Hardware · CAD · Additive Fertigung
Iterative Entwicklung eines leistungsorientierten Drohnenprototyps
Eine flugfähige, selbst konstruierte erste Revision, deren Flugtests, Materialverhalten und Wärmemessungen die Auslegung einer neuen 7-Zoll-Revision mit bis 12S geeigneten Komponenten bestimmen.
Revision 1 flugfähig · Revision 2: Komponenten bestellt, CAD in Entwicklung
- Zeitraum
- 2026 · Revision 1 flugfähig, Revision 2 in Entwicklung
- Konstruktionsiterationen
- 4–5 größere Onshape-Revisionen
- Revision 2
- 7-Zoll-Carbonrahmen · Komponenten bis 12S
- Dokumentierte Ausgaben
- ≈ 424 € bei 700 € Budget
Ziel und Rahmen
Ziel war eine kompakte, leistungsorientierte Drohne ohne fertigen Rahmen von der Stange. Revision 1 war auf einen 6S-Antriebsstrang mit einer Zielgeschwindigkeit von rund 170 km/h ausgelegt – hergeleitet aus der Pitch Speed dieser Motor-Propeller-Kombination und nie als Messergebnis behauptet. Mit der vollständig neuen Auslegung von Revision 2 liegt das Entwicklungsziel bei 400 km/h. Auch dieser Wert ist bislang weder erreicht noch messtechnisch nachgewiesen.
Ich habe das Projekt in rund 200 Stunden eigenständig umgesetzt: Komponentenauswahl, mechanische Konstruktion, additive Fertigung, Löten, Aufbau, Betaflight-Konfiguration, PID-Abstimmung und Flugtests.
Mechanische und elektrische Konstruktion
Tragender Rahmen, Verkleidung und die Anordnung der Komponenten entstanden in vier bis fünf größeren Onshape-Iterationen. Die Geometrie musste Steifigkeit, Aerodynamik, Kühlung, Bauraum, Reparierbarkeit, Druckbarkeit und Kosten gegeneinander abwägen.
| Baugruppe | Wahl in Revision 1 | Konstruktive Begründung |
|---|---|---|
| Motoren | T-Motor Velox V2207 V3 · 2050 KV · 6S | Leistung bei kontrollierten Komponentenkosten |
| Flugsteuerung | SpeedyBee F405 V5 · 55-A-Stack | Zuverlässigkeit bei einer zentralen Systemkomponente priorisiert |
| Funkstrecke | RadioMaster RP3 V2 · ELRS | Robuste Verbindung mit kompaktem Empfänger |
| Navigation | HGLRC M100 Pro GPS | Benötigte Positionsbestimmung ohne Bezahlung ungenutzter Funktionen |
| Antrieb | T-Motor T5143S · 5,1 Zoll · dreiblättrig | Auf den gewählten 6S-Antriebsstrang abgestimmt |
Flugtests und Erkenntnisse
Revision 1 absolvierte einen Schwebetest und zwei kontrollierte Flüge. Früh in der Testphase stürzte der Prototyp ab, als PID-Abstimmung und meine eigene Flugerfahrung noch nicht ausreichten. Ich habe daraufhin im Simulator geübt und eine zweite, leichter zu fliegende Trainingsdrohne aufgebaut, bevor ich weitergemacht habe – günstiger, als den Prototyp wiederholt zu reparieren.
Erkenntnisse aus Revision 1
Die praktischen Tests zeigten drei zusammenhängende Schwachstellen. Rahmenresonanzen erschwerten die PID-Abstimmung, und die PA-CF-Struktur wurde mit zunehmender Feuchtigkeitsaufnahme nachgiebiger. Infrarotmessungen zeigten außerdem einen Wärmestau um Flugcontroller und 4-in-1-ESC. Schließlich brachte der oben montierte Akku zu viel Masse in die obere Struktur.
Jede Erkenntnis führt direkt zu einer Änderung in Revision 2:
- Vibration: Wechsel vom gedruckten PA-CF-Tragrahmen zu einem symmetrischen 7-Zoll-Carbonrahmen
- Kühlung: gezieltere Luftführung und neue Anordnung von Flugcontroller und ESC
- Gewichtsverteilung: Akku tiefer positioniert, leichtere Komponenten nach oben
- Steuerung: DJI O4 FPV vor allen Leistungstests ergänzt
Revision 2 · grundlegend neu ausgelegt
Für Revision 2 sind alle Komponenten bestellt, ein erster CAD-Stand liegt vor und die Konstruktion wird weiterentwickelt. Der neue Aufbau ersetzt Rahmen, Motoren, ESC, Flugcontroller und Propeller. Aus Revision 1 werden das GPS-Modul und der ELRS-Empfänger übernommen; auch die vorhandene ELRS-Fernsteuerung bleibt im Einsatz.
