드론 시제품 제작: 핵심 단계와 기대사항 완벽 가이드

하늘 정복은 고대부터 인류의 가장 위대한 전투 중 하나였습니다. 우리 조상들은 하늘이 위험한 적이 될 수 있다고 경고했습니다. 이카루스 전설을 기억해보세요. 새처럼 날고 싶어 했던 소년으로, 아버지가 새 깃털과 왁스로 날개를 만들어 주었습니다. 그는 점점 높이 날다가 태양이 왁스를 녹여 추락사했습니다. 이 이야기는 두 가지 중요한 교훈을 줍니다:

1. 비행기의 기계적 또는 기능적 시제품을 항상 만들고 꼼꼼히 테스트하세요;

2. 안에 타지 않고 테스트하거나 최소한 낙하산은 챙기세요.

다행히 현대 제조와 항공 엔지니어링은 둘 다 할 수 있는 기회를 줍니다. 우리는 항공기 시제품을 원격 조종할 수 있고 짧은 시간에 시제품을 만들 수 있습니다.

드론이란?

드론은 궁극적인 아마추어 비행기가 되었습니다. 가볍고 작으며 날기 쉽고 실제로 개인적으로 제조할 수 있어 메커니즘을 만지작거리는 많은 사람들을 끌어모읍니다. 그러나 드론은 훨씬 이전부터 존재했습니다. 최초의 언급은 1920년대까지 거슬러 올라갑니다.

드론을 만들려는 첫 시도는 성공적이지 않았습니다. 4~6개 로터크래프트 엔진을 가진 헬리콥터 시제품을 만든 여러 발명가들이 있었습니다. 이 비행기들은 너무 불안정하고 비동기화되어 조종사에게 너무 큰 부담을 주어 개발이 최근까지 대부분 포기되었습니다.

항공전자와 전자공학의 현대적 발전으로 드론 기능의 이전 기술적 어려움이 대부분 극복되었습니다. 조종사 문제가 유일한 걸림돌이었기 때문에 드론은 무인화되었습니다. 그러나 이제는 조종사가 전혀 필요 없습니다. 카메라를 장착하고 원격 조종만 하면 됩니다. 현대 전자공학은 이 비행체의 설계를 정말 단순하게 만들어 많은 사람들이 취미로 드론을 만들거나 멋진 영화, 예술, 배달, 심지어 이웃 감시용으로 구매합니다. 고양이를 쿼드콥터로 만들어 영생시키기로 결심한 남자의 이야기도 있습니다.

드론은 무엇으로 구성되는가?

일반적인 드론은 그 기능을 결정하는 다음 요소들을 가집니다:

1. 프레임(Frame). 이것은 주요 부분이자 가장 중요한 부분입니다. 모든 기능적 객체를 함께 고정하고, 구조의 전체 강도를 결정하며, 장치의 공기역학적 특성에 영향을 줍니다. 이 부분은 실질적으로 당신이 직접 설계하고 제조해야 하거나 시제품 제작소의 도움을 받아야 할 유일한 부분이므로 주로 이 부분에 대해 이야기하겠습니다(공학 배경이 없다면 시제품 제조업체가 고품질 프레임을 만들고, 재료를 더 잘 선택하며, 설계에 대해 조언해주므로 결국 더 저렴하고 빠르므로 매우 권장됩니다).
2. 모터(Motors). 원하는 로터크래프트 수에 따라 4~8개의 모터가 필요할 수 있습니다. 모터는 드론 프로펠러가 얼마나 빨리 회전하는지, 따라서 동력 용량을 결정합니다. 저렴하고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공하는 많은 모터 제조업체가 있습니다.
3. 전자 속도 제어기(Electronic Speed Controllers). 프로펠러를 동기화하고 드론이 이상하게 행동하는 것을 방지하는 장치입니다. 이것들도 매우 저렴하고 구하기 쉽습니다.
4. 프로펠러(Propellers). 이것들은 프로펠러의 주요 움직이는 부분입니다. 날개는 복잡한 기하학을 가지며 크기와 형태는 프레임의 무게와 크기에 따라 달라지므로 아마도 프레임과 함께 주문해야 할 것입니다.
5. 배터리, 커넥터, 컨트롤(Batteries, Connectors, and Controls). 커넥터, 배터리, 드론을 날리기 위한 수신기와 원격 조종기 같은 2차 작업을 위한 작은 전자 부품이 필요합니다. 카메라도 아마 필요할 겁니다. 카메라 없이 드론을 나는 건 한 다리로 걷는 것과 같습니다.

