У моделей самолетов с авиадвигателями, работающими не на топливе, а от электричества, дело обстояло получше, но для вертолетостроения электромоторы на протяжении более ста пятидесяти лет, с самого момента их появления, были абсолютно непригодны. Вертолеты на видео 1982 года тоже имеют ДВС-двигатели.
Однако время не стоит на месте, и постепенно появились две необходимые для подъемной электротяги вещи. Во-первых, появились малогабаритные, а также и бесщеточные, или вентильные, электромоторы (https://ru.wikipedia.org/wiki/Вентильный_двигатель).
Дело в том, что до их появления никакие электродвигатели не давали такой мощности, которая была бы достаточной для подъема нужного веса при приемлемой собственной массе. Поэтому электрические моторы можно было применять в автомобилях, трамваях и метро, с их помощью можно было бриться, перемалывать пищу и качать воду. Можно было даже исхитриться и добавить к ним крылья, поставив их на самолет. Однако, первые электродвигатели в самолетах непременно проигрывали по ДВС по всем параметрам. Правда, не все электромоторы нового поколения изначально предназначались для авиации, сейчас мы об этом поговорим.
Рыбак-вертолетчик, 2023 г. Модель с ДВС
А во-вторых, появились компактные и ёмкие аккумуляторы, чему, скорее всего, значительно поспособствовало развитие мобильной электроники. Например, стали производиться литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, которые пришли на смену никель-кадмиевым и никель-металлогидридным.
Самые первые аккумуляторы не были легкими и компактными, а поднять такой в воздух не представлялось возможным. Поначалу их пытались применять и в автомобилях, но появился двигатель внутреннего сгорания и на тот момент быстро поставил точку в развитии электромобилей. Современные же литий-полимерные аккумуляторы позволили получить бо́льшую ёмкость на единицу массы.
Перопроходцы
Proxflyer
Первым соединить достижения новых технологий догадался норвежский инженер Peter Muren. Он создал сайт с описанием своего первого изобретения в 2003 году, если Archive.org не врет. Сайт назывался Proxflyer.com (именно с таким написанием, через «Y») и содержал фото и видео полетов невероятного для того времени устройства: вертолета размером всего лишь с пачку сигарет, при этом управлявшегося дистанционно.
Не забывайте, что Ютуб был открыт только в 2005 году, поэтому ролик был залит позднее.
Приводы от электромоторов были выполнены на шкивах, а в качестве ремней использовалась тонкая резинка типа той, которая использовалась в пассиках для кассетных магнитофонов. Шестерней в данной схеме не было. Один мотор крутил оба винта, другой — поворачивал хвост.
Питер смог добиться нужной массы устройства, использовав в своем вертолете новые литий-полимерные аккумуляторы. Для уменьшения веса лопасти и части корпуса вертолета были сделаны из бальзового дерева. В качестве моторов он применил те, которые тогда только что появились и поначалу применялись в виброзвонках пейджеров (кто не знает, что такое пейджер, спросите у своих родителей) и мобильных телефонов. Такие электромоторы так и называли: Pager motor (моторчик из пейджера). Поэтому первые микромоторы делались совсем не для вертикального взлета.
Позже Питер соорудил другие модели, где смена положения вертолета в пространстве осуществлялось путем изменения скорости вращения одного из двух соосных винтов, а ими управляли отдельные моторы. Всего за подъем их отвечало два.
Движение вперед осуществлялось за счет третьего электромотора, установленного не вертикально, как у классических вертолетов или как у первой модели, а горизонтально и поднимавшего хвост модели кверху.
Инженеру удалось найти такое сочетание миниатюрных и легких моторов с другими снижающими вес деталями, которое, наконец-то, позволило модели воспарить над столом.
Получив патент на свое изобретение, Питер занялся усовершенствованием своих моделей, а чуть позже фирма Interactive Toy Concepts стала производить игрушечные вертолеты по его схеме.
Pixelito
Второй схемой, разрабатываемой параллельно, стала схема с вертикальным влетом моделиста из Бельгии по имени Александр. Он назвал свой вертолет Pixelito. Александр применил в нем схему, отличную от Proxflyer, с одним несущим винтом.
Стабильности ее полёта способствовало специальное устройство на винте: за неимением приемлемых по весу электронных стабилизаторов полета, на винт ставилось массивное навершие, выполнявшее при раскрутке роль гироскопа (сверху на изображении, над винтом, находится балансир (flybar, Bell/Hiller bar)).
Как бы в последствии конструкторы ни пытались, без этой штуки вертолеты с одним винтом летать отказывались. Напомню, что первой вертолетной схеме балансир был не нужен или, может быть, его функцию частично выполняло ограничительное кольцо на лопастях из бальзового дерева.
В этой модели моторчика было тоже два: для основного винта, который позволял лететь вверх-вперед, и для стабилизирующего пропеллера, с помощью которого можно было поворачивать. Модель получилась невероятно маленького размера, о чем можно судить по фото с хомячком, оно 2003 года, так что сорри за качество. Модель весила всего 6,9 грамм.
В 2003 году Александр был уже почти у создания работоспособной модели, и нашел Питера, создателя Proxflyer. Они решили объединить усилия, и таким образом довели свои модели до рабочих прототипов.
