- Бпла – что это?
- Начало массового производства дронов dji
- Введение
- Kaptainkuk
- Mikrokopter и первый квадрокоптер
- Автопилот wookong от dji для мультироторных дронов.
- Автопилот для вертолета от dji. xp3.1 waypoint
- Аэростаты
- Бомба с крыльями
- Будущее индустрии.
- Войны дронов
- Демонстрация полета
- Дрон dji inspire 1
- Дроны навсегда. каким был первый беспилотник и как будет развиваться эта технология
- Законодательное регулирование
- Квадракоптер «karma» от компании gopro
- Летающий “автомобиль” для армии сша.
- Мультикоптеры-игрушки
- Немного истории и перспективы развития беспилотников
- Октакоптер «alta 8» компании freefly systems с верхним креплением съемочной камеры
- Первый беспилотный самолет
- Принцип действия
- Революционный дрон dji «inspire 1»
- Составные части квадрокоптера и процесс сборки
Бпла – что это?
Прежде, чем приступить к историческим аспектам, стоит выяснить, что же такое БПЛА? Аббревиатура расшифровывается как беспилотный летательный аппарат (распространенное сокращение – беспилотник). Представляет собой устройство, которая поднимается в воздух с помощью пропеллеров и управляется дистанционно.
Эти аппараты очень маневренны и в зависимости от задач, для которых они разработаны, имеют различные размеры (чаще всего небольшие). Они могут работать как на открытом воздухе, так и в труднодоступных местах: тоннели, трубы. Устройства без проблем поднимаются на большую высоту, функционируют в местах с аномально низкими или высокими температурами. Это отличные помощники для военных целей, а также для инженеров, спасателей, фотографов, путешественников.
Начало массового производства дронов dji
Настоящий коммерческий бум мультироторных дронов предназначенных для аэросъемки начался благодаря китайской компании DJI (Dajiang Innovation Technology Co). Сперва, компания выпустила на рынок полностью готовый к установке автопилот с навигационным блоком на базе GPS, для классического вертолета. До этого, подобную продукцию для гражданского рынка делала только британская фирма Carvec. Система от DJI получила название XP3.1 WayPoint, и цену около 10000 долларов США.
Введение
БПЛА (БЛА/UAV) — беспилотный летательный аппарат, дрон. До начала 21 века применялся исключительно в военных целях. С недавнего времени беспилотники получили широкое применение как в быту, так и в бизнесе. В данном обзоре мы собрали исторические факты о том, как зарождалась беспилотная индустрия.
Kaptainkuk
Компания не выпускает уже готовые летательные аппараты, она специализируется на разработке специализированных микроконтроллеров для дронов, ПО к ним. KaptainKuk выпускает платы с 2023 года и в настоящее время продолжает свою работу.
Контроллеры этого семейства стали одними из первых для летающих дронов. Они первые обрели приемлемый формфактор (по размеру). Ранее и до сих пор реализуются по весьма доступной стоимости. Кроме того, компания разрабатывает открытый исходный код, чтобы все желающие могли самостоятельно создавать собственные варианты систем.
Контроллеры KK можно адаптировать к купленным или самодельным аппаратам, правда, многого от таких устройств ждать не приходится. Однако благодаря этим контроллерам развивается любительское моделирование дронов.
Система MultiWii
Следующая веха в истории дронов – появление MultiWii. В самом начале существования этих контроллеров у них была огромная проблема с датчиками. Их либо попросту не было, либо стоили они баснословно дорого. Поэтому первым датчиком для MultiWii стал WMP от игрового манипулятора Nintendo Wii.
Отсюда и пошло название контроллера.«Мозг» этого приспособления (как и в КК) – довольно простенькая плата Arduino. Изначально дронами с такими микроконтроллерами были сложно управлять, выравнивать их параллельно земле. Но проект развивался и дополнялся новыми датчиками.
С каждым релизом их количество становится все больше, а значит и коптеры с контроллером MultiWii могут многое. Теперь проект поддерживает большое количество датчиков для оснащения дронов различными опциями: барометр, GPS, сонар и прочее (фунции почти как здесь: DJI Mavic Air Arctic).
Mikrokopter и первый квадрокоптер
MikroKopter – известная компания из Германии, которая прославилась в сфере создания беспилотников на радиоуправлении. 2006 год – дата, когда в этой компании изобрели квадрокоптер в известной нам версии.
Первый аппарат имел следующие характеристики:
Девайс был оборудован 3 гироскопами, барометром и акселерометром. Чуть позже к нему добавили модуль GPS. Первый мультикоптер от немецкой компании стал основой всех подобных приборов для профи и любителей (например, DJI Mavic Air Onyx Black).