보시다시피 현대 산업은 드론 제조를 위한 많은 기성 솔루션을 제공합니다. 전자 장치 제작 자체가 복잡하고 비용이 많이 드는 프로젝트이므로, 취미든 판매 계획이든 기존 부품을 그냥 구매하는 것이 좋습니다. 매출이 늘면 그때 자체 회로 제작을 고려할 수 있습니다. 그러면 드론 성능에 필수적인 두 가지 주요 맞춤 제조 부품만 남습니다. 물론 추가 커넥터와 배터리 인클로저도 만들어야 하지만, 그 설계는 문제가 안 되고 3D 프린팅으로 손쉽게 만들 수 있습니다.

맞춤 드론 프레임 만들기

프레임은 드론의 안정성과 전체 구조에 정말 중요합니다. 비행을 배우면서 물건에 부딪혀 프레임이 손상될 것이 확실하므로 교체하거나 수리하기 쉬워야 합니다.

현재 원하는 프로펠러 수에 따라 여러 드론 프레임 설계가 가능합니다. 프로펠러가 많을수록 드론은 더 안정적이지만 무거워집니다. 가장 중요한 매개변수는 강성과 무게입니다. 그래서 가장 널리 사용되는 재료는 다음과 같습니다.

1. 목재(Wood). 가장 저렴한 재료로 가장 간단한 도구로 가공하여 프레임으로 만들기 쉽습니다. 외관과 신뢰성은 높지 않습니다. 교체하기 쉽지만 최소한의 충격에도 부서질 수 있습니다. 기본적으로 취미용으로 좋은 선택입니다. 프레임은 보통 목재 선반이나 더 간단한 도구로 가공된 후 접착됩니다.

2. 플라스틱(Plastic). 가장 명백한 선택입니다. 많은 폴리머가 가볍고 높은 인장 강도를 가지며, 무엇보다 현대 기술을 사용해 신속하게 가공할 수 있습니다. 예를 들어 플라스틱 프레임은 3D 프린팅이나 우레탄 주조 시제품 기술로 제조할 수 있습니다. 이는 상용 드론 모델 시제품 제작에 정말 좋은 선택입니다. RP 기술로 소량을 쉽게 만들고 조립하여 테스트할 수 있습니다. 준비되면 사출 금형을 주문하세요.

3. 알루미늄(Aluminum). 많은 스트레스를 견딜 수 있는 가장 내구성 있고 견고한 시스템을 만들려면 이 재료를 선택하세요. 세 재료 중 가장 무겁습니다. 보통 그런 프레임은 CNC 가공됩니다. 전문 산업용 드론을 만들 때만 알루미늄 프레임을 사용해야 합니다. 또는 이미 테스트를 수행하고 설계를 승인했으며 드론이 정말 멋지고 반짝거리게 보이고 싶을 때.

프로펠러 만들기

프로펠러는 드론 설계에서 가장 복잡한 부분입니다. 드론 무게에 따라 기하학을 실제로 계산하여 필요한 추력에 도달해야 합니다. 다행히 이를 도와줄 많은 서비스가 있습니다. 기하학이 너무 복잡하다면 시제품 제작소에서 주문할 수 있으며, 유능한 엔지니어들이 완벽한 프로펠러를 설계, 계산, 제조해 줄 것입니다.

명백히 직경이 중요합니다. 날개가 클수록 프로펠러가 더 많은 공기를 퍼올릴 수 있습니다. 그러나 프로펠러가 서로 부딪히지 않게 동기화되어야 합니다. 그래서 더 큰 프로펠러는 기동성이 더 나빠집니다. 더 큰 드론 탑재량과 더 나은 기동성 중 무엇이 당신에게 맞는지 선택해야 합니다.

공격각(Atack angle)은 날개의 또 다른 중요한 특징입니다. 기본적으로 프로펠러가 공기를 치고 빗나가게 하는 각도입니다. 클수록 날개 효율이 좋아지지만 바람 힘이 커지므로 더 큰 모터가 필요합니다. 일정한 피치를 가진 프로펠러의 경우 중심에 가까워질수록 공격각은 낮아집니다. 그러나 교대 공격각을 사용하면 프로펠러 기하학이 너무 복잡해집니다.

프로펠러 날개는 플라스틱 프레임처럼 대부분 3D 프린팅하거나 실리콘 금형으로 주조합니다. 그 방법들이 저비용과 시간으로 복잡한 기하학을 달성하는 데 가장 효율적이기 때문입니다. 날개는 비행 중 드론 진동을 낮추기 위해 좋은 표면 마감을 위해 후처리됩니다.

프로펠러 밸런싱도 기억해야 합니다. 쉬운 과정입니다. 연필과 칼로 할 수 있습니다. 날개를 수평으로 놓인 연필에 장착하세요. 프로펠러가 축을 중심으로 돌아갈 가능성이 높습니다. 연필 바닥 영역에 머무르는 경향이 있는 날개 뿌리 부분을 조금 잘라내세요. 연필에 장착했을 때 날개가 돌지 않을 때까지 반복하세요.