Почему волокно FPV-дрона рвется во время выплаты

Оптоволоконная линия дрона выходит из строя в полете, и первый вопрос почти всегда о марке волокна. Действительно ли это был G.657.A2?? Поставщик отправил что-то дешевле??

Этот вопрос редко ведет куда-либо, потому что степень изгиба определяет, сколько света выдержит крутой изгиб. Ничего не говорится о том, выживет ли стекло, если его сдернуть с катушки на скорости.. Нарушение выплаты является механическим событием., и спецификации, которые это предсказывают, обычно полностью отсутствуют в разговоре.

В этом руководстве рассказывается, где на самом деле выходит из строя волокно., как прочитать показатель прочности на разрыв и не ввести его в заблуждение, почему конструкция катушки так же важна, как и волокно, и что написать в спецификации, чтобы следующую партию можно было судить по чему-то конкретному.

Быстрый ответ: Три числа, которые решают, выживет ли ваше волокно

Третья цифра - та, которая заканчивает полеты, и это тот, который не содержится ни в одной таблице данных. Это происходит из-за конструкции катушки., способ намотки и как быстро разгоняется дрон, не из спецификации волокна.

Если вы читаете здесь только одно: волокно с отличной прочностью на разрыв на плохо намотанной катушке все равно порвется. Катушка не в упаковке.

Где на самом деле не работает оптоволокно дронов

Сбои выплат подразделяются на четыре механизма. Они требуют различных исправлений, и рассматривать их как одну проблему – вот почему одна и та же ошибка продолжает повторяться..

Статический разрыв

В одном случае волокно вытягивается за предел своего предела растяжения — зацепление за препятствие., резкая смена направления, защелка на планере. Всплески нагрузки превышают порог разрыва, и ссылка мгновенно исчезает..

Это механизм, который люди представляют, и это наименее распространенный из четырех.

Динамическая пауза выплат

Напряжение нарастает, пока волокно разматывается.. Катушка, которая спускается неравномерно, слой, который цепляется за слой под ним, ускорение быстрее, чем может обеспечить пакет — каждое из них увеличивает напряжение вверх, и стекло выходит из строя при любой нагрузке, которая может быть значительно ниже номинальной прочности, если в этой точке окажется дефект..

Это преобладающий вид отказа в полете., и это зависит от катушки гораздо больше, чем от волокна.

Повреждения от истирания и трения

Волокно трется о край катушки, выход из жилья, или сам. Покрытие изнашивается, поверхность стекла собирает микроскопические повреждения, и сила падает локально. Разрыв может произойти через несколько минут где-то, что выглядит ничем не примечательным..

Повреждения от трения накапливаются и невидимы., что делает этот механизм труднее всего диагностировать постфактум..

Запутывание и самообрастание

Волокно зацикливается само на себя, ловит планер, или образует узел, когда отрывается от упаковки. Узел в оптическом волокне концентрирует напряжение на радиусе, намного меньшем, чем позволяет класс, и оно там ломается.

Почему “оно сломалось” почти никогда не возникает проблем с оценками

Три из этих четырех механизмов определяются катушкой и профилем полета.. Четвертый — статический разрыв — зависит от прочности на разрыв., и предел прочности не тот, чтонечувствительный к изгибу сорт описывает. А1 и А2 экранированы до одинакового механического уровня и отличаются изгибной оптикой..

Поэтому, когда поставщик подтверждает, что волокно действительно относится к типу А2, поломка продолжается., это ожидаемый результат, не противоречие. Дополнительные сведения о том, как работает привязанная архитектура и сколько она вам стоит., смотрите наш путеводитель пооптоволоконный дрон FPV.

Как прочитать показатель прочности на разрыв

Вот практическая задача. Два поставщика указывают прочность на разрыв.. Один говорит 50 N, другой говорит 500 N. Второй выглядит в десять раз сильнее.

Очень часто оно вообще не сильнее — оно измеряет что-то другое.. Растяжимая фигура не имеет смысла, пока вы не узнаете о ней три вещи..

Вопрос 1: Что было протестировано?

Голое волокно, Волокно с жестким буфером и кабельное волокно — это три разных продукта с тремя разными показателями прочности..