Бренд по сей день занимается разработкой и реализацией беспилотников. Они выпускают квадро-, гекса-, октокоптеры. Назначение – исключительно профессиональное использование: это отражается на стоимости аппаратов.
Такие устройства летают от 18 до 45 минут. Их можно поднять на максимальную высоту в 5 км. Среди изобретений от MikroKopter есть и компактные приборы, и девайсы размером XXL. В последних разработках встречаются агрегаты высотой с человека. Большие приборы используются для транспортировки грузов, выполнения научных задач, исследований.
Автопилот wookong от dji для мультироторных дронов.
После этого, DJI делает революционный шаг — выпуск на рынок в 2023 году полностью готового к полету прямо «из коробки» квадрокоптера Phantom. Цена в Америке составляла 700$. С этого момента мультироторы перестают быть экзотическим летательным аппаратом для технических гиков. Купить квадрокоптер и начать летать мог любой желающий, без особых технических навыков. Настройка дрона перед полетом была еще проще. Фактически, она сводилась к калибровке компаса. Квадрокоптер «Phantom 1» имел жесткое крепление для камеры GoPro. Стабилизирующего подвеса у камеры не было вообще, по этому для качественных видео съемок «Phantom 1» подходил слабо. Тем не менее, количество людей начавших заниматься воздушной съемкой возросло многократно.
Автопилот для вертолета от dji. xp3.1 waypoint
Следующей разработкой компании DJI стал автопилот уже для мультироторного вертолета, тоже с навигационной системой на базе GPS. Продукт получил название Wookong. Цена автопилота составила 1200 долларов США. Название «Wookong» переводилось как «Король обезьян». Преимущество перед автопилотом от Multikopter было очевидно — отсутствовала необходимость в пайке вообще, все было собрано и предварительно настроено на заводе. Подстройка автопилота под конкретный дрон была не сложнее настройки новенького телефона. Шаги по настройке делались через приложение с интуитивно понятным интерфейсом.
Аэростаты
1849 год. Восстание в Венеции. На волне буржуазных революций в Австрийской империи, венецианцы провозгласили независимость. Город был взят в осаду. Работа артиллерии не была эффективной из-за особенностей рельефа и хороших укреплений на подступах к Венеции.
Франц Фон Юхатик — лейтенант австрийской артиллерии, выдвинул идею бомбардировать город с аэростатов. 12 июля 1849 года первые два аэростата с бомбами были запущены по осажденному городу. На борту были бомбы с шрапнелью, а также механизмы сбрасывающие их в нужный момент. Бомбардировка не принесла значительных результатов, однако посеяла панику среди венецианцев.
Этот случай считается первым в истории задокументированным свидетельством применения беспилотных летательных аппаратов.
Военное время – время активного использования новых технологий и инновационных разработок в различных отраслях науки и техники.
Бомба с крыльями
1910 год. Вдохновленный успехами братьев Райт, американский военный инженер из Огайо — Чарльз Кеттеринг, предлагает идею беспилотного летательного аппарата – по сути, бомбу с крыльями. Заложив тем самым начало развития беспилотной ударной авиации.
По замыслу создателя, самолет начиненный взрывчаткой был способен лететь по прямой, без пилота, некоторое время. Затем беспилотник сбрасывал крылья и падал на позиции неприятеля. Известно, что в 1914 году, Кеттеринг получил заказ от армии США на изготовление таких беспилотных самолетов. Всего было изготовлено — 45 единиц. Позднее они были приняты на вооружение, но испытать в бою их так и не довелось.
Первая Мировая война дала толчок развития многим основополагающим технологиям современности, в том числе и радиоуправляемым беспилотным летающим аппаратам. Опыты с беспилотниками начались почти сразу после начала массового внедрения радиопередающих устройств. Тогда же начались и эксперименты по переделке обычных летательных аппаратов под дистанционное управление.
Одним из таких развивающихся проектов во время Первой Мировой стал — Hewitt-Sperry Automatic Airplane. Его создатели — Елмер Сперри и Питер Хьюит вместе служили в ВМФ США. Сперри занимался созданием гироскопов для применения последних на эсминцах. Они оба были увлечены авиацией и видели потенциал в беспилотных летательных аппаратах.
Однажды им всё же удалось заинтересовать командование и они приступили к разработке своей беспилотной торпеды. По сути это была крылатая бомба на радиоуправлении. Первый успешный тестовый полет прошел в сентябре 1917 года.
Будущее индустрии.
История создания и развития коптеров не ограничивается развлекательными целями и узкоспециализированным применением. В Саудовской Аравии планируется запуск автоматического беспилотного такси на базе летающего дрона. Разрабатываются модели военных машин, используемых как для разведки, так и в боевых действиях.
