono svolgere riprese video).

Scelta del passo

Per quanto riguarda il passo, normalmente i droni racer FPV utilizzano eliche ad elevato passo (con piccoli diametri) per massimizzare la spinta in partenza e per avere una grande manovrabilità e agilità. Per i droni più da riprese video o comunque per ambiti in cui non è richiesto una grande agilità il passo è più contenuto in quanto, grazie anche al diametro maggiore dell’elica, si può comunque ottenere la spinta necessaria a sollevare il modello massimizzando quindi l’autonomia.

Va comunque sempre tenuto presente che l’aggancio delle eliche ai motori può differire appunto in base al motore che avete scelto, quindi è sempre necessario verificare che l’aggancio del nostro motore corrisponda a quello delle eliche che abbiamo scelto.

Finisce qui il nostro primo articolo sui droni, prossimamente pubblicheremo gli altri trattando le altre componentistiche

Per fonti e approfondimenti:

  • https://www.afdrones.it
  • https://www.dronedpj.com
  • https://www.ildronista.it
  • G. Andria et al., “Design and Performance Evaluation of Drone Propellers,” 2018 5th IEEE International Workshop on Metrology for AeroSpace (MetroAeroSpace), 2018, pp. 407-412, doi: 10.1109/MetroAeroSpace.2018.8453604.
  • J. A. Prakosa, D. V. Samokhvalov, G. R. V. Ponce and F. Sh. Al-Mahturi, “Speed Control of Brushless DC Motor for Quad Copter Drone Ground Test,” 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2019, pp. 644-648, doi: 10.1109/EIConRus.2019.8656647.
  • Giancarlo Stretti – Il pilota di droni (IBN editore)

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