В записи от 15 Декабря 2003 года говорится:
«Сегодня мы с Питером с удовольствием представляем результат наших последних совместных разработок. Я создал вертолет Pixelito, а Питер — Proxflyer Micron (на тот момент уже не первую модель норвежца — мое примечание). Pixelito — это вертолет с моей собственной системой контроля ротора, а дизайн Питера уже довольно хорошо известен. Мы называем их роботами, потому что такое название характеризует их лучше всего. Примерно 2 недели назад мы с Питером провели чудесные выходные у меня дома и после этого решили, что было бы неплохо вести совместные исследования, каждый у себя дома, но двигаясь к общей цели. Это вылилось в создание модели весом всего 6,9 грамм вместе с аккумулятором, и мы оба знаем, что это не предел.
Александр и Питер.»
Видео только что созданного мини-вертолета Pixelito, но в ролике им управляет друг его создателя, автор Proxflyer Peter Muren. Можно догадаться, что Александр держит камеру.
Pixelito, 2003 год.
Третьим прототипом могла бы стать нашумевшая в то же самое время разработка японской фирмы Seiko Epson. Модель могла летать только вверх и вниз.
К сожалению, после первой же новости об этом соосном летающем чудо-устройстве информация про него исчезла, осталась только статья с описанием: https://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?02/35/48.
Судя по всему, разработка не удалась и не получила дальнейшего развития, к тому же, не было ни одного видео с демонстрацией его работы. На фото видно, что в ней была использована схема, в которой соосные винты сочетались с балансиром.
Развитие электрического вертолетостроения
С появлением летающих прототипов идею подхватили и другие производители игрушек, и, используя новые двигатели, аккумуляторы и подобрав более современный и легкий пластик, стали производить модели вертолетов одну за другой, сначала по норвежской схеме, ну а потом и по подобию Pixelito, по-моему, первые серийные модели так и назывались — Pixelito.
Вертолет одной из первых моделей по схеме, аналогичной Proxflyer, фирма Syma, 2007 год
Также одна из первых моделей английской фирмы Fastek Computers, 2007 год
Что сейчас там происходит и на какой стадии находится производство, неизвестно.
Улучшения и повышение стабилизации полета
В то время как первые игрушечные вертолеты имели всего 2 канала управления (вперед-вверх и поворот лишь в одну сторону), любители для себя делали и модели на многоканальном радиоуправлении. Чтобы управлять самыми первыми моделями дистанционно управляемых вертолетов, требовалась довольно долгая тренировка, поскольку ровно удержать его в воздухе было довольно трудно, и многое зависело от мастерства пилота.
Для самых простых игрушечных вертолетов вместо радиоуправления применялось управление по инфракрасному излучению. В более продвинутых моделях — по радиоканалу. В дешевых моделях оно было двухканальным, чем дороже — тем каналов управления становилось больше.
В самых дешевых моделях на смену двухканальному управлению добавили третий, и управление стало больше походить на полноценный полет. Вот только держаться в воздухе, несмотря на множество каналов, было все еще непросто.
Обратите внимание, как трудно пилоту совладать с удержанием модели на месте:
Одна из первых моделей вертолетов по схеме Pixelito, 2007 год.
Чем больше пропеллеров было в модели, тем труднее было согласовывать их работу. Тот же вертолет Chinook с картинки выше, без гироскопа колбасило при полете так, что становилось сомнительным применение двух пар винтов. Для полета же моделей с тремя и более количеством двигателей требовалась электроника, на порядок сложнее вертолетной.
Поначалу стали экспериментировать с количеством электромоторов. Это сейчас почти всегда ставится знак равенства между дроном и квадрокоптером, но на заре их появления было совсем не так.
Изначально многомоторные модели собирали исключительно энтузиасты. Почти сразу же возникла идея ставить на модели компактные камеры, которых в то время было не много, а GoPro появилась уже позже, и удачно вписалась в тренд. Камеры собирали из собственноручно припаянных контроллеров к камерам от мобильных телефонов и так далее. Конструкторы мультикоптеров подбирали материалы для их рам, экспериментировали с разными электродвигателями, стали собирать различные модули для согласованного управления пропеллерами и гироскопы, писать для этого ПО и обмениваться удачными находками друг с другом. Получалось с переменным успехом.
Пока не было надежной электроники для согласования моторов и не появились миниатюрные гироскопы, смотреть на полеты таких устройств жутковато. Здесь были и поломанные рамы, и потерянные видеокамеры, и утонувшие в водоемах дорогостоящие электронные модули. Однако год от года стабильность, дальность полета, простота управления и качество снимаемых видео постоянно возрастали.
Появились коптеры с тремя, четырьмя, пятью, шестью, восемью и более пропеллерами — соответственно, трикоптеры, квадрокоптеры, пента-, гекса- и октакоптеры.
Один из первых трикоптеров, 2023 год
И вот, после долгих экспериментов, модели стали уже летать стабильно. Можно было не бояться, что она завалится на бок при полете или что вибрация при полете будет мешать управлению.
Поначалу все ставили себе столько пропеллеров, сколько хотели, но позже каждой схеме, все же, нашлось свое применение.
Пролет квадрокоптера с камерой GoPro Hero 3 на борту через фейерверк, лучше смотреть в HD, 2023 год
Возможно, скоро нас ждут аэротакси, огромные пространственные трехмерные скульптуры из дронов на любом большом празднике, доставка посылок и корреспонденции вне зависимости от того, где вы находитесь, а пиццы — всего лишь за три минуты!