Поэтому все только начинается 🙂
Если интересует история появления квадрокоптеров, то можно посмотреть еще пару статей на нашем сайте: про историю аэрофотосъемки в России и про ее более поздний период – внедрение аэрофотосъемки в Советском Союзе.
Войны дронов
У читателей этой статьи может сложиться впечатление, что кроме DJI сегодня никто вообще в Мире не занимается выпуском дронов. А что же другие производители? Конкуренты у DJI все же есть. Хотя, надо сказать, что их отставание по всем параметрам очень велико. Никто из конкурентов DJI не может похвастаться таким разнообразием моделей дронов и скоростью обновления их парка. Ни у кого из них нет развитой сервисной сети по всему миру как у DJI. Компания DJI единственная, для дронов которой пишется так много сервисных программ сторонними разработчиками.
Вдохновленная коммерческими успехами дронов DJI, всемирно известная компания GoPro решила выпустить на рынок собственный квадрокоптер «Karma». У GoPro получилась весьма необычная конструкция. По сути, дрон был построен вокруг ручного стабилизатора для камер GoPro. С точки зрения летных качеств, конструкция была мягко говоря не идеальная. В результате коммерческого провала этого проекта, GoPro отчиталась об огромных убытках, ее акции упали в цене. Сама компания оказалась на грани закрытия.
Демонстрация полета
В отличие от самолёта, который способен планировать с выключенным двигателем, или вертолёта, который способен сесть с помощью авторотации, мультикоптер при отключении моторов или электропитания, полностью неуправляем. Квадрокоптер при отказе одного из двигателей может сохранять стабилизацию.
Гексакоптер или октокоптер помимо этого могут совершить мягкую посадку с одним неработающим мотором, однако не во всех случаях (например, при разрыве хотя бы одной лопасти вибрация из-за дисбаланса увеличивается настолько, что контроллер перестаёт работать, и аппарат переходит в неуправляемое падение).
Учитывая то, что мультикоптер имеет немалую массу, жёсткий корпус и быстро вращающиеся пропеллеры, его столкновение с людьми или автотранспортом может привести к негативным последствиям. Поэтому полёты над людьми или автодорогами не рекомендуются. Желательно планировать траекторию полёта так, чтобы в случае необходимости (например, при разрядке батареи) внизу было место для безопасной посадки.
Важен и человеческий фактор. Современный полётный контроллер по сложности настройки и количеству полётных режимов почти не уступает настольному компьютеру. Невнимательное чтение документации, отсутствие выполнения необходимых действий (например, калибровки компаса при настройке) могут привести к неуправляемому полёту и потере аппарата. Вылет аппарата за радиус действия пульта при отсутствии режима GPS-возврата также является одной из причин потерь аппаратов.
В целях безопасности некоторые модели дистанционно управляемых мультикоптеров оборудуют дублирующими системами навигации и позиционирования, элементами интеллектуальной роботизации способствующими самостоятельному определению летательным аппаратом препятствии на маршруте полёта и их облёту, защитными кожухами винтов или всего летательного аппарата, самостоятельным возвратом к месту пуска при утере сигнала управления[14][15][7][10].
Чтобы посмотреть как мир выглядит с высоты птичьего полета предлагаю небольшой видеоролик (если видео внизу не отображается, вот
на него).
Дрон dji inspire 1
По-истине, 2023 год стал для компании DJI самым урожайным по разнообразию выпущенных моделей дронов. В этом году, компания DJI добавила в свою линейку семейство «Spreading Wings» — гексакоптер «S900» и октакоптер «S1000». К ним были выпущены подвесы «Zenmuse» для камер «Sony NEX7», «Sony A7», «Panasonic GH4» и «Black Magic».
Дроны навсегда. каким был первый беспилотник и как будет развиваться эта технология
Многие современные технологии и девайсы, если немного поскрести, были придуманы десятки лет назад. Дроны — не исключение. При желании их историю можно возвести аж к середине XIX века, когда во время революции 1848−1849 годов в Италии австрийцы отправили на Венецию воздушные шары без пилотов, но с бомбами, которые автоматически сбрасывались над территорией врага. По крайней мере, таков был план. На практике же ветер во время операции поменялся, и часть воздушных шаров отнесло обратно к австрийцам. Впрочем, уже через полвека после этой неудачной военной операции Никола Тесла продемонстрировал в Нью-Йорке игрушечную лодку с радиоуправлением — так дроны управляются и по сей день.
