Силовой сервопривод для БПЛА: момент, люфт и шестерни

Момент удержания и рабочий момент

Паспортная цифра — момент удержания при заторможенном вале и заданном напряжении. В этом режиме привод потребляет максимальный ток и греется; работать в нём длительно он не рассчитан.

Рабочий момент, который можно снимать непрерывно, обычно составляет 25–50 % от паспортного: у Kpower HB300T и HB1200T номинальный момент указан ровно вчетверо ниже стопорного. Для расчёта механизма берут именно его, а паспортный оставляют как запас на пиковую нагрузку.

Момент линейно зависит от напряжения. Привод «35 кг·см при 8,4 В» на 6 В выдаст около 25 кг·см — и этот пересчёт часто забывают, питая привод от стабилизированных 5 В.

Шестерни определяют ресурс

Пластиковые шестерни дёшевы, тихи и служат предохранителем: при ударе срезается зуб, а не ломается рулевая поверхность. Ресурс невелик, люфт растёт быстро.

Металлические держат момент, но при ударе передают его дальше — в качалку и в тягу. Латунь и алюминий проще и дешевле в обработке, сталь и титан прочнее и износостойче.

Стальные и титановые шестерни ставят в силовых приводах. Ресурс максимальный, цена тоже; при перегрузке первым сдаётся не редуктор, а крепление.

Люфт и разрешение

Люфт — свободный ход выходного вала при неподвижном входном сигнале. На управляющей поверхности он превращается в «болтанку» и в раскачку контура управления. Хороший силовой привод держит люфт в пределах десятых долей градуса.

Разрешение по углу задаётся разрядностью внутреннего контура. Аналоговый привод обновляет положение около 50 раз в секунду, цифровой — 300 и чаще, и держит позицию заметно жёстче.

Бесконтактный датчик положения (магнитный или оптический) не изнашивается, в отличие от потенциометра, и это главный ресурсный аргумент при выборе привода для длительной эксплуатации.

Питание и защита

Пусковой и стопорный ток силового привода измеряется амперами. Несколько приводов, тронувшихся одновременно, роняют напряжение бортовой сети — и перезагружают приёмник.

Поэтому силовые приводы питают от отдельного источника с запасом по току, а на его входе ставят конденсатор, гасящий импульс.

Защита от перегрузки (по току или по температуре) есть не у всех приводов. Без неё заклиненная поверхность выжигает обмотку за десятки секунд.

В каталоге силовые приводы — от 30–80 кг·см у KST, Kpower и E-Power для рулевых поверхностей до Kpower HB1200T на 1200 кг·см для eVTOL, который весит 1,7 кг. Промышленные DFRobot на 450–1000 кг·см весят 0,8–1,05 кг.