- Drone VTOL chế tạo bằng máy in 3D đã bay thành công 130 dặm (khoảng 210 km), trong 3 giờ chỉ với một lần sạc, trở thành một trong những mẫu VTOL in 3D có quãng đường bay và thời gian lơ lửng dài nhất thế giới
- Bắt đầu khi hoàn toàn không có kinh nghiệm về CAD, in 3D hay thiết kế khí động học, và chỉ trong 90 ngày đã tự mình hoàn thành toàn bộ từ thiết kế, in, lắp ráp đến bay thử
- Lần đầu sử dụng máy in 3D Bambu A1 và vật liệu foaming PLA, đồng thời trải qua vô số lần thử sai trong việc tinh chỉnh tham số, cải thiện chất lượng vật liệu, tìm nguồn linh kiện và xử lý sự cố thất thoát công suất
- Nội dung chi tiết về quá trình thiết kế/chế tạo của dự án chưa thể công bố hết do vấn đề khối lượng công việc và biên tập video, nhưng có kế hoạch chia sẻ thêm kinh nghiệm chi tiết nếu có yêu cầu
- Nhận được trích dẫn tweet từ các influencer trong ngành như Reid Hoffman và gây tiếng vang lớn, đây là một trải nghiệm rất có ý nghĩa trong hành trình thử thách phát triển eVTOL cá nhân
Tổng quan dự án và động lực
- Drone VTOL (cất/hạ cánh thẳng đứng) do tự thiết kế và in bằng máy in 3D đã bay liên tục 130 dặm, 3 giờ chỉ với một lần sạc
- Trước đó là người hoàn toàn mới, không hề có kinh nghiệm liên quan như CAD, in 3D hay phân tích khí động học
- Chỉ trong 90 ngày đã tự mình hoàn thành toàn bộ quy trình từ thiết kế, mua linh kiện, lắp ráp đến bay thử
Quá trình thử sai và trưởng thành
- Máy in 3D Bambu A1, vật liệu foaming PLA và phần lớn công cụ, vật liệu đều được dùng lần đầu trong dự án này
- Năng lực CAD cũng chỉ ở mức làm được sketch cơ bản và extrude đơn giản, rồi dần tự học đến mức thiết kế thân VTOL và mô phỏng khí động học
- Tìm nguồn linh kiện, cải thiện chất lượng in, xử lý sự cố thất thoát công suất cùng vô số khó khăn ở từng giai đoạn đã giúp tích lũy nhiều kinh nghiệm thực chiến
Quy trình thiết kế và chế tạo chuyên sâu chưa công bố
- Do vấn đề biên tập video và độ dài nội dung, các quy trình chuyên sâu như chọn tham số thiết kế thân máy, thiết kế CAD khung máy, mua linh kiện, cải thiện chất lượng in, phân tích thất thoát công suất chưa được đề cập đầy đủ
- Nếu có nhu cầu, tác giả sẵn sàng chia sẻ thêm kinh nghiệm thiết kế/chế tạo
Phản ứng từ cộng đồng và mục tiêu sắp tới
- Reid Hoffman đã trích dẫn tweet với ý rằng “trước đây cần một người anh trai và một xưởng xe đạp, còn giờ chỉ cần đúng toolchain”, cho thấy dự án đã thu hút sự chú ý lớn từ ngành và cộng đồng
- Tác giả dự định tiếp tục thử thách phát triển phương tiện eVTOL cá nhân dựa trên trải nghiệm lần này
- Đây là minh chứng rằng ngay cả người không chuyên cũng đã có thể phát triển drone/máy bay tiên tiến chỉ với máy in 3D, tri thức mã nguồn mở và tinh thần thực nghiệm
3 bình luận
Ừm, máy in Bambu của tôi thì chỉ đang in các thành phần board game thôi..
foaming PLA là loại filament đặc biệt mà Bambu đặt tên là PLA Aero.