Во время Первой мировой войны американские изобретатели Орвилл Райт и Чарльз Кеттеринг руководили созданием «самолетающей воздушной торпеды», которую прозвали «Жуком Кеттеринга». «Жук» запускался с катапульты подобно современным дронам. Операторы заранее рассчитывали, сколько оборотов двигателя ему понадобится, чтобы долететь до цели по прямой. После нужного количества оборотов он взрывался. Правда, применения в реальных боевых действиях «Жук» так и не получил: военные сомневались в его надежности и предсказуемости траектории его полета.
Наконец, в 1935 году в Канаде создали беспилотный самолет DH.82 Queen Bee. По виду он был похож на боевую машину, однако был сделан из легких и дешевых материалов для использования в качестве мишени при учениях. DH.82 Queen Bee управлялся по радиосвязи и именно после него за подобными аппаратами закрепилось название дронов — от английского drone, «трутень».
В общем, дроны — далеко не новинка. Долгое время они были либо серьезной военной техникой, либо игрушкой для любителей. Однако в последнее время они все чаще используются в мирных и при этом практических целях.
«Беспилотники можно использовать в сельском хозяйстве и картографии, строить 3D-модели ландшафта местности по снимкам, полученным с аппаратов, анализировать грунт, посевы и так далее. Кроме того, их можно использовать в качестве базовых станций/ретрансляторов для оперативного развертывания мобильной сети там, где это невозможно. Например, в местах стихийных бедствий или в горах», — говорит Дмитрий Сурков.
Подробно о том, как и для чего можно использовать дроны и как это делается в России, мы уже писали. Здесь и серьезное промышленное применение, например осмотр нефтегазовых труб или линий электропередач на предмет повреждений, и спасение людей, и развлечения вроде дронов-официантов.
Дроны-официанты
Прогнозируют, что мирная сфера применения дронов будет только расти. Ну, а сами дроны, как и любая технология, будут совершенствоваться. «Два основных направления — это увеличение времени полета и улучшение навигационных систем. Наиболее актуальны сейчас компьютерное зрение, анализ видеоизображения в режиме реального времени и навигация аппарата по картинке, отказ от датчиков (GPS). Это позволит стабилизировать аппараты с миллиметровой точностью, вне зависимости от условий, качества датчиков, приема сигнала GPS», — рассуждает Сурков.
Дрон с системой компьютерного зрения облетает препятствия
Кроме того, в России нужно утрясти законодательные тонкости использования. «С эксплуатацией дронов в России есть определенные сложности. Связано это главным образом с непроработанными подзаконными актами. Кроме того, сейчас весьма непросто выяснить, какие структуры занимаются регулированием полетов БПЛА (по крайней мере, для частного лица это почти невозможно). Впрочем, все, что весит до 200 грамм, летает без разрешений», — продолжает Дмитрий.
Действительно, необходимость ограничивать свободный полет дронов есть, и не только в нашей стране. В частности, она связана с опасностью маленьких потребительских беспилотников для настоящих самолетов. Например, в прошлом году дрон в Москве залетел на территорию Шереметьево, а несколько дней назад в Канаде беспилотник врезался в пассажирский самолет. В обоих случаях ничего страшного не произошло, но, если бы дрон попал в двигатель самолета, дело бы кончилось плохо.
Дрон сталкивается с самолетом над Нью-Йорком
Кроме того, дроны иногда падают на людей и, конечно же, привлекают преступников возможностью отправлять небольшие посылки или наблюдать за определенной территорией.
Дмитрий Сурков — эксперт Олимпиады НТИ для школьников, профиль «Беспилотные авиационные системы».
Екатерина Боровикова
Законодательное регулирование
В Российской Федерации установлен разрешительный порядок на полёты всех без исключения беспилотных воздушных аппаратов. Статья 33 Воздушного Кодекса РФ, определяет, какие БВС подлежат регистрации, а какие учёту, но в настоящее время не существует каких-либо правовых последствий за отсутствие у граждан учета/регистрации беспилотных воздушных аппаратов.
За полёты без разрешения на использование воздушного пространства (ИВП) предусмотрена ответственность по ст. 11.4 КоАП – для физических лиц штраф до 5 000 руб., до 50 000 руб. для должностных лиц и до 500 000 руб. для юридических лиц. Для получения разрешения на ИВП в пределах населённых пунктов надлежит заранее подать заявку на ИВП в местный орган самоуправления, в которой указать план полёта.
