Übersicht

FPV-Freestyle Copter und FPV-Racing Copter werden aus den gleichen Komponenten aufgebaut. Der einzige Unterschied liegt in der Material-beschaffenheit der Komponenten. Vergleichbar ist dies mit Autos und Rennautos. Ein Rennauto ist aus fast den gleichen Teilen wie ein normaler PKW aufgebaut. Nur sind die Teile hier auf ganz andere Geschwindigkeiten und Kräfte ausgelegt. Die FPV Renn-Copter werden aus folgenden Komponenten zusammengebaut, welche sich in drei verschiedene Kategorien unterteilen lassen: das Flugsystem, das FPV-System und das Energiesystem. Das Flugsystem besteht aus Rahmen, Flugregler, Motorregler, Motoren, Propellern sowie Empfänger und Funksteuerung.  Das FPV-System enthält die Kamera, den Videosender und die Videobrille. All diese Komponenten werden dann auf dem Rahmen verbaut. Das Energiesystem besteht aus der Batterie und dem Stromverteiler.

Rahmen (Frame)

Der Rahmen ist das Skelett des Copters. Darauf werden alle Komponenten montiert und bestimmen so, wie der Copter aussehen wird. Da die Copter grossen Belastungen ausgesetzt sind, wird für die Frames meist Carbon verwendet. Es gibt Hunderte von Framedesigns und viele Piloten entwerfen ihren eigenen massgeschneiderten Rahmen, welcher zu ihrem individuellen Flugstil passt. Es ist zwar möglich mit jeder Art von Rahmen Freestyle oder Rennen zu fliegen, doch die meisten werden auf einen bestimmten Flugstil entworfen. In der Abbildung ist z.B. ein Renn-Frame zu sehen. Es ist auf das Wichtigste minimiert und führt dazu, dass der Copter sehr leicht gebaut werden kann.

Flugregler (FC)

Der Flugregler (Flight-Controller/FC) ist im Wesentlichen das Gehirn des Copters und ist mit Abstand die komplexeste Komponente des Flugsystems. In den Flight-Controller sind Sensoren eingebaut, die dem Copter seine Ausrichtung mitteilen. Dies ist sehr wichtig, da der Copter immer wissen muss, wo er ist, um die vorgegebene Flugrichtung zu behalten. Ausserdem nimmt er auch Eingaben vom Piloten entgegen und sendet Befehle an den Motorregler, welcher dann die Motoren zum Drehen bringt und den Copter wie befohlen bewegt.

MAMBA F722 APP F50PRO 3-6S Stack

Drehzahlregler (ESC’s)

Der Drehzahlregler (Electronic Speed Controller/ ESC) ist die leistungsstärkste Komponente auf dem Copter, der die vom Flugregler ausgehenden Befehle in Befehle für die Motoren übersetzt. Durch diese Befehle wissen die Motoren, wie schnell sie sich drehen, in welche Richtung sie sich drehen und wann sie anhalten sollen. Der ESC tut dies, indem er Strom aus der Batterie und Daten aus dem FC entnimmt und diese in dreiphasige elektrische Impulse umwandelt, aus denen die Motoren gespeist werden. Durch die Bereitstellung von mehr oder weniger Leistung dreht sich der Motor schneller oder langsamer. Jeder Motor des Copters hat einen eigenen ESC, der ihn antreibt. Dies weil in einem Copter-Flugsystem in der Regel jeder Motor mit einer anderen Geschwindigkeit als seine Partnermotoren dreht, da sich der Copter den Flugeigenschaften des Piloten oder auch äusseren Einflüssen wie z.B. Wind anpassen muss.

