В начале 2019 года американская дрон-рейсинг гоночная лига MultiGP объявила про изменения правил, ограничивающих лимит на использование Li-Po аккумуляторов только до 4S. Теперь пилоты могут использовать на определенных трассах сетапы с 5S и 6S аккумуляторами.

В этой статье будет рассказано о принципах 6S-сетпапов, и основные отличия между привычными квадам на 4S с моторами на высоких KV и 6S с низкими значениями оборотов на вольт. Именно такие сборки являются наиболее популярными на сегодняшний день, и на это есть определенные причины.

Батареи: мощность


Основное очевидное различие между гоночными квадами на 4S и 6S — это две дополнительных ячейки аккумуляторов, что меняет напряжение стораджа батареи LiPO с 14.8В до 22.2В и максимальное напряжения заряженного акка с 16.8В до 25.2В. Ключевым преимуществом 6S LiPO является его способность обеспечивать такую же мощность, что и 4S LiPO, но с меньшим потреблением тока. Объяснить различия между данными батареями может следующая формула:

P = I x V

P = Мощность (ватт/Вт)

I = Ток (ампер/A)

V = Напряжение (вольт/В)

Мощность в прикладном понимании является величиной, которая измеряет способность устройства эффективно выполнять свою работу. На полном газе гоночные квады могут потреблять около 2500Вт (2.5кВт) мощности, что можно приравнять, например, к 3% мощности VTEC двигателя автомобиля Honda.

Проблема с 4S LiPO заключается в том, что такой акк должен выдавать большой ток для обеспечения квада такой мощностью. Используя пример энергопотребления 2.5кВт, батарея 4S должна обеспечивать ~ 169 А тока (2.5 кВт / 14.8 В = ~ 169 А), чтобы гоночный дрон мог лететь с максимальной скоростью. Эту тенденцию мы можем видеть в постоянном увеличении емкости и токоотдачи 4S LiPO аккумуляторов, но все это ведет к увеличению веса, цены и, с обратной стороны, уменьшению срока жизни батарей из-за постоянной работы «на пределе».

Большее в полтора раза номинальное напряжение 6S LiPO значительно уменьшает ток, необходимый для обеспечения такого же количества энергии. Если брать пример выше, батарея 6S должна будет отдавать ~ 112А тока (2.5 кВт / 22.2 В = ~ 112 А), что дает возможность уменьшать требования к той же токоотдаче ячеек LiPO и увеличивать срок ее службы.

С другой стороны, нужно понимать, что использование 6S LiPO на привычных 4S-сетапах с моторами на высоких KV (если они поддерживают напряжение 6S вместе с остальным железом) будет повышать потребляемый ток в сравнении с 4S акками. О моторах речь будет идти ниже.

Емкость батарей и их вес

Очевидным недостатком 6S LiPO является тот факт, что батарея эквивалентной емкости/токоотдачи с 4S может весить примерно на 50% больше. Это несомненно так, но на 6S-сетапах можно использовать акки с гораздо меньшей емкостью для достижения той же мощности, что на 4S. Следующие вычисления наглядно демонстрируют это:

Напряжение батареи (вольты) x Емкость батареи (А/ч) = Накопленная электрическая энергия (Вт/ч)

4S: 14.8В x 1300мАч = 19.2 Вт/ч

6S: 22.2В x 865мАч = 19.2 Вт/ч

Простыми словами, 19.2 Вт/ч означает, что батарея может обеспечить 19.2 Вт  в течение часа, 38.4 Вт в течение получаса или 1185 Вт в течение 60 секунд. Уравнения выше показывают, что обе батареи могут хранить одинаковое количество энергии. Это может означать, что 4S акк емкостью 1300mAh и 6S емкостью 865mAh могут обеспечить одинаковое время полета при том, что вес таких батарей уже сопоставим и теоретически такие квады будут иметь примерно одинаковый полетный вес.

Недостаток использования меньшей емкости батареи состоит в том, что общая площадь поверхности ячеек акка уменьшает их максимально возможную токоотдачу. Вот почему многие гоночные сетапы 6S дронов используют батареи емкостью от 1000 до 1300 мАч.

Моторы


Моторы являются ключевой частью квадрокоптера, и использование гоночных сетапов на 6S LiPO может по разному сказываться на работе моторов . Из-за размеров, материала и диаметра их обмоток (обычно медных), моторы имеют заданное внутреннее сопротивление. Пропускание высокого напряжения через двигатель будет означать, что они будут потреблять больший ток по сравнению с 4S. Это продемонстрировано в формуле ниже:

V/R = I

V = Напряжение (Вольт)

R = Внутреннее сопротивление мотора (Ом)

I = Ток двигателя (Апмер)

Слишком большие токи могут привести к отказу двигателя из-за короткого замыкания. По этой причине внутреннее сопротивление двигателя 6S должно быть ниже, чем у аналогичного двигателя 4S, чтобы достичь такой же долговечности.

В настоящее время существуют двигатели с низким внутренним сопротивлением, но они  довольно дороги, поскольку для их производства требуются материалы более высокого качества. Поэтому в реальной практике используется другой параметр для 6S сетапов.