Bên trong sẽ hình thành bọt khí, nhờ đó có thể giảm mật độ/trọng lượng. Với cùng một thể tích thì trọng lượng chỉ khoảng 50%
Wow.. nếu nhốt kín trong 90 ngày thì chắc cả vũ khí cũng làm ra được luôn ấy nhỉ haha
Ý kiến trên Hacker News
Tôi tò mò về việc so sánh với thiết kế khung foam. Khả năng tùy biến và cấu trúc infill không đặc của chi tiết in 3D rõ ràng là ưu điểm. Về độ cứng, khung in 3D không hiệu quả bằng carbon fiber cho quadcopter, nhưng với máy bay cánh cố định thì có vẻ là một lựa chọn thay thế foam khá ổn. Với quad thì vấn đề độ cứng bị khuếch đại mạnh, nhưng nếu chỉ cất và hạ cánh đơn giản như thiết bị này thì không quá quan trọng (trừ khi là tăng tốc/cơ động cực hạn như drone hiệu năng cao). Nếu ai muốn thử, các linh kiện dùng ở đây có lẽ đều là COTS phổ thông sản xuất tại Trung Quốc, có thể mua trên Amazon và nơi tương tự. ArduPilot dùng làm firmware rất xuất sắc về độ linh hoạt và ổn định, nhưng UX lúc cấu hình thì thuộc hàng tệ nhất. Hầu hết UAS thương mại gần như không ngoại lệ đều dùng PX4
Tôi đã dùng PLA tạo bọt một thành mỏng, nhưng khả năng chịu va đập kém và độ giòn rõ rệt. Nó còn yếu hơn cả foamcore rẻ nhất, EPP và EPO. Điều này thực sự gây vấn đề khi va chạm hoặc thu hồi. Chiếc VTOL đầu tiên tôi từng làm dùng foamcore Readyboard, rơi xuống nhựa đường từ độ cao 12 feet cũng chỉ bị nén nhẹ và tôi thậm chí không phải thay gì. Lần sau nếu in tiếp, tôi định thêm dovetail hoặc ngàm kẹp để tăng độ bền. Các bộ phận avionics và hệ truyền động dùng COTS để có thể mua nhanh. Pin Amprius sản xuất tại Mỹ, còn lại đều là hàng Trung Quốc. Trong thương mại, việc dùng Ardupilot cũng đang tăng dần, nhưng UX thì đúng là khó nhằn
Vật liệu PLA vừa nặng vừa giòn, nên là lựa chọn kém hơn foam rất nhiều cho drone bay. Chỉ hạ cánh hơi mạnh một chút là linh kiện có thể dễ gãy. Máy bay nặng hơn thì hiệu năng bay cũng tệ hơn. Dù vậy, ưu điểm là có thể in lại ngay các bộ phận hỏng. Chỉ riêng điều đó cũng đủ khiến PLA có giá trị. ABS bền hơn và nhẹ hơn, nhưng so với foam thì vẫn nặng. Ngoài ra in ABS cũng có những điểm khó
Trong hệ thống thương mại, bạn mua thứ mà nhà sản xuất đã làm sẵn phần tích hợp và độ hoàn thiện cao, nên UX cấu hình không thân thiện không phải vấn đề lớn. Lý do chính khiến đa số UAS thương mại dùng PX4 là khác biệt về giấy phép và chính sách bảo trì. ArduPilot dùng GPLv3 nên hợp hơn với cộng đồng và dân hobby, còn PX4 là BSD. Các nhà sản xuất thương mại muốn tránh phải công khai mã nguồn phần tùy biến riêng của họ (dù chẳng có gì đặc biệt thì họ vẫn không thích phải công khai)
Tôi rất ngạc nhiên khi thấy dùng cell pin đời mới như Amprius SA08. Giá bộ pin khoảng 1.300 USD, nhưng như Batemo Cell Explorer cho thấy, hiện đây là loại có mật độ năng lượng trên khối lượng cao nhất trên thị trường
Tôi bay nhiệm vụ lập bản đồ bằng drone trên khu đất 200 acre. Hiện tôi dùng dronelink và drone DJI để điều khiển bay. Tổng cộng mất khoảng 3 giờ bay, mỗi pin bay được khoảng 35 phút. Tôi có 4 cục pin, nên để bay liên tục thì phải sạc theo kịp tốc độ tiêu hao (ngay cả dùng sạc 4 cổng cũng không đủ). Nếu có một drone cánh cố định có thể bay qua khu vực rộng và chụp ảnh liên tục thì quá tuyệt. Nhưng tự chế/tự lập trình có vẻ phức tạp hơn rất nhiều so với dùng drone DJI mua sẵn. Thêm nữa, địa hình chênh lệch lớn và vùng trời lân cận không được phép xâm nhập nên việc quay đầu cũng không dễ. Tác giả hoặc ai có kinh nghiệm có thể cho lời khuyên xem máy bay cánh cố định có đáng cho nhiệm vụ này không, hay kinh tế hơn là cứ mua thêm pin cho quadcopter?