Кабельная конструкция может измеряться сотнями ньютонов, поскольку арамидная пряжа выдерживает нагрузку.. Это число действительно для кабеля., и не имеет отношения к голому волокну на катушке дрона.

Быстрая проверка: если рядом со словами типа «арамид» появляется растягивающаяся фигура, член силы, или усиленный, это описание кабеля. Голое волокно не имеет ни одного из этих компонентов.. Когда страница из голого волокна демонстрирует прочность, которая может быть достигнута только за счет усиленной конструкции, номер и товар не совпадают.

Вопрос 2: Как это тестировалось?

Контрольное испытание и прочность на растяжение — это разные измерения., и разрыв между ними достаточно велик, чтобы выглядеть как ошибка, когда это не так..

• Контрольное испытание — каждый метр волокна при производстве подвергается определенной нагрузке. Все, что не удалось, удаляется. Это порог отбора, не показатель силы.
• Предел прочности — нагрузка, при которой волокно рвется, обычно указывается как распределение Вейбулла, поскольку прочность стекла является статистической, а не единичной величиной..

В следующем разделе объясняется, почему они различаются примерно в шесть раз..

Вопрос 3: Какой блок?

Прочность волокна выражается в ньютонах., ГПа или килофунт на квадратный дюйм в зависимости от таблицы данных, из-за чего характеристики выглядят несравненными, хотя на самом деле это не так.. Все трое свободно конвертируют, потому что напряжение - это сила, деленная на площадь поперечного сечения.

Для стандартного 125 мкм оболочка:

$Азнак\; равноп{р}^2знак\; равноп\times (62.5\times {10}^{-6}{)}^2знак\; равно1.227\times {10}^{-8}{\text{м}}^2$Азнак равнопр2знак равноп×(62.5×10−6)2=1,227×10−8 м2

$\text{Сила(N)}знак\; равно\text{Стресс(Па)}\times А1\text{ ГПа}знак\; равно145\text{ тыс. фунтов на квадратный дюйм}$Сила(N)= Стресс(Па)×А1 ГПа=145 кпси

Что дает:

И наоборот:

Сохраните эту первую константу, и вы сможете самостоятельно преобразовать любую характеристику прочности волокна..

Рабочий пример: читая настоящий даташит

Возьмите лист данных голого волокнаProof Test ≥ 9.0 N / ≥ 100 kpsi а также, в другом месте на той же странице, главная цифра в несколько сотен ньютонов.

Задайте три вопроса:

1. Что было протестировано? Линия контрольного тестирования представляет собой голое волокно.. Фигура в несколько сотен ньютонов на 125 Стекло в микрометрах превращается в десятки ГПа, что превышает теоретическую прочность кремнезема.. Он не может описать голое волокно, так это описание усиленной конструкции.
2. Как это тестировалось? 9.0 N — порог скрининга. Заглавная цифра, чему бы оно ни принадлежало, это разрывная нагрузка. Различные измерения.
3. Какой блок? Оба в ньютонах, так что единицы измерения не являются расхождением.

Две цифры на одной странице, описание двух разных продуктов. Ни то, ни другое не обязательно ложно, но их нельзя сравнивать., и только один из них — это волокно, идущее на вашу катушку.

Сделайте это до того, как сравнивать котировки, и сравнение станет возможным.. Пропустите это, и вы выберете номер, описывающий кабель, который вы не покупаете..

Контрольное испытание против прочности на растяжение

Что на самом деле дает проверочное тестирование

В контрольных испытаниях волокно подвергается определенному напряжению во время производства по всей длине.. Его цель – устранение, не квалификация: любая точка, достаточно слабая, чтобы выйти из строя при этом напряжении, разрушается на заводе, а не на вашей катушке.

А 100 контрольное испытание на фунт на квадратный дюйм, поэтому гарантирует пол. Каждый метр выжил 0.69 ГПа, грубо 8.5 N. Это не означает, что волокно рвется чуть выше этого уровня..

Почему эти два числа различаются примерно в шесть раз

Фактическая прочность на разрыв значительно превышает уровень отбора.. Наше волокно A2 имеет характеристики ≥ 4.00 ГПа при 50 % Вероятность Вейбулла — около49 N — с типичными значениями около50 N, и расширенные версии, измеренные при55–60 Н.

