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Lo que hay que saber para elegir el chasis para un cuadracóptero

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Lo que hay que saber para elegir el chasis para un cuadracóptero

 
Cuadro de aluminio

Cómo elegir el chasis o cuadro para un cuadracóptero? Este tutorial explica las bases de los chasis de los mini quads, y como afecta al comportamiento en vuelo. Hay muchos temas a considerar cuando se intenta elegir el chasis ideal para un dron FPV de carreras.

Indice de contenido

  • Qué es el chasis de un mini quad
  • Materiales
  • Construcción
  • Tamaño
  • Forma
  • Diseño Mono cuerpo
  • Otras consideraciones
  • Evolución de los chasis

Qué es el chasis de un mini quad

 

El chasis de un mini quad es la estructura que contiene los componentes de un mini quad o cuadracóptero.

Cuadro con brazos de plástico

  • Primero: El diseño del chasis determina donde se van a acomodar los componentes y cómo de fácil o difícil será el montaje

  • Segundo: El chasis del cuadracóptero tiene un impacto significativo en el comportamiento del quad. La distribución de peso, la rigidez, el peso, la aerodinámica, todo juega un papel.

  • Tercero: el diseño y material del cuadro determina lo resistente que es al impacto. Los mini quads están diseñados para las carreras FVP y para volar rápido. Los choques son inevitables. Para el aficionado típico con un presupuesto limitado esto es importante.

    Buena protección de las hélicesNo importa lo bien que vuele tu dron o lo chulo que sea. Si acabas todas las sesiones son un brazo del chasis roto no te va a hacer ninguna gracia.

    Como dato interesante y aunque no tiene la menor importancia, se suele denominar a los quads por el nombre de su chasis. No el de sus motores ni el de su FC.

 

 

Materiales para los chasis de mini quads

 

Los chasis para mini quads se fabrican en todo tipo de materiales que puedas imaginar: contrachapados de madera, plástico de una impresora 3D, fibra de vidrio, aluminio, fibra de carbono, titanio, tubos de PVC, placas de fibras de madera, etc. La fibra de carbono es al material más extendido (un 95%) gracias a su coste bajo y excelentes propiedades físicas para un mini quad de carreras:

  • Peso ligero – un cuadracóptero ligero es también ágil, tiene más tiempo de vuelo y se daña menos al chocar
  • Resistencia – La fibra de carbono es relativamente fuerte y durable
  • Rigidez – La fibra de carbono es un material con gran rigidez. La rigidez del chasis es muy importante para la estabilidad y el comportamiento en vuelo

Pero la fibra de carbono también tiene sus desventajas:

  • Es eléctricamente conductora. Si hay algún cable tocando el cuadro se podría producir un corto circuito y acabar los componentes quemados.
  • Bloquea las señales de radio, como las de las frecuencias usadas 2,4 GHz y 5.8 GHz, así que las antenas no deben quedas ocultas por el chasis.

Construcción de chasis de un Mini Quad

 

Cuadro de un cuadracóptero DIY

Simplificando, se puede decir que el chasis de un mini quad tiene 2 partes, el cuerpo y los cuatro brazos.

  • El cuerpo protege los componentes electrónicos: FC, PDB, Cámara FPV, VTX, etc. Típicamente está compuesto de una placa inferior, una placa superior y algún elemento para unir ambas. Los brazos es donde están instalados los motores y a menudo también los ESCs.
  • Los brazos están diseñados para soportar impactos y suelen estar hechos de láminas de 3 y 4 mm de fibra de carbono.

Tamaño

 

Definimos el tamaño de un cuadro como la distancia en milímetros entre los ejes de dos motores en diagonal

Cómo se mide el cyadro de un dron

El tamaño del cuadro tiene influencia en los siguientes factores:

  • Momento de inercia del aparato
  • Resistencia al aire
  • Peso total
  • Tamaño máximo de hélices

Debido a que los motores están montados en los extremos de los brazos, cuanto más lejos están del centro mayor es el momento de inercia del aparato.