При этом имеются ограничения – по времени и по территории (запретные зоны и зоны ограничения полетов). Например, безусловно запрещены полёты возле аэропортов, военных и других охраняемых объектов, исправительных учреждений, а на время проведения чемпионата мира по футболу 2023 г.Росавиация вводила ограничения на ИВП над городами проведения чемпионата с 1 июня по 17 июля 2023 г. [16]
Отдельно регулируется фото- или видеосъёмка с использованием беспилотных аппаратов. Съемка с воздуха относится к авиационным работам, даже если речь идёт о получении художественных фотографий. В соответствии с текущим законодательством, для проведения подобных съемок требуется:
- Разрешение на съемку Генерального штаба вооруженных сил РФ;
- Разрешение на съемку оперативного управления штаба военного округа, в зоне ответственности которого находится снимаемый объект;
- Разрешение территориальных органов безопасности ФСБ;
После завершения съемки, заснятый материал передается в региональное УФСБ для рассекречивания для последующего использования в открытом доступе.
Квадракоптер «karma» от компании gopro
Не намного лучше обстоят дела и у других конкурентов. Не смотря на то, что многие известные китайские бренды пытаются наладить выпуск собственной продукции, их доля на рынке гражданских дронов не велика, и особым коммерческим успехом их техника не пользуется. К сожалению для потребителей, полноценной конкуренции на рынки гражданских дронов сегодня нет.
Летающий “автомобиль” для армии сша.
Еще одним удачным изобретением можно считать модель VZ-7, разработанный фирмой Сurtiss-Wright,В1958 году в ходе испытательных полетов он заявил о себе как стабильно работающий и хорошо управляемый, но американская армия не приняла его к эксплуатации из-за слишком маленького количества функциональных опций.
На данном этапе все работы по конструированию и усовершенствованию квадрокоптеров были заморожены, и решение продолжить развитие этой темы возникло спустя половину века, только в новом тысячелетии.
Спустя пятьдесят лет с момента пробных полетов первых квадролетов, интерес к этой теме возобновился, поскольку появились благоприятные для этого условия:
• появились прочные и легкие полимерные материалы, позволяющие значительно снизить вес аппарата
• развитие микроэлектроники помогло устройству управления аппаратов с винтами стать более удобным и стабильным.
Мультикоптеры-игрушки
Современное применение мультикоптеров весьма разнообразно: от игрушек, доставки товаров, любительских средств для фото- и видеосъёмки до пассажирских и грузовых транспортных средств и боевых роботов[6][7][8][9].
В любительских и профессиональных мультикоптерах используются коллекторные и бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии[10]. Винты могут быть установлены непосредственно на вал двигателя, либо через редуктор.
Это накладывает определённые ограничения на их полётные характеристики: типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг, при времени полёта от 10 до 30 минут[11][12] (30—50 минут у уникальных единичных экземпляров). Поднимаемый полезный груз моделями мультикоптеров среднего размера и грузоподъёмности — от 500 г до 2—3 кг, что позволяет поднять в воздух небольшую фото или видеокамеру (обычно экшн-камера в более дешёвых моделях, либо зеркальные камеры в профессиональных).
Существуют и достаточно крупные модели мультикоптеров, с количеством роторов порядка 6-8 (гекса и октокоптеры), способные поднять в воздух груз массой до 20-30 кг. Для увеличения грузоподъёмности применяют соосное расположение несущих роторов, что в случае гексакоптера, например, даёт 12 моторов и 12 пропеллеров, расположенных попарно на 6 несущих лучах.
Скорость полёта мультикоптера может быть от нуля (неподвижное висение в точке) до 100—110 км/ч. Запас энергии батарей позволяет отдельным моделям мультикоптеров улетать на расстояние до 7-12 км, на практике же радиус действия (максимальное расстояние, на которое они способны улететь с последующим возвратом в точку взлёта) обычно ограничено прямой видимостью (100—200 м при ручном управлении) либо дальностью действия аппаратуры радиоуправления и видеолинка.
При этом лучшие образцы подобной аппаратуры, использующие усилители мощности радиосигнала и систему направленных антенн, способны обеспечивать стабильные радиоуправление и видеолинк на расстояния до 100 км. Таким образом, наибольшее ограничение на радиус действия мультикоптеров накладывает именно время полёта.
Эти ограничения приводят к тому, что мультикоптеры обычно используются как аппараты «ближнего радиуса действия»: для любительских полётов недалеко от себя, для фото-видеосъёмки близко расположенных объектов и так далее. Для сравнения, беспилотные самолёты с аккумулятором аналогичной ёмкости могут улетать на 10—15 км при высоте полёта 1—2 км.
В последнее время появились миниатюрные квадрокоптеры, умещающиеся на ладони (Walkera Ladybird, WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop и пр). Они практически безопасны (масса аппарата мение 100 г), в то же время, позволяют получить основные навыки полёта на мультироторном аппарате, так как принцип их управления ничем не отличается. Квадрокоптеры такого размера возможно запускать дома, не рискуя нанести вред людям или предметам.