Таким образом, одно и то же волокно законно несет 100 прочность на разрыв ~ 50 Н.. Соотношение составляет около5.9×, и он разработан в:

Если считать первое число вторым, волокно будет выглядеть в шесть раз слабее, чем оно есть на самом деле.. Если воспринимать второе как первое, порог скрининга будет выглядеть как гарантия производительности.. Обе ошибки регулярно появляются в обсуждениях закупок..

Что это означает для вашей спецификации: попроси оба. Контрольное испытание покажет вам производственный цех; предел прочности говорит о рабочем запасе.

Дизайн катушек: Почему внутренняя обмотка имеет значение

Спецификация волокна устанавливает верхний предел того, что может выдержать соединение.. Барабан решает, какую часть этой маржи вы на самом деле получите..

Внутренняя и внешняя обмотка

Внешняя обмотка оставляет волокно снаружи корпуса катушки, подвергается воздействию корпуса, планер и все, что пролетает мимо дрона. Каждый открытый поворот является потенциальной точкой истирания..

Внутренняя обмотка удерживает волокно внутри корпуса во время выпуска. Упаковка защищена от внешнего контакта, и волокно выходит через контролируемый путь выхода, а не отрывается от открытой поверхности.

Механизм прост: меньше внешних точек контакта, меньше трения, меньше мест для захвата волокна во время динамического освобождения. Это особенно важно в режиме сбоя, который приводит к досрочному завершению большинства рейсов — динамическое прерывание выплат., где скачки напряжения возникают из-за нерегулярного расслабления, а не из-за какого-либо отдельного препятствия.

Материал и вес катушки

Масса катушки переносится на протяжении всего полета, поэтому он напрямую конкурирует с аккумулятором и полезной нагрузкой.

3Корпуса из АБС-пластика с D-печатью подходят для этого применения не только по весу.: геометрия может быть адаптирована к конкретному планеру, и доработки не требуют нового инструмента. Это делает их хорошо подходящими для прототипирования и сборок для конкретных платформ.. Литье под давлением становится более экономичным при больших объемах, за счет времени изготовления оснастки и согласования конструкции.

Инженерный момент в том, что геометрия катушки — диаметр ствола, расстояние между фланцами, путь выхода — это переменная дизайна, которая должна соответствовать платформе., не принимается как то, что есть в наличии у поставщика.

Смоляное покрытие и трение

Дополнительный слой смолы поверх намотанного пакета снижает трение между соседними витками и обеспечивает дополнительную защиту во время манипуляций.. Это также добавляет массу.

Стоит ли он того веса, зависит от платформы. Агрессивные профили ускорения, где межслоевое трение с наибольшей вероятностью приведет к резкому увеличению напряжения., принести наибольшую пользу. Медленное контролируемое развертывание может не потребоваться. Спросите своего поставщика, что он рекомендует для вашего конкретного профиля скорости, а не рассматривайте это как универсальное обновление — и обратите внимание, что уменьшение диаметра покрытия, что меняет как плотность упаковки, так и вес, взаимодействует с этим решением.

Скорость выплат и окно напряжения

Каждая катушка имеет диапазон скоростей, в пределах которого волокно выходит чисто.. Ниже этого, слабина может накапливаться и зацикливаться. Над этим, напряжение нарастает, пока что-то не выходит из строя.

Это окно является свойством сборки — волокна, намоточный узор, геометрия катушки и путь выхода вместе — поэтому ни одна таблица данных волокна не может сказать вам, что это такое. Это должно быть измерено на фактической упаковке..

Как это установить:

1. Выполните выплату на скамейке запасных в заданном диапазоне скоростей., с установленной катушкой, как на самолете.
2. Следите за двумя сигнатурами ошибок.: колебание или подергивание (слой ловит) и слабое накопление (выпускать быстрее, чем продвигается дрон).
3. Обратите внимание на скорость, с которой появляется. Ваш операционный потолок находится ниже этого, с запасом.
4. Повторите после любого изменения геометрии барабана., метод намотки, диаметр покрытия или длина волокна.

Агрессивное ускорение является наиболее распространенным способом превышения окна в полете.. Профиль, который работает при устойчивом наборе высоты, может выйти из строя при быстром выезде., и эта разница не появится ни в одной спецификации — только на стенде..