La wikipedia define el momento de inercia como una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. Cuanto mayor es el momento de inercia la tendencia a resistir la aceleración angular es mayor, es decir el aparato gira peor. Con el resto de los factores iguales, cuanto más pequeño es el dron más ágil es.

Por otro lado, cuanto más grande es el cuadro mayor resistencia al aire ofrece y mayor es su peso ya que hay más material.

El tamaño el chasis determina cómo de grandes pueden ser las hélices, de ahí que los mini quads se clasifiquen también por el tamaño de las hélices.

Generalmente los chasis y las distintas hélices se emparejan así:

Tamaño de chasis

Tamaño de hélices

250mm

6″

210mm

5″

180mm

4″

150mm

3″

280mm+

7″

 

 

tamaños comparativos de drones

El cuadro anterior sólo pretende dar una idea, y no siempre se ven estas configuraciones.

Independientemente del tamaño del chasis en mm, deberías comprobar siempre el tamaño de las hélices que lleva, por ejemplo: hélices de 5 pulgadas pueden ser montadas en un chasis más grande que 210 mm, o puede que un chasis de 250 mm no acepte hélices de 6”. Todo depende del diseño concreto.

A pesar de que puedes instalar hélices más pequeñas en un cuadro concreto, evitamos hacer eso para un rendimiento óptimo. Podrías tener un quad más ágil usando el cuadro más pequeño que admita el tamaño de hélice escogido. Por ejemplo, nunca pondrías hélices de 4” en un cuadro de 5”. Para eso simplemente utiliza un chasis de 4 pulgadas.

Forma del chasis, disposición de los brazos

 

La forma del chasis, o la disposición de los brazos del cuadracóptero, está determinada por como los brazos están unidos al cuerpo del aparato, y ha sido una parte fundamental en la evolución de los mini quads. Más y más estilos de chasis se han inventado y desarrollado para satisfacer distintas necesidades. Hoy en día las variaciones más populares son:

  • HDistintos cuadros de cuadracópteros
  • X
  • X híbrida
  • X estirada
  • Cuadrado o en caja

Podría parecer que todas las disposiciones son muy parecidas, todas son rectangulares, pero cada una de ellas tiene un comportamiento diferente de una u otra forma. Siempre ha habido debates sobre que beneficios o inconvenientes tiene una u otra forma del chasis, Aquí intentaremos explicar las diferencias entre ellos.

Chasis en H

Los primeros mini quads tenían chasis en H. Parecía que tenían espacio ilimitado para todos los componentes y por ello su montaje no era complicado. Los brazos están conectados por delante y por detrás. El cuerpo une ambos travesaños (delantero y trasero) adoptando todo el conjunto la forma de (sorpresa!) una H. Se crea por tanto un cuerpo alargado y espacioso que puede alojar toda la electrónica confortablemente. Tanto la cámara HD como la batería pueden ir montadas ambas encima de la placa y el peso del quad queda distribuido más uniformemente, Se puede sentir menos ágil que los chasis en X más modernos por el mayor momento de inercia del conjunto, pero alguna gente prefiere este comportamiento para lograr un vuelo más suave en estilo libre. El vuelo en estilo libre es cuando coges tu aparato y simplemente vas a volarlo como si fueses un halcón o una gaviota (Como tú de idiota?). Es decir, sin hacer ninguna carrera con nadie. Menos adrenalina, pero una experiencia que puede ser alucinante.

Chasis en X

En un chasis en X, todos los brazos (de igual anchura y longitud) se unen en el centro formando una X con los motores en las esquina haciendo un cuadrado y el resto de los elementos en el centro. El cuerpo se acorta tanto como sea posible y se pretende que todos los componentes se apilen en el centro para conseguir un momento de inercia mínimo y con ello unas características de vuelo con capacidad de giro instantáneo comparado con los cuadros en H, lo que los hace ideales para las carreras de drones FPV.