Обороты на вольт (кВ)

Как правило, гоночные сетапы на 6S собираются с относительно низкими показателями «оборотов на вольт» (кВ), что дает эквивалент использования 4SLiPO с большей емкостью. Идея тут простая: на 6S с низким кВ моторов достигаются те же значения числа оборотов мотора, что и на 4S-сетапах с использованием высокого кВ. Это демонстрируется с помощью следующей формулы:

Напряжение (В) x Обороты на вольт (кВ) = Частота вращения (об/мин)

4S: 14.8В x 2600кВ = 38480 об/мин

6S: 22.2В x 1733кВ=38480 об/мин

Как видно, мы получаем эквивалентное число оборотов двигателя, и это означает, что максимальная скорость обоих сетапов будет одинаковой (для одинаковых размеров моторов и пропов). Более того, двигатели с низким кВ имеют больший крутящий момент, что дает лучшее ускорение квада и, соответственно, повышает динамику полета. При этом максимальная скорость, как уже говорилось, идентична — т.е. сплошные плюсы. А если еще помнить, что аналогичные параметры на 6S достигаются на гораздо меньших токах по сравнению с 4S…. Сами понимаете..))

Итак, а на практике — ради чего эти все телодвижения со сменой привычного оборудования с 4S на 6S? Цифры выше пока говорят далеко не все.

Самое важное: 6S-сетапы дают значительный прирост динамики и максимальной скорости квадов при равных остальных составляющих — как-то вес, размер рам, выбор пропеллеров.

Например, значения замеров мощности от EngeneerX популярных моторов Brotherhobby 2207.

Returner R5 2207 2700kv (таблица замеров — dropbox)

Returner R6 2207 1750kV (аналог, отличие только в цвете колокола и подшипнике, таблица замеров — dropbox)

Как видно, на пропах 5046 и высокооборотистых моторах 2700кв на 4S мы имеем тягу 1700 гр при токе 55А! Т.е., чтобы выжать максимум, нужны топовые аккумуляторы по типу GNB 1800мАч-130С 4S весом около 230 гр. Плюс — не самые дешевые регуляторы скорости не меньше 45А (а лучше 50А и выше).

А на тех же пропах в 6S сетапе с 1750кв получаем прирост тяги на 100 гр до значения 1800 при токе… 38А!! И тут уже с головой хватит аккумулятора, например, Tattu R-Line 1300мАч-75С 6S, который весит те же 230 гр и стоит тех же денег. Ну и регуляторов 35А уже с головой, главное, чтобы они поддерживали 6S….

И об этом дальше.

Электронные компоненты под 6S


Для гоночных дронов на 6S требуется электроника с поддержкой 6S (регуляторы скорости, платы питания, контроллеры, камеры, видеопередатчики и т.д.). Печаль для тех, у кого квады собраны на железе без такой поддержки — просто поменять моторы и акки не выйдет… Но это важно, если вы не хотите получить волшебный белый дымок при подключении батареи…

Хорошая новость — на начало 2019 года уже есть огромный выбор такого железа для сборки сетапов под 6S. Практически все известные производители осознали мировые тенденции дрон-рейсинга, и давно уже предлагают совместимое оборудование, главное обращать внимание на нюанс поддержки 6S.

Выводы


Главное: в 2019 году начинается новый виток прироста мощности и динамики гоночных квадрокоптеров. Могу огорчить пилотов — очень скоро придется всем, кто желает достигать серьезных результатов, переходить на 6S-сетапы. Это неизбежность..))

На начало 2019 года практически все производители FPV-железа имеют в своих линейках оборудование под 6S. Немного запаздывают, как всегда, батарейщики — но уже сегодня есть анонсы акков типа 1300-120С от тех же Tattu, Infinity, GNB…

Самое странное пока что — производители моторов как бы выделили два сегмента:

  • моторы 2306 1650-1690 кв «под фристайл»
  • моторы 2207 1740-1770 кв «под гонки»

Я не совсем понимаю, почему «стандартом» для тех же гонок сейчас стали 2207-1750кв. Такие модели есть у 99% брендов. По своему опыту, 6S-квад на таком сочетании очень быстрый, летит лучше моего же ПрЫвида 4S на 2306-2650… Ок. Но там реально токи около 30А — а почему нет каких-то предложений что-то типа 2208-1830кв, 2306-1890кв? Будет слишком мощно? Будет гореть железо? Какие-то технические нюансы?… Непонятно как для простого «юзера» — но будем наблюдать за развитием. Мне пока что 2207-1750 выше-крыши для совладания с мощью, так что кушаю, что есть..))

Будут ли актуальны 4S-сетапы в обозримом будущем, не постигнет ли их участь 3S гоночных квадов? На пару лет — не думаю, в массовом сегменте пока что очень мало пилотов, кто по своим скиллам вычерпает 4S на 100% и будет требовать дополнительной мощи без вариантов… Но все идет к тому, что 4S скоро останется уделом новичков и староверов, а большинство пилотов будет летать на 6S — что в гонках, что в фристайле. И оно стоит того — я четыре месяца летаю на 6S и понимаю, какой же это кайф..)))


В статье использованы материалы сайта Getfpv — спасибо добрым людям за техническую информацию!!