Также актуально дляминимальный радиус изгиба пакет навязывает: плотно намотанная катушка удерживает волокно вблизи предела изгиба на протяжении всего полета, не только в момент релиза.

Длина, Вес и время полета

Длина барабана — это трехсторонняя сделка., и оптимизация одной переменной стоит вам двух других.

• Больше клетчатки означает большую потенциальную дальность и более тяжелый рюкзак.
• Более тяжелый пакет означает более короткое время полета и меньшую грузоподъемность.
• Более короткое время полета означает, что меньшая часть этого теоретического диапазона достижима.

За пределами определенной длины добавленное волокно не может быть использовано в течение оставшегося срока службы., поэтому практический ответ — подобрать размер катушки в соответствии с радиусом вашей миссии плюс запас., а не до максимума, который может поднять платформа.

Сюда же входит и диаметр покрытия.. Уменьшенное покрытие увеличивает длину той же катушки при меньшем весе., ценой более тонкого защитного слоя и другого поведения в обращении. Стоит ли заключать эту сделку, зависит от платформы и от того, какому обращению подвергается волокно перед полетом — механические характеристики волокна с уменьшенным покрытием следует запрашивать конкретно, а не предполагать из стандартной таблицы данных..

Что включить в вашу спецификацию

В большинстве спецификаций волокон для дронов описываются волокно и стопор., что оставляет части, определяющие выживание выплат, полностью на усмотрение поставщика. Эти строки делают партию проверяемой..

Волокно

• Класс волокна и категория ITU-T, которой оно соответствует
• Диаметр покрытия, заявлено явно (200/242 мкм или 245 мкм — не оставляйте это подразумеваемым)
• Уровень контрольных испытаний, в фунтах на квадратный дюйм или Н, с указанной единицей измерения
• Предел прочности, указывается отдельно от контрольного испытания, с базой измерения (типичный, или уровень вероятности Вейбулла)
• Затухание на ваших рабочих длинах волн

Катушка

• Метод намотки: внутренний или внешний
• Материал катушки и общий вес намотки
• Длина волокна на катушку, с терпимостью
• Геометрия катушки: диаметр ствола и конфигурация выходного пути
• Смоляное покрытие: необходимый, необязательный, или не требуется

Проверка

• Траектория OTDR для каждой катушки и запись затухания
• Результаты испытаний на выплату в предполагаемом диапазоне скоростей
• Отслеживание партии от катушки до партии волокна

Два пункта, которые стоит добавить явно:

Прочность на разрыв должна быть указана для голого волокна., не для кабельной или усиленной конструкции.

Уровень контрольных испытаний и предел прочности при растяжении следует указывать как отдельные значения..

Those two lines make it impossible to answer your specification with a number that describes something you are not buying.

How to Verify Before Acceptance

On documentation. Request the per-reel OTDR trace and attenuation record. OTDR shows attenuation along the full length and reveals point discontinuities that a single end-to-end measurement will not catch. Check that the trace corresponds to the reel you received, not to a batch sample.

On the reel itself. Inspect the wind before mounting. Look for crossed layers, uneven tension between layers, and any point where the fiber sits against a sharp edge. A visibly irregular wind will pay out irregularly.

On the bench. Run the pay-out test from the previous section before the first flight, not after the first failure. Это единственный тест, в котором проверяется реальный механизм прекращения полетов., и это стоит одну катушку вашего времени, а не один самолёт.

По партиям. Сохраняйте записи OTDR. Когда случается неудача, разница между катушкой, соответствующей спецификациям, и катушкой, которая не соответствует, видна только в том случае, если у вас есть более ранние записи для сравнения.

Fibconet поставляет нечувствительные к изгибу катушки с голым волокном и намотанные катушки для гражданской и промышленной связи — реагирование на чрезвычайные ситуации, инспекция промышленных БПЛА, поиск и спасение, и временное развертывание сети. Уровень растяжения, диаметр покрытия, смоляное покрытие, конструкция барабана и отчетность OTDR для каждого барабана указаны для каждой платформы; видеть G657A2 Волокно для FPV-дронов на катушке из ABS, напечатанной на 3D-принтере по характеристикам материала, или отправьте нам параметры вашей платформы и диапазон скоростей выплаты, и наша команда инженеров проверит их на соответствие измеренным данным волокна..