Los chasis en X son normalmente más ligeros por la reducción de material, pero debido a la falta de espacio, la construcción puede ser más complicada. Hay que apilar todos los componentes en el centro como si fuese una torre, incluyendo la cámara HD y la batería.

Chasis en X Híbridos

Los chasis en X híbridos tienen los brazos en X pero un cuerpo alargado como los chasis en H. Se podría pensar que esto tiene poca o ninguna importancia en cuanto a las características de vuelo con un chasis en H, puesto que la distribución del peso es prácticamente la misma, pero existe una diferencia en cómo el empuje de los motores es aplicado a la estructura y en como se transfiere la vibración de los motores al FC desde diferentes ángulos.

Chasis en X alargados

Los chasis en X alargados, enlongados o estirados, como queráis, son muy similares a los chasis en X normales, pero la X está estirada y es más larga que ancha. La idea es mejorar el comportamiento en carrera y a altas velocidades.

El chasis en X estirada está pensado para vuelos más fluidos a altas velocidades

Alejando las hélices delanteras y traseras se minimiza la turbulencia, esto permite al mini quad volar rápido de forma más estable y con menos ángulo.

Proporciona más estabilidad en el cabeceo manteniendo la misma agilidad en al alabeo. Esto es conveniente ya que en una carrera, el aparato vuela constantemente inclinado hacia delante. En un aparato de este tipo puede ser necesario reajustar los PID ya que con un ajuste normal para un cuadro en X, el aparato se puede sentir muy sensitivo o inestable al alabeo

Chasis Cuadrados o en cajaChasis en caja

Un chasis cuadrado podría estar basado en un chasis en X o en H con material extra en el exterior uniendo las monturas de los motores. Esto básicamente crea una estructura más fuerte capaz de resistir más castigo antes de acabar con un brazo roto, pero el incremento de material bloquea el flujo del aire de las hélices, además de suponer un incremento de peso y de aumentar la resistencia al aire. No es por ello una buena opción para un aparato de alto rendimiento. Desaconsejable a menos que sea un completo novato con mucho miedo de que se le rompan las cosas (en éste caso, y aplicando la ley de Murphy, no lo romperás. Saldrá volando y lo perderás…)

Otras configuraciones de chasis

gato aplastadoExisten otros diremos de chasis distintos como el “gato muerto” (imagina un gato de dibujos animados aplastado por un camión. Ya lo has visto.) o las colas en V y en A, pero estas configuraciones no son muy populares debido a que son difíciles de ajustar.

Diseño Mono cuerpo

 

Chasis en fibra de carbono

Un chasis puede estar diseñado para tener brazos recambiables. Esto significa peso adicional como tornillos, arandelas, tuercas y una placa inferior extra. Todo esto es mucho peso para un aparato tan pequeño.

Se puede evitar todo este peso con un diseño mono cuerpo también conocido como unibody o monobody) donde los brazos son parte de la placa base. Esto no sólo es más ligero sino que hace el montaje del chasis más sencillo. En cualquier caso, si rompes un brazo tendrías que reemplazar toda la placa inferior. Desmontar todos los elementos puede llevar bastante tiempo.

La tecnología moderna de chasis ha producido diseños súper ligeros con brazos reemplazables y también diseños mono cuerpo muy resistentes. Mientras utilices chasis de calidad, tampoco tiene tanta importancia si es mono cuerpo o no.

En cuanto a la rigidez, los chasis con brazos reemplazables pueden ser tan o más rígidos que los mono cuerpo. La rigidez de un mono cuerpo depende de la anchura y grosor de los brazos y del tamaño y forma de los vaciados (o agujeros) que pueda tener.

Un chasis mono cuerpo de 3 mm podría sentirse muy dobladizo y provocar oscilaciones en el vuelo.

El grosor de la fibra de carbono

 

Distintos espesores en los chasis de loa chadracópteros

Una placa de fibra de carbono más gruesa supone mayor rigidez y resistencia, pero también mayor peso. Los chasis de 150 mm o menores utilizan a menudo placas de 2 mm de grosor, mientras que los chasis más grandes utilizan 3 y 4 mm.

