Muốn drone bay lâu hơn thì cần pin lớn hơn, nhưng pin lớn lại nặng hơn, mà drone càng nặng càng tốn điện để giữ mình lơ lửng. Thêm món hàng cần chở lại càng rút ngắn thời gian bay. Đó là tam giác mà người làm drone nào cũng phải cân: không có cách thắng cả ba cạnh, chỉ có cách chọn cạnh nào nhường cạnh nào.
Chào bạn, đây là Nhà Phát Minh. Tập này mình ngồi cùng một nhóm sinh viên kỹ thuật ở Hà Nội đang làm drone cho cuộc thi của trường, và nghe họ kể những buổi tối cân từng con ốc để kéo thêm được ít phút bay.
Vì sao gắn pin to hơn không giải quyết được
Ý tưởng đầu tiên của nhóm cũng là ý tưởng của hầu hết người mới: drone bay ít quá thì gắn thêm pin. Họ gắn pin gấp đôi, háo hức bay thử, và nhận về thời gian bay chỉ nhỉnh hơn một chút, không hề gấp đôi.
Lý do nằm ở chỗ một chiếc drone nhiều cánh quạt không có cánh để lướt. Nó phải liên tục đẩy không khí xuống để giữ mình trên không. Nặng thêm bao nhiêu thì phải đẩy mạnh thêm bấy nhiêu, và năng lượng tốn thêm tăng nhanh hơn trọng lượng.
Thế nên mỗi cục pin thêm vào vừa mang theo năng lượng, vừa bắt máy tốn thêm năng lượng để chở chính nó. Tới một mức nào đó, gắn thêm pin gần như không được thêm phút nào, thậm chí còn làm máy ì, khó điều khiển.
Đây là bài học đầu tiên của người làm vật bay: trong trời, trọng lượng là kẻ thù số một.
Săn từng gam: nơi người làm drone thật sự làm việc
Sau lần đó, nhóm bắt đầu cân mọi thứ. Khung, dây điện, ốc vít, giá đỡ camera, cả lớp băng dính quấn dây. Họ lập một bảng ghi trọng lượng từng bộ phận, và mỗi thay đổi đều phải trả lời câu hỏi nó nặng thêm bao nhiêu.
Khung nhựa in được đổi sang khung sợi carbon nhẹ mà cứng. Dây điện dài thừa được cắt gọn. Giá đỡ camera được thiết kế lại cho ít vật liệu nhất mà vẫn đủ chắc. Từng chút nhỏ như vậy cộng lại thành một khoản trọng lượng đáng kể.
Nhưng săn gam cũng có giới hạn. Khung quá mỏng thì rung, rung làm camera nhoè và bộ điều khiển hoạt động kém. Ốc quá nhỏ thì lỏng sau vài lần hạ cánh mạnh. Có một điểm cân bằng giữa nhẹ và bền mà chỉ thử nhiều lần mới tìm ra.
Một thành viên trong nhóm nói vui rằng họ không làm drone, họ làm cân.
Cánh quạt, động cơ và nghệ thuật chọn cặp
Chỗ thứ hai nhóm tìm được thêm thời gian bay là cánh quạt. Nói chung, cánh quạt lớn quay chậm đẩy không khí hiệu quả hơn cánh quạt nhỏ quay nhanh để tạo cùng một lực nâng. Đó là lý do những drone chở nặng hay có cánh quạt rất to.
Nhưng cánh to cần khung rộng hơn, động cơ khác loại, và phản ứng chậm hơn khi cần đổi hướng gấp. Drone đua cần nhanh nhẹn thì chọn cánh nhỏ, drone chụp ảnh hay chở hàng cần bay lâu thì chọn cánh to.
Động cơ và cánh quạt phải được chọn thành cặp. Một động cơ hợp với cánh này có thể nóng ran và phí điện khi gắn với cánh khác. Nhóm dành cả tuần gắn từng cặp lên một bệ đo lực, ghi lại lực đẩy và dòng điện tiêu thụ, để tìm cặp cho nhiều lực nhất trên mỗi phần điện.
