Krótko: Czas lotu – 10 minut.

Nie wiem dlaczego, ale pytanie o czas lotu quadrocoptera wraca jak bumerang. Wiele z Was jest w stanie dopłacić 100-200 zł, jeśli będzie to oznaczać, że model dłużej pozostanie w powietrzu bez ładowania. Szczególnie ci, którzy wcześniej nie latali quadrocopterem szukają koniecznie takiego, który będzie przez kwadrans mógł filmować okolicę. No niestety, nie mam dobrych wieści.

Czas lotu jest zdeterminowany przez parę parametrów, ale w ogólnym ujęciu jest wypadkową pojemności baterii (jak duży prąd i przez jaki czas możemy pobierać), poboru prądu przez model podczas lotu oraz masy modelu.
Załóżmy, że wybieramy większe, pojemniejsze ogniwo. Model pobierając ten sam prąd z baterii utrzyma się w powietrzu dłużej – zgadza się ? Jest tylko jeden drobny problem. Pojemniejsza bateria jest przy okazji cięższa. Zwiększona (przez ogniwo) całkowita masa modelu wymaga dodatkowego ciągu, który wytworzą śmigła i napędzające je silniki. Te ostatnie muszą pracować szybciej, czyli w konsekwencji trzeba im dostarzcyć większy prąd. Jego dodatkowy pobór szybciej jednak rozładowuje baterię. Co więc należy zrobić ? Wybrać większe ogniwo. A nie, zaraz, przecież od tego właśnie zaczęliśmy ! Tutaj własnie kółko się zamyka…

Przeważająca większość producentów zdaje sobie sprawę, że fizyki nie da się ominąć, ani przeskoczyć i quadrocopter, hexacopter, czy inne ustrojstwo nie będzie latać więcej niż X minut.

Cztery relatywnie niewielkie śmigła i tyle samo silników nie są optymalnym wyborem, jeśli chodzi o efektywne wykorzystanie energii. Quadrocopter pod tym względem wypada dużo gorzej, niż śmigłowce RC z jednym dużym wirnikiem, zamiast 4 mniejszych. W zamian, budowa tych pierwszych jest relatywnie prostsza, bo oprócz czterech silników i prostej przekładni, nie potrzeba żadnej dodatkowej, ruchomej mechaniki. Skomplikowany jest kontroler lotu z regulatorem PID, który decyduje o stabilizacji modelu w powietrzu, ale elektronika jest coraz tańsza, więc wielowirnikowce dość mocno wyparły helikoptery RC, które często nie dawały takiej swobody lotu. W zasadzie każdy quadrocopter jest dziś 4-kanałowy, czyli pozwala na poruszanie się w płaszczyźnie poziomej (w każdym kierunku), rotację wokół osi pionowej i zmianę wysokości. Helikoptery w tej samej cenie, albo były 2-kanałowe (lot góra-dół i rotacja), albo 3-kanałowe (lot góra-dół, przód-tył i rotacja). One z kolei nawet na niewielkiej baterii mogły utrzymać się w powietrzu dość długo. No cóż, nie ma róży bez kolców.

Dlaczego więc wspomniałem o limicie 10 minut ? Jest on umowny, ale faktycznie niewiele wielowirnikowców w kategorii cenowej do 500 zł z silnikami szczotkowymi może pochwalić się lepszym wynikiem. Odpowiedzi na to pytanie należy szukać właśnie w sposobie napędzania śmigieł. Silniki szczotkowe mają dość małą sprawność, co oznacza, że więcej energii zamieniają w ciepło, niż w faktyczny napęd. Dodatkowo wraz ze wzrostem ich gabarytów, rośnie także ich masa i to dość zauważalnie. Optimum, które wybrali producenci, to mały silniczek i przekładnia, która pozwala niewielkiej jednostce napędowej obracać naprawdę spore śmigło. Jednak i tutaj są pewne ograniczenia i najwyraźniej nie opłaca się produkować quadrocopterów z silnikami większymi, niż są stosowane w Tarantuli X6. Górnym ograniczeniem udźwigu modelu jest więc maksymalna moc napędu w nim stosowanego.