En cualquier caso, el grosor de la fibra de carbono tiene importancia mayormente en los brazos, así que se pueden encontrar placas centrales superiores e inferiores que son más delgadas. Esto está bien porque en la mayoría de los choques son los brazos los que se llevan el impacto. Los brazos de 4 mm son los más normales. Algunos competidores serios utilizan brazos de 3 mm para ahorrar peso. Usar brazos de 3 mm también implica reducir el momento de inercia y hacer que el aparato sea más ágil.

Lijando los bordes afilados de las placas de fibra de carbono.

Si tu chasis de fibra de carbono viene con bordes afilados, es mejor pasarles una lija para matar el filo. Los filos pueden cortas cables o las cintas de agarre de la batería.

Haz el lijado bajo un chorro de agua o usando una máscara para evitar inhalar el polvo de fibra de carbono. Una vez esté lijado aplica cola de cianocrilato a los filos lijados para evitar delaminaciones en los golpes.

Otras consideraciones

 

La Rigidez. Hemos mencionado la importancia de la rigidez del chasis por lo menos en media docena de ocasiones. Un chasis bien diseñado debería ser fuerte, resistente a los golpes y rígido. Si los brazos se doblan o flexan durante el vuelo, el quad sufrirá vibraciones por lo que será un aparato difícil de ajustar y probablemente la grabación de vuelo será muy mala. El FC también tendrá que trabajar más duro para estabilizar el vuelo y el aparato podría incluso sufrir calentamiento en los motores

El peso es otro factor fundamental en el comportamiento del quad. Toda la fibra de carbono de buena calidad viene a pesar lo mismo. La mayor diferencia en el peso está en el diseño del chasis, cuanto material se ha usado o retirado, cuantos tornillos y de qué tipo se emplean, etc.

Durabilidad. Es muy difícil predecir cómo de durable va a ser un chasis simplemente mirando a las fotos y a las especificaciones. Lo mejor es buscar críticas de gente que los han probado, también puedes mirar si los componentes quedan bien protegidos por el chasis y así nada queda expuesto a los golpes.

Angulo de la cámara FPV. Hay gente que usa ángulos verdaderamente locos para la cámara FPV como 60º. La mayoría de los fabricantes de chasis asumen que los pilotos van a volar más despacio y sólo permiten ángulos de cámara más moderados. Asegúrate que tu chasis tiene lo que tú quieres.

Opción de cámara HD. Si quieres volar con una GoPro o una Runcam 3, asegúrate que el chasis está concebido para cargar con una cámara. Aveces tienes que fabricarte una montura si ésta no viene incluida en el kit.

Repuestos y garantía. Si no encuentras repuestos, cuando rompas algo vas a tener que reemplazar todo el chasis, así que es muy importante que los haya disponibles. Algunos fabricantes ofrecen una garantía “de por vida”, que te permite obtener cualquier repuesto cuando rompas algo. Aunque estos chasis suelen costar algo más, es una opción que se puede considerar.

Protección para los motores. Algo de material extra alrededor de los motores podrían potencialmente protegerlos en caso de choque. El inconveniente es el peso añadido.

Filos de carbono achaflanados – Cada vez son más los chasis que traen los filos de la placa achaflanados. Te puede ahorrar mucho trabajo de lijado.

Localización de la batería: arriba o abajo? Debería estar la batería LiPo situada en la parte superior o en la parte inferior del chasis? Este es otro tema controvertido y posiblemente se resuma a preferencias personales y a lo que permite en chasis. Si se tuviera la opción de situarla arriba o abajo, es posible que la mejor opción fuese arriba por los siguientes motivos:

  • Acerca el centro de masa al plano donde están situadas las hélices, donde el empuje está siendo generado. Esto reduce el momento de inercia al rotar y que el quad maneje las curvas mejor.
  • Aterrizar sobre la batería podría dañarla (chocar es otro asunto, porque no se puede predecir que parte llegará al suelo antes)
  • El efecto péndulo al montar la batería en la parte inferior hace que el control sea un poco menos preciso cuando se realizan movimientos extremos, pero en cualquier caso es bastante común montar la batería en la parte inferior debido a las limitaciones de espacio.