Немного истории и перспективы развития беспилотников
Первые дроны появились в конце 1990-х годов. Тогда они были похожи на миниатюрные вертолеты и были спроектированы компанией Flying-Cam для съемок фильмов, в том числе для фильмов о Джеймсе Бонде. Flying-Cam за свои достижения получили 2 Оскара в 1995 и 2023 году.
Первые дроны, несомненно, были приемлемым вариантом для фотографов и режиссеров, но аренда такой аппаратуры стоила очень дорого. А соорудить какое-либо подобие квадрокоптера, не будучи инженером, было практически нереально.
Но уже в начале 2000-х развитие дронов начало набирать обороты: в Китае энтузиастами была создана компания DJI, которая создавала беспилотные аппараты практически из всего, что было под рукой, а в 2023 году во Франции были презентованы первые коммерческие модели дронов.
Сегодня компания DJI владеет около 50% всего потребительского рынка беспилотников, а ее основатель Фрэнк Ван Тао входит в сотню самых богатых людей мира.
2023 год был действительно прорывом в истории квадрокоптеров. Год начался с яркого представления нового дрона от DJI — Phantom 4, который вобрал в себя массу новых функций, в первую очередь, уклонение от препятствий: дрон ощущает окружающие предметы и останавливает полет, если посчитал, что авария неизбежна.
Популярность DJI не давала покоя еще одной компании с мировым именем – GoPro, которые в ответ выпустили своего беспилотника – Karma. Это портативный дрон, который всегда удобно взять с собой благодаря своей компактности. Из-за этого Карма стала популярной моделью среди путешественников и тех, кто привык к активным съемкам.
Не желая отставать, уже через неделю DJI выпустили свой складной квадрокоптер DJI MAVIC, который стал еще меньше и быстрее, чем аналог от GoPro. Кроме того интересной стала новая функция – управление жестами. Теперь оператор может буквально управлять дроном в небе простым взмахом руки.
Квадрокоптер (он же квадролёт, англ. Quadrotor, quadrocopter, четырёхроторный вертолет) —это летательный аппарат с четырьмя несущими винтами, вращающимися диагонально в противоположных направлениях.Обобщённое название аппаратов подобного типа, с произвольным количеством роторов — мультикоптер.
Многовинтовые вертолёты разрабатывались ещё в первые годы вертолётостроения.Недостатком этих аппаратов была сложная трансмиссия, передававшая вращение одного мотора на несколько винтов.
О летающем механизме под названием «квадрокоптер» впервые заговорили в 1922 году, когда в
Дейтоне (США) поднялся в воздух вертолет с четырьмя винтами, рисунок 1.
Рисунок 1 – Первый квадрокоптер
Впоследствии он совершил около 100 полетов, но в серийное производство так и не пошел:изобретение попросту опередило свое время – производить столь сложные летательные аппараты вту пору было технологически нецелесообразно. Автор проекта Георгий Александрович Ботезат,несмотря на успех, к винтокрылым машинам больше не возвращался.
Вновь о квадрокоптерах вспомнили в 1950-х, однако дальше прототипов дело не продвинулось,хотя уже тогда их позиционировали как беспилотные аппараты.
Несмотря на прохладное отношение со стороны большой авиации, квадрокоптеры снискали популярностьсреди авиамоделистов: простота в постройке и наладке, возможность серийного изготовления простых инедорогих узлов для сборки, появление микроконтроллеров (упростивших управление) сделали их доступными каждому [1].Квадрокоптеры удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки — громоздкая камера вынесена из зоны действия винтов.
Двухвинтовые вертолёты к квадрокоптерам, как правило, не относят [2].
Октакоптер «alta 8» компании freefly systems с верхним креплением съемочной камеры
Не обошлось и без судебных разбирательств, в 2023 году DJI подала в суд на компанию «Yuneec», обвинив ее в нарушение двух патентов. Согласно материалам новостных лент, это событие ознаменовало начало новой эпохи — «войн среди дронов».
Немалую роль для роста популярности продукции компании сыграли несколько курьёзных происшествий с дронами DJI.
В январе 2023 года DJI Phantom улетел от своего нерадивого хозяина (нетрезвого сотрудника американской разведки) и разбился на лужайке у Белого дома, что вызвало широкое освещение этого случая в прессе по всему миру.
Еще более опасный случай произошёл в апреле 2023 года, когда дрон со знаком радиации (и с грузом радиоактивной земли с места аварии на АЭС «Фукусима-1») приземлился на крышу резиденции премьер-министра Японии Синдзо Абэ.
«Не думаю, что стоит придавать этим историям значение. Они даже помогают нам», — говорит об этом владелец компании DJI, Ван Тао.