Motoren

Vier Motoren liefern die Kraft, um den Copter in die Luft zu bringen. Die meisten Motoren sind als bürstenlose Motoren klassifiziert und arbeiten mit Dreiphasenantrieb, um Elektromagnete anzutreiben, die den Motor drehen. Obwohl sie relativ klein sind, sind bürstenlose Motoren ziemlich leistungsstark. Diese Art von Motoren werden seit vielen Jahren in der Modellfliegerei eingesetzt und sind die Komponenten, die dem Energie-System die meiste Leistung entziehen. Die Motoren werden in zwei Grössenordnungen eingeteilt, so dass man die für den Copter richtige Grösse wählen kann. Ausserdem gibt es noch die KV-Wertung, die als die Motordrehzahl pro Volt definiert ist. Die Bezeichnung für einen 2207 – 2450 KV Motor bedeutet folgendes: die 22 steht für den Durchmesser des Motors, d.h die Länge des Durchmessers in Millimetern. Die 07 steht für die Höhe des Motorgehäuses, welche auch in Millimetern angegeben wird. Wenn man den Copter mit einem 4-Zellen-Akku betreibt, würde die Nennspannung 14.8 Volt betragen. Nimmt man nun den KV-Wert von 2450 und multipliziert ihn mit 14.8, würde es eine Drehzahl von 36’260 U/min ergeben. Dies wäre die maximale Umdrehungszahl ohne Last, d.h. ohne Propeller.

T-Motor F60 Pro IV 1950KV

Propeller

Propeller sorgen für den Schub des Flugsystems. Sie sind über die Motorwelle direkt mit den Motoren verbunden und drehen sich genauso schnell wie die Motoren. Es gibt unzählige verschiedene Arten und Größen von Propellern, die aus unterschiedlichen Materialien sind, wie z.B. Polycarbonat, ABS oder Nylon, mit unterschiedlichen Blattanstellwinkeln, verschiedenen Blattformen und einer unterschiedlichen Anzahl von Blättern.

Propeller werden in Bezug auf Größe, Blattzahl und Blattwinkel beschrieben. Zum Beispiel bedeutet ein 5 x 4,5 x 3-Propller, dass es sich um einen 5-Zoll-Propeller handelt, der einen Anstellwinkel von 45° hat und insgesamt aus 3 Blättern besteht. Man kann eigentlich grob sagen, dass ein Propeller mit 30° Steigung nicht so viel Schub erzeugen kann, wie ein 45°-Propeller, der sich mit der gleichen Geschwindigkeit dreht. Das Material, aus dem der Propeller besteht, wirkt sich auf die Stabilität und Belastbarkeit der Propeller aus. Das Material verändert auch das Gewicht des Propellers selbst. Um einen stabileren und dadurch auch schwereren Propeller zu drehen, benötigt der Copter auch mehr Leistung. Dadurch werden heutzutage die meisten Propeller aus dem Kunststoff Polycarbonat gefertigt, da es sehr leicht, widerstandsfähig und sehr günstig in der Produktion ist.

Gemfan Hurricane 51466 3Blatt Propeller

Funksteuerung (TX)

Die Funksteuerung (Transmitter/TX) ist die Komponente, welche die Eingaben des Piloten an den Empfänger sendet und so den Copter aus einer grossen Distanz steuern lässt.

FrSky Taranis QX7 ACCST

Empfänger (RX)

Der Empfänger (Receiver/RX) ist die jene Komponente, welche die Befehle von der Funksteuerung des Piloten entgegennimmt und diese Informationen an den Flight-Controller weiterleitet. Er stellt zusammen mit der Funksteuerung die drahtlose Verbindung vom Boden zur Luft dar und ermöglicht so das freie Fliegen des Copters.

TBS CROSSFIRE NANO RX

FPV-Kamera

Die FPV-Kamera ist das Auge, welches einem das Gefühl gibt, selber im Copter zu sitzen, und so das Steuern ausserhalb der Sichtweite ermöglicht.  Es gibt viele verschiedene Arten von FPV-Kameras und die meisten von ihnen verdanken ihre Entstehung der Sicherheitskameratechnik. Daraus haben viele Unternehmen FPV-spezifische Kameras unterschiedlicher Größe und Qualität entwickelt. Spezifische Kameras für schlechte Lichtverhältnisse oder Kameras mit HD-Aufnahmequalitäten folgten. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass, je mehr Informationen die Kamera liefert, desto länger das Videosignal braucht, bis es an der Videobrille ankommt. Man spricht von einer höheren Latenzzeit. Deshalb verwenden wir FPV-Kameras, welche eine besonders niedrige Latenzzeit haben. 