Evolución de los chasis de mini quads

 

El mundo de los mini quads evoluciona extremadamente rápido, y parece que los productos pueden quedarse obsoletos en cuestión de meses, En esta sección daremos un repaso (no se trata de una comparación) a algunos diseños de chasis interesantes a través de la historia de la humanidad…

Los chasis Blackout fueron el comienzo los mini quads. Cuando salió, allá en la prehistoria, en 2014, era muy caro y difícil de conseguir. Poco después la salida del modelo ZMR250 lo hizo accesible a todo el mundo. Muchos lo consideran un clon del Blackout. La mayoría de los quads en este tiempo eran de 250 mm y funcionaban con hélices de 5 y 6 pulgadas.

Cuadro de fibra de carbono

Los chasis Lumenier QAV se hicieron populares por Charpu, que estaba esponsorizado por ellos. También estaban los chulos pero pesados Atas Defiance 265 y el Robocat.

El Alien de ImpulseRC fue un chasis icónico porque fue uno de los primeros modelos híbridos en X y fue utilizado por muchos de los mejores pilotos del momento. El Armattan de la serie F también era popular entonces.

Cuadro en X

El tamaño más usado de hélice se quedó por fin fijado en 5” porque la mayoría de la gente creía que es el que ofrece el mejor equilibrio entre potencia y agilidad, Y entonces fue cuando empezamos a ver más chasis en X.

El cuerpo alargado permite alojar los componentes cómodamente

En algunos chasis que salieron en la antigüedad, allá por la segunda mitad de 2016 se empezaron a ver como los soportes verticales eran sustituidos por placas laterales. El Armattan Armadillo y el DemonRC Fury son buenos ejemplos de esto.

Cuadro de un dron con los brazos muy delgados

Al principio de 2017 se comienzan a combinar en los chasis el aluminio en con la fibra de carbono. El nuevo diseño crea una estructura fuerte que tiene un aspecto formidable. Un par de estos chasis, el DQuad Obsession y el Armattan Chameleon están entre los cinco mejores chasis de 2017.

Cuadro de un mini quad

Comprar clones para ahorrar dinero?

 

Bueno, esa es una pregunta delicada. Tengo claro que si mi cartera no tuviese fondo nunca compraría clones, pero desgraciadamente, lo tiene, y el dinero es el dinero.

Cuadro de un dronDesde el punta de vista ético, a las compañías les cuesta varios meses y un montón de dinero diseñar y lanzar cada nuevo modelo de quad, y a los copiones no les cuesta nada replicar el diseño de un chasis, ya que después de todo no es mas que una placa de fibra de carbono cortada, es por ello inevitable que los fabricantes sufran de ese copiado. Los clonadores pueden vender su producto mucho más barato porque no tuvieron que investigar en el desarrollo del producto y porque normalmente tampoco utilizan unos materiales de primera calidad para la fabricación.

Puede que hayas ahorrado un dinerito usando este producto clonado de baja calidad, pero esto es malo para las compañías que invirtieron en el desarrollo del producto y a la larga malo para el hobby, así que si te lo puedes permitir, nuestra primera recomendación es que intentes adquirir el producto genuino.

Conclusión

 

Se puede valorar el comportamiento de un motor o de un ESC de una forma objetiva con cierta facilidad, pero es muy difícil intentar hacer lo mismo con los chasis. Hay mucho que considerar: el diseño, la estética, las características de vuelo, etc. En cualquier caso esperamos que este post te haya ayudado un poco a entender las bases del diseño de los chasis para mini quads y que te ayuden a tomar decisiones en tu próxima construcción.

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