Die tragende Struktur bildet ein symmetrischer 7-Zoll-Carbonrahmen. Darauf wird eine selbst in CAD konstruierte, 3D-gedruckte Verkleidung aufgebaut, um die Aerodynamik zu verbessern. Damit werden die Aufgaben klar getrennt: Der Carbonrahmen liefert Steifigkeit, während die Verkleidung Form, Luftführung und Bauraum bestimmt.
Der neue Antriebsstrang kombiniert T-Hobby-2816SE-Motoren mit 800 KV und 7×13-Zoll-Zweiblattpropeller. Die Komponenten sind bis 12S ausgelegt, entsprechend 44,4 Volt Nennspannung und 50,4 Volt bei voll geladenem Akku. Ein JIJIEFPV-F722-12S/120A-FC/ESC-Stack übernimmt Flugsteuerung und Leistungsregelung; DJI O4 ergänzt die FPV-Sicht.
Das Entwicklungsziel liegt bei 400 km/h. Dieser Wert beschreibt ausschließlich die Zielsetzung der zweiten Revision: Eine erreichte Höchstgeschwindigkeit wird erst veröffentlicht, wenn der neue Aufbau kontrollierte mechanische, thermische und flugtechnische Tests sowie eine belastbare Messung bestanden hat.
- Tragstruktur: symmetrischer 7-Zoll-Carbonrahmen
- Aerodynamik: selbst konstruierte, 3D-gedruckte Verkleidung
- Antrieb: T-Hobby 2816SE · 800 KV · 7×13 Zoll · zweiblättrig
- Elektronik: JIJIEFPV F722 · bis 12S · 120 A · DJI O4 FPV
- Übernommen: GPS-Modul, ELRS-Empfänger und ELRS-Fernsteuerung
Wirtschaftliche Betrachtung
Revision 1 war gegen ein Budget von 700 € geplant und kam auf rund 424 € dokumentierte direkte Ausgaben, einschließlich Fernsteuerung, etwa 1,4 kg Entwicklungsmaterial und 105 € DJI-O4-FPV-Hardware. Ohne diese FPV-Hardware kostete Revision 1 rund 319 €.
Die meisten Komponenten in Revision 2 zu ersetzen, ist eine bewusste technische und wirtschaftliche Entscheidung. Revision 1 diente als Lernplattform und zeigte, wie Struktur, Kühlung und Massenverteilung verändert werden müssen. Eine weitgehende Weiterverwendung der 6S-Hardware hätte zwar kurzfristig Kosten gespart, zugleich aber die neue Leistungsklasse und die konstruktiven Verbesserungen begrenzt.
| Entscheidung | Wirtschaftliche Begründung | Technische Konsequenz |
|---|---|---|
| Motoren, GPS und Material | Ausgewählt für ausreichende Leistung, ohne ungenutzte Reserven zu bezahlen | Erfüllen die aktuellen Prototypanforderungen |
| Flugcontroller und ESC | Höhere Ausgabe für die zentrale, zuverlässigkeitskritische Elektronik | 55-A-Stack statt No-Name-Alternative gewählt |
| Eigener gedruckter Rahmen | Kein verfügbarer Rahmen passte zur angestrebten Geometrie | Schnelle Konstruktionsänderungen, dafür 10–15 Entwicklungsdrucke |
| Carbonrahmen plus eigene Verkleidung | Steifigkeit und frei anpassbare Aerodynamik werden getrennt gelöst | Tragfähige Standardstruktur mit selbst konstruierter Außenform |
| Neuer Antriebsstrang statt Weiterverwendung | Mehrkosten werden zugunsten der neuen Leistungsklasse akzeptiert | Bis 12S ausgelegtes System; nur GPS, ELRS-Empfänger und Fernsteuerung werden übernommen |
Ergebnis
Revision 1 ist abgeschlossen: Sie belegt, dass das selbst konstruierte System fliegt, und lieferte konkrete, gemessene Konstruktionshinweise für den nächsten Aufbau. Der bisherige Wert des Projekts liegt in dieser Beweiskette – aus drei Flügen wurde eine konkrete, begründete Spezifikation für Revision 2 statt einer Neukonstruktion nach Bauchgefühl, einschließlich der Entscheidung, die Leistungsklasse zu wechseln statt zu flicken.