В работе рассмотрим модернизацию квадрокоптера для исследования местности с высоким уровнем радиации. Для того чтобы рассчитать многоступенчатый редуктор, необходимо знать массу устанавливаемой на плату квадрокоптера защиты и приблизительную массу оборудования: датчика для измерения уровня радиации или топографической камеры.
Расположение редукторов на каркасе квадрокоптера показано на рис. 1. Система управления, камера, датчики или другая полезная масса будут расположены в центре конструкции.
Для защиты платы квадрокоптера выбираем теневую экранировку, т. е. свинцовый слой будет находиться снизу, т. к. квадрокоптер будет находиться преимущественно над источниками радиации. Для повышения долговечности работы дрона желательно установить на него как можно большую защиту. Но при этом она не должна быть слишком тяжелой, чтобы не ухудшить его летные характеристики с новым двигателем. Размер защищаемой платы около 4 х 4 см. Толщина слоя свинца, уменьшающая уровень радиации в два раза, — 1,8 см. Стоит взять толщину теневой защиты 1,8 см, потому что при меньшей толщине защита будет недостаточной, а при дальнейшем увеличении толщины образуется слишком сильный перевес дрона, а также снижается эффективность наращивания защиты, так как график пропускаемой защитой радиации от толщины защиты является экспонентой. Итоговая масса защиты:
Vзащ * ρзащ = S * h * ρсвинц = 4 см * 4 см * 1,8 см * 11,3 г/см3 = 325 г.
Массу самого квадрокоптера примем 1 кг, это приблизительная масса среднего квадрокоптера.
Разрабатываемый электропривод должен обладать определенным режимом работы, степенью защиты и условием эксплуатации. Эти характеристики описаны в техническом задании, режим работы S1 выбирается по ГОСТ Р 52776–2007. Режим работы S1 характеризуется работой электродвигателя при постоянной нагрузке. Исполнение привода УХЛ4.1, которое характеризуется температурой эксплуатации от –60 до +40 0С, дает возможность для использования квадрокоптера в исследовании северных частей мира. Также стоит отметить, что при выборе двигателя было уделено внимание габаритам двигателя. Был выбран двигатель из серии электродвигателей постоянного тока коллекторных со стабилизацией частоты вращения типа ДПМ: ДПМ-35-Н1–11.