               

TBS Ethix FPV Camera

               

Videosender (VTX)

Videosender (Video-Transmitter/VTX) übertragen das Live-Video der FPV-Kamera so, dass die Videobrille oder der Monitor es erfassen kann. Sie unterscheiden sich nur in der Grösse und der Sendeleistung. Durch das Bereitstellen von vielen verschiedenen Frequenzen ermöglicht der Videosender das Fliegen von mehreren Personen zur gleichen Zeit. Durch die freie Wahl der Frequenzen ist es auch möglich, anderen mit der eigenen Videobrille zuzuschauen. Damit kann man an den Rennen genau das sehen, was die Piloten sehen, wenn man seine Brille oder seinen Monitor auf die gleiche Frequenz wie die des Piloten einstellt.

TBS Unify Pro32 Nano

      

Videobrille (FPV-Brille)

Die FPV-Brille ist die visuelle Verbindung zum FPV-Copter, indem sie das Bild des Copters auf einem Bildschirm direkt vor dem Augen des Piloten angezeigt, so dass man sich wie ein Teil des Copters fühlt, während man durch den Himmel rast.  Die Übertragung des Copterbildes muss sehr schnell an die Brille erfolgen, und darf keine Unterbrechungen oder Verzögerungen haben, da sich der Copter mit sehr hohen Geschwindigkeiten bewegt und jeder noch so kleine Abbruch zu einem Crash führen könnte. Damit ist die Verbindungsqualität und die Schnelligkeit der Übertragung wichtiger als bei Kameradrohnen. Die Brille hat ein Modul namens Video Receiver (VRx), das wie jede andere FPV-Komponente in verschiedenen Ausführungen und Funktionen erhältlich ist. An den Modulen sind verschiedene Antennen angebracht, die bestimmen, wie weit man den Multicopter von der Startposition aus fliegen kann.

FatShark HDO FPV Brille

Akku (Lipo)

Batterien sind die Energiequellen des Multicopters und haben einen grossen Einfluss auf Flugdauer und Leistungsfähigkeit. FPV-Copter werden meistens mit sogenannten Lithium-Polymer-Batterien (LiPo) betrieben. Ihr grosser Vorteil besteht in der hohen Energiedichte. LiPo-Akkus bestehen aus einzelnen Zellen. Jede Zelle hat eine Nennspannung von 3.7 Volt und eine Endspannung von 4.2 Volt. Wenn man der Batterie weitere Zellen in Serie hinzufügt, erhöht sich die Spannung der Batterie. Wie im obigen Absatz über Motoren beschrieben, hängt die Geschwindigkeit, mit der sich ein Motor dreht, davon ab, wie viel Spannung der Motor zur Verfügung gestellt bekommt. Je grösser die Spannung, desto schneller kann sich der Motor drehen.

Wie viel elektrische Energie ein Akku speichern kann, ist abhängig von seiner Nennkapazität, welche in Milliamperestunden (mAh) angegeben wird. Der Akku in der Abbildung hat eine Nennkapazität von 1500 mAh. Das bedeutet, dass er während einer Stunde einen Strom von 1500 mA oder dementsprechend 1 A während 1.5 Stunden abgeben kann. Bei der Einheit mAh handelt es sich also um eine kapazitive Angabe, die an eine bestimmte Zeitspanne gekoppelt istSie kann daher auch als Mass dafür angeschaut werden, wie viel elektrische Ladung im Akku enthalten ist.

Da weder Ladung noch Energie verbraucht werden können, sondern nur verschoben beziehungsweise umgewandelt werden, kann technisch gesehen nicht von verbrauchten mAh gesprochen werden, wie dies im Modellbau üblich ist. Der Begriff der «verbrauchten» mAh ist umgangssprachlich jedoch einfacher und dient der Vorstellung, dass die Ladung eines Akkus verschoben wird und somit danach zum Energietransport nicht mehr zur Verfügung steht.


3 Comments

Simon Gabriel · 5. Dezember 2020 at 15:48

Second

puravida · 15. Dezember 2020 at 20:32

Schön, dass auch mal jemand Wert auf korrekte physikalische Ausdrücke legt. Vielleicht einfach noch das nicht weglassen… ;-p

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