После этих случаев программное обеспечение коптеров DJI было модифицировано так, что дроны не могут летать в специальных «Зонах запрещенных для полетов» возле аэродромов, правительственных учреждений (не во всех странах, Украину это пока немкоснулось) и некоторых стадионов.
Первый беспилотный самолет
Новое дыхание радиоуправляемые судна получили после внедрения автопилотов в начале 30х годов.
1935 год. Инженеры Великой Британии создают беспилотный летательный аппарат многократного использования. Он получил название «QeenBee». За основу была взята модель биплана Fairy Queen. После реконструкции и доработки беспилотник мог управляться дистанционно с морского судна на расстоянии до 5км.
К началу Второй Мировой войны радиоуправляемые беспилотные объекты уже выпускали массово. Особенно тип Target . Одним из таких БЛА стал известный радиоплан QQ-2. Первая действующая модель которого появилась в 1939 году. Радиоплан QQ-2 был самым производимым беспилотником. Всего было выпущено – 14 000 экземпляров.
Завершая, отметим, что даже в те времена, были люди, которые верили в пользу технологии и предсказывали массовое использование дронов и в мирных целях. Однако на тот момент такие размышления находились в категории научной фантастики. Вплоть до начала 21 века…
Принцип действия
Четырехвинтовое устройство оборудовано 4 винтами постоянного шага. Такой мультикоптер отличается от одно- и двухвинтового тем, что автомата перекоса у него нет. У каждого пропеллера есть свой двигатель, приводящий устройство в движение. Всего у четырехвинтового мультикоптера 4 двигателя, каждый из которых имеет собственное зарядное устройство (аккумулятор).
Маневрирование квадрокоптера осуществляется путем регулирования скорости пропеллеров и происходит таким образом:
- подъем устройства происходит путем ускорения всех четырех винтов;
- движение конструкции в сторону происходит, когда с одной стороны увеличивается скорость вращения пропеллеров, а с другой замедляется;
- поворот устройства — вращающиеся против часовой стрелки пропеллеры ускоряются, а те, что движутся по часовой стрелке, замедляются.
В квадрокоптере 4 винта, каждый из которых работает от собственного двигателя. Все винты работают целостно. Контролировать работу устройства получается благодаря микропроцессорной системе. Команды радиоуправления передаются на устройство и системой переводятся в команды каждому двигателю.
В некоторых случаях на аппарат могут быть установлены акселерометр (позволяет зафиксировать устройство в горизонтальном положении) и бародатчик (помогает установить аппарат на нужной высоте). Для удержания небольшой высоты и посадки в автоматическом режиме, может использоваться сонар. Он помогает облетать препятствия.
В зависимости от расположения двигателей, устройства делятся на 2 вида:
- Крестообразный. У мультикоптеров этого вида двигатели размещены так: по одному двигателю спереди, сзади и по бокам.
- В виде буквы «Х». В таких устройствах 2 пропеллера находится спереди, 2 сзади. Вместе они напоминают букву «Х».
По принципу управления мультикоптеры бывают[3]:
- автономные
- дистанционно-управляемые (беспилотные)
Мультикоптеры имеют 3 или более винтов постоянного шага (автомата перекоса, в отличие от одно- и двухвинтовых аппаратов, нет). Каждый винт приводится в движение собственным двигателем. Половина винтов вращается по часовой стрелке, половина — против, поэтому рулевой винт мультикоптеру не нужен. Маневрируют мультикоптеры путём изменения скорости вращения винтов. Например:
- ускорить все винты — подъём;
- ускорить винты с одной стороны и замедлить с другой — движение в сторону;
- ускорить винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедлить вращающиеся против — поворот в плоскости.
Микропроцессорная система переводит команды радиоуправления в команды двигателям. Чтобы обеспечить стабильное зависание, мультикоптеры в обязательном порядке снабжают тремя гироскопами, фиксирующими крен аппарата. Как вспомогательный инструмент, иногда, также используется акселерометр, данные от которого позволяют процессору устанавливать абсолютно горизонтальное положение, и бародатчик, который позволяет фиксировать аппарат на нужной высоте.
Также, применяют сонар для автоматической посадки и удержания небольшой высоты, а также для облёта препятствий. И самое главное — GPS-приемник, позволяющий записывать маршрут полёта заранее, с компьютера, а также, возвращать аппарат в точку взлёта, в случае потери управляющего радиосигнала, или снимать параметры полёта оперативно или потом[4].