Câu hỏi rất hay! Không có nhiều sản phẩm VTOL thương mại dưới 5.000 USD có thể bay liên tục 3 giờ. Cũng khó tìm được thứ nào dễ dùng như DJI. Nếu bạn sẵn sàng thử DIY và học cách dùng Ardupilot hoặc PX4 (cái này dễ hơn), bạn có thể lắp một bộ kit như Heewing T2 VTOL. Nhưng ngay cả với pin mật độ năng lượng cao tương tự, có lẽ cũng khó bay quá 2 giờ
Đừng cố làm mọi thứ bằng một chiếc; tôi khuyên nên cho mười drone cất cánh cùng lúc để vừa làm việc đồng thời vừa sạc đồng thời
Với 200 acre thì không phải 4 giờ mà chỉ khoảng 20–25 phút là phủ xong ở độ cao bay 120 m, với overlap 75–65%. Với Mavic 3 bạn cũng có thể đạt GSD 3,5 cm/px. Tôi khuyên nên tập trung tối ưu overlap và độ cao bay
Drone cánh cố định eBee X có vẻ phù hợp với nhu cầu của bạn
Nếu có thời gian, bạn có thể bước vào thế giới tự ráp drone FPV. Khung, motor, ESC, controller... đều có thể tự thay. So với DJI, bạn sẽ có nhiều quyền kiểm soát và cảm giác thỏa mãn hơn nhiều. Nhưng cần cân nhắc thời gian đầu tư và tính kinh tế
Tôi tự hỏi liệu có thể dùng bốn motor quadcopter để điều khiển hết yaw/pitch/roll mà không cần control surface không. Nếu bỏ được các servo không cần thiết để giảm trọng lượng, liệu có bù lại được phần pin tiêu hao thêm không?