Taki silnik, jak już wspomniałem ma konkretne zapotrzebowanie na energię elektryczną, którą musi dostarczyć bateria. Model musi więc unieść sam siebie oraz ogniwo, z którego czerpie zasilanie. Zważywszy na poprzedni akapit, małe silniki nie dadzą rady unieść np. baterii 2000 mAh, bo będzie ona po prostu za ciężka. Z drugiej strony włożenie zbyt małego, lekkiego ogniwa do modelu, który sam waży sporo jest też bez sensu, ponieważ spadek masy w stosunku do pojemności baterii będzie nieproporcjonalny.

Pomyślmy. Załóżmy, że model waży 180g. Bateria do niego to dodatkowe 20g. Razem całość waży 200g. Jeżeli 20g ogniwo miało pojemność 500mAh, to w uproszczeniu możemy założyć, że bateria 250mAh waży jakieś 10g. Jeżeli włożymy ją na miejsce poprzedniej to w tym kontekście cały model stracił 50% pojemności baterii (500 -> 250 mAh) przy spadku masy o 5% (200g -> 190g). Jest to absolutnie nieoptymalne i z pewnością czas lotu ulegnie drastycznemu skróceniu.
Spróbujmy w drugą stronę. Przyjmijmy, że wzrost pojemności ogniwa wciąż jest liniowy w stosunku do jego masy. Bateria 1000mAh ważyłaby powiedzmy 40g. W takim razie cały quadrocopter ważyłby teraz 220g. To oznacza wzrost masy o 10% (200g -> 220g) przy skoku pojemności o 50%.

To oczywiście uproszczenia, ale pokazujące w jaki sposób podmiana baterii wpływa na cały model.

Dochodzimy więc już wreszcie do końca. Ogniwo jest dobierane w zależności od typu silników i ich zapotrzebowania na prąd oraz całkowitej masy modelu. Modele napędzane jednostkami szczotkowymi (tańsze i prostsze w budowie) mają czas lotu wahający się w granicach 5-10 min. Wymiana oryginalnej baterii, szczególnie w większych quadrocopterach ma oczywiście sens, ale należy to robić w granicach jakichś 50% oryginalnej pojemności. W przeciwnym razie na większym ogniwie zaczniemy tracić podwójnie. Po pierwsze lot będzie trwał krócej, bo utrzymanie baterii w powietrzu będzie wymagało dużo intensywniejszej pracy silników, a po drugie będą one pracowały pod większym obciążeniem, co z kolei skróci ich czas życia (m.in. temperatura pracy). Niestety w tej kwestii przechytrzenie tego, co wymyślił producent jest trudne, a czasem po prostu niemożliwe.

Zamykając definitywnie temat. Czas lotu większości modeli ze sklepu nie przekracza 10 min. ponieważ tyle wynosi stan optymalny pomiędzy pojemnością baterii, a mocą wymaganą, żeby unieść dany quadrocopter w powietrze. Są egzemplarze, które przy spokojnym sterowaniu skończą lot po 11-12 minutach, ale to raczej wyjątki. Nie dajcie sobą też manipulować poprzez skwapliwe deklaracje sprzedających o wybujałym zupełnie czasie utrzymania się w powietrzu bez ładowania. Serio, pierwszy lot z zegarkiem w ręku udowodni Wam, że w żaden sposób nie daje się uzyskać deklarowanego czasu. Wbrew pozorom to jednak nie szkodzi, bo będziecie się dziwić, że tak krótki lot wydawał się trwać tak długo. Szczerze. A w razie niedosytu zawsze można dokupić dodatkowe baterie i voila – możecie latać do woli !

Pozostaje na koniec jeszcze jedno, ale ważne pytanie.

Czy są modele, które potrafią latać np. 30 min. ? Oczywiście ! Samodzielnie budowane hexa/octa/quadrocoptery z silnikami bezszczotkowymi o wysokiej sprawności z odpowiednio dużą baterią (np. 5Ah) mogą wisieć w powietrzu nawet i pół godziny. Takie modele jednak często wymagają sporych nakładów finansowych i nie dostaniecie takowych na półkach sklepowych, chyba że to Parrot, czy DJI Phantom, ale i one nie latają aż tak długo.

Pozostaje życzyć Wam udanych i dłuuuugich lotów. Uważajcie na drzewa !