Không có cặp tốt nhất cho mọi drone. Chỉ có cặp tốt nhất cho một trọng lượng, một nhiệm vụ.
Hàng chở ăn vào thời gian bay
Cuộc thi yêu cầu drone chở một gói hàng. Mỗi phần trọng lượng của gói hàng lấy đi một phần thời gian bay. Nhóm phải trả lời một câu hỏi thiết kế rất thật: bay xa với hàng nhẹ, hay bay gần với hàng nặng.
Họ vẽ một đồ thị đơn giản trên giấy kẻ ô: trục ngang là trọng lượng hàng, trục dọc là thời gian bay đo được. Đường cong đi xuống khá dốc. Nhìn vào đó, họ chọn điểm phù hợp với luật thi, chứ không cố chở nặng nhất.
Ngoài đời, những người làm drone giao hàng hay phun thuốc cũng làm y như vậy: họ xác định món hàng điển hình, quãng đường điển hình, rồi thiết kế máy quanh đó. Một chiếc máy muốn làm được mọi thứ thường làm việc nào cũng kém.
Có những hướng thoát ra khỏi tam giác, như drone lai có động cơ xăng phát điện, hay drone được cấp điện qua một sợi dây từ mặt đất để treo lơ lửng rất lâu ở một chỗ quan sát. Mỗi hướng lại đổi một thứ khác.
An toàn với pin lithium: điều không được đùa
Pin drone thường là pin lithium có mật độ năng lượng cao, và cũng vì thế mà nguy hiểm nếu dùng sai. Pin bị va đập, sạc sai cách hoặc xả quá cạn có thể phồng lên, nóng và bắt lửa.
Nhóm sinh viên đặt những luật cứng cho phòng thí nghiệm: chỉ sạc bằng bộ sạc đúng loại, luôn có người trông khi sạc, sạc trong túi hoặc hộp chống cháy đặt trên nền không bắt lửa. Pin phồng hay móp là loại bỏ ngay theo cách an toàn, không cố dùng thêm một chuyến.
Pin cũng không được để cạn hẳn sau mỗi chuyến bay, và khi cất lâu thì để ở mức sạc vừa phải chứ không sạc đầy. Nóng quá hay lạnh quá đều làm pin yếu đi và giảm thời gian bay.
Người làm vật bay nào cũng mê những phút bay thêm. Nhưng không phút bay nào đáng đổi bằng một vụ cháy trong phòng.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao drone thường chỉ bay được một thời gian ngắn?
Drone nhiều cánh quạt phải liên tục tạo lực nâng để giữ mình trên không, rất tốn điện. Pin lại nặng, nên thêm pin không làm thời gian bay tăng tương ứng.
Gắn thêm pin có làm drone bay lâu hơn không?
Có nhưng ít hơn nhiều so với mong đợi, vì pin thêm vào cũng làm máy nặng hơn và tốn điện hơn. Tới một mức nào đó, thêm pin gần như không còn lợi.
Cánh quạt lớn có giúp drone bay lâu hơn không?
Thường là có, vì cánh lớn quay chậm đẩy không khí hiệu quả hơn. Đổi lại drone kém nhanh nhẹn hơn và cần khung, động cơ phù hợp.
Làm sao sạc pin drone an toàn?
Dùng bộ sạc đúng loại, luôn có người trông, sạc trong hộp hoặc túi chống cháy, không sạc pin đang nóng hay đã phồng, và cất pin ở mức sạc vừa phải khi không dùng lâu.
Chở hàng ảnh hưởng thế nào tới thời gian bay của drone?
Hàng càng nặng thì thời gian bay càng ngắn và máy càng khó điều khiển. Người thiết kế thường chọn một trọng lượng hàng điển hình để tối ưu máy quanh đó.