Câu hỏi hay. Trong giai đoạn bay hành trình, việc tiếp tục quay các motor nâng là bất lợi về hiệu suất. Nếu có nhiều motor hành trình đặt ở đầu cánh so với CG thì có thể dùng lực đẩy vi sai để tạo roll, nhưng do vấn đề hiệu suất nên ít dùng. Trọng lượng servo chỉ chiếm tỷ lệ cực nhỏ trong toàn bộ máy bay
Tôi thắc mắc sẽ điều khiển yaw như thế nào
Dự án này thực sự rất ấn tượng. Tôi tò mò bạn đã bắt đầu với những kiến thức hay kỹ năng nào cho dự án này, và ở điểm nào cần học thêm điều mới. Cũng muốn biết bạn đã tùy biến Ardupilot đến mức nào và cách điều khiển drone có gì đặc biệt không
Cảm ơn! Hover, chuyển tiếp và bay cruise đều dùng điều khiển Ardupilot tiêu chuẩn. Firmware chỉ được tùy biến ở tham số và tuning
Ardupilot đúng là phần mềm rất trưởng thành. HUD trong rất nhiều video drone từ Ukraine gần như cũng dựa trên Ardupilot. Hầu hết những gì bạn nghĩ nó làm được thì nó đều hỗ trợ. Máy bay, trực thăng, VTOL, speedboat, du thuyền đều làm được
Có vẻ VTOL chạy được ngay với Ardupilot mặc định mà không cần tùy biến gì nhiều
Thật khó tin đây là sản phẩm của dân không chuyên, ấn tượng đến vậy. Việc tách riêng motor cho bay thẳng đứng và bay ngang giúp thiết kế đơn giản hơn, nhưng có vấn đề kém hiệu quả vì các motor thẳng đứng gây lực cản lớn khi bay ngang. Nếu kích thước lớn thì có thể thành vấn đề, nhưng ngược lại nếu cho motor xoay thì lại tăng trọng lượng và có thể làm giảm tầm bay
Thực ra mức độ kém hiệu quả của cấu hình này không lớn đến vậy. Có thể tối ưu sizing cho motor và cánh quạt hành trình nên có được lợi ích hiệu suất không hề nhỏ. Kiểu tilt-rotor/wing/body khiến motor hành trình cũng phải gánh luôn lực nâng, nên khi cruise motor không ở rpm tối ưu. Hover tiêu thụ điện nhiều hơn cruise khoảng 4–7 lần, nên trong trường hợp đó motor hoạt động ngoài vùng tối ưu. CTO Munoz của Archer cũng từng công khai nhắc đến điểm này
Wing đã dùng gần như đúng thiết kế này rồi. Có thể đoán là qua phân tích và mô phỏng, họ đã tối ưu được nó trên nhiều mặt như chi phí, tầm bay, độ phức tạp và độ an toàn
[Tham khảo thiết kế Wing Aviation](https://en.wikipedia.org/wiki/Wing_Aviation#/media/File:Wing_delivery_Vuosaari_3.jpg)
Các thiết kế VTOL tilt-rotor DIY thực sự rất đa dạng. Tham khảo thêm trường hợp Hackaday về VTOL tilt-rotor
Việc thêm cơ cấu tilt-rotor không mang lại đủ giá trị so với độ phức tạp và trọng lượng tăng thêm trong quy mô và mục đích của dự án này. Đúng là trọng lượng/lực cản phát sinh từ motor và cánh quạt riêng biệt sẽ tăng lên
Quảng bá cá nhân một chút: Aliptera có cấu trúc cánh độc đáo kết hợp cả bốn motor tilt-rotor, để ở chế độ bay thẳng đứng cánh cũng góp phần tạo lực nâng. Nhờ vậy có thể giảm kích thước motor hơn nữa và cải thiện hiệu quả khi bay ngang
Thật tuyệt. Tôi hy vọng nhiều người sẽ được truyền cảm hứng để tự làm thứ mình yêu thích. "Cứ làm thôi và bạn có thể học được." Không cần sự cho phép, không cần lớp học, bằng cấp hay người hướng dẫn
Câu "100 năm trước, để trở thành người tiên phong về bay lượn bạn cần có anh em và một cửa hàng xe đạp. Ngày nay, bạn chỉ cần đúng toolchain" thật ấn tượng. Vòng lặp hiện thực hóa (tưởng tượng → hiện thực) diễn ra nhanh nhất ở những hạng mục mà vòng lặp đó đã tồn tại
Thực sự ấn tượng. Tôi tò mò control surface quan trọng đến mức nào trong thiết kế multimotor
Tôi đã quan tâm tới việc tự chế từ lâu nhưng vẫn chưa thử. Giá mà có các kế hoạch chế tạo chi tiết và hướng dẫn dành cho người mới bắt đầu. Tôi cũng sẵn sàng donate cho dự án hoặc tham gia Patreon