Мультикоптеры имеют чётное (от 4 до 12) число винтов постоянного шага (автомата перекоса,в отличие от одно- и двухвинтовых аппаратов, нет). Каждый винт приводится в движение собственным двигателем.Половина винтов вращается по часовой стрелке, половина — против, поэтому хвостовой винт мультикоптеру не нужен.Маневрируют мультикоптеры путём изменения скорости вращения винтов. Например:
- ускорить все винты — подъём;
- ускорить винты с одной стороны и замедлить с другой — движение в строну;
- ускорить винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедлить вращающиеся против — поворот.
Микропроцессорная система, показанная на рисунке 2, переводит команды радиоуправления в команды к двигателям.
Чтобы обеспечить стабильное зависание, мультикоптеры в обязательном порядке снабжают тремя гироскопами,
фиксирующими крен аппарата. Как вспомогательный инструмент, иногда, также используется акселерометр,
данные от которого позволяют процессору устанавливать абсолютно горизонтальное положение, и бародатчик,
который позволяет фиксировать аппарат на нужной высоте.
Также, применяют сонар для автоматической посадки иудержания небольшой высоты, а также для облёта препятствий. И самое главное — GPS-приемник, позволяющий записыватьмаршрут полета заранее, с компьютера, а также, возвращать аппарат в точку взлёта, в случае потери управляющего радиосигнала,или снимать параметры полёта оперативно или после посадки [3].
Революционный дрон dji «inspire 1»
Все в том же 2023 году, DJI снова выпустила по истине революционный продукт. Это был квадрокоптер «Inspire 1» — дрон, необычной конструкции — первый серийный мультироторный вертолет с изменяемой геометрией, и сменными камерами. «Inspire1» так же был первым серийным мультиротором, который комплектовался двумя пультами управления. Один пульт для пилота, другой — для оператора камеры. И снова впервые, DJI оснастила этот дрон сменными камерами собственного производства.
До этого времени, доминирующей тенденцией в конструировании съемочных дронов была идея построения подвеса и дрона вокруг традиционных камер для наземной съемки. Приходилось возить по небу ненужные в полете детали съемочного оборудования. Все эти рукоятки, кнопки, экраны и прочие элементы для взаимодействия камеры и наземного оператора. Недостатки были очевидны — тяжелая громоздкая и дорогая конструкция, сложная в настройке и обслуживании. Летные качества всей системы в связи с этим тоже оставляли желать лучшего.
По моему мнению, гениальность инженеров DJI проявилась в том, что они интегрировали съемочную часть камеры в одну конструкцию с подвесом. В результате получилось легкое устройство с отличной стабилизацией и съемочными характеристиками. Даже сегодня, «Inspire 1» является рекордсменом по разнообразию камер, которые на него можно установить.
Составные части квадрокоптера и процесс сборки
Каждый пропеллер квадрокоптера приводится в действие собственным электромотором, питаемым от мощных батарей и управляемыхмикрокомпьютером. Задача последнего – поддерживать машину в полете, обеспечивая синхронность работы двигателей в зависимостиот показаний датчиков, преобразовывать команды оператора в изменения режимов работы двигателей.
Самым главным элементом летательного аппрата является рама. Она должна быть сбалансированной (значим вес каждого винтика),
жесткой (чтобы выдерживать нагрузки) и упругой (чтобы гасить
колебания и не рассыпаться при неудачном приземлении). Необходимо соблюсти все эти условия, грамотно разместить узлы и
дополнительное оборудование, выдержать требования к прочности и виброзащите.
Современные квадрокоптеры используют бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источникаэнергии.
Поднимаемый полезный груз моделями квадрокоптеров среднего размера и грузоподъемности — от 500 гр. до 2—3 кг., что позволяетподнять в воздух небольшую фото или видеокамеру.
Скорость полета мультикоптера может быть самой разной от нуля (неподвижное висение в точке) до 100-110 км/ч. Запас энергиибатарей позволяет отдельным моделям квадрокоптеров улетать на расстояние до 7-12 км.
На практике радиус действия (максимальное расстояние, на которое они способны улететь с последующим возвратом в точку
взлета) обычно ограничен прямой видимостью (100 – 200 м при ручном управлении) либо дальностью действия аппаратуры
радиоуправления и видеолинка. При этом лучшие образцы подобной аппаратуры, использующие усилители мощности радиосигнала и
систему направленных антенн, способны обеспечивать стабильные радиоуправление и видеолинк на расстояния до 100 км
[4].
Общая структура квадрокоптера приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема квадрокоптера
Соединив все элементы в единое целое, потихоньку начинает вырисовываться квадрокоптер. После сборки начинается долгий имучительный процесс настройки полетного контроллера.
Рисунок 4 – Сборка коптера
Рисунок 5 – Настройки полетного контроллера KK2.0
Разумеется, не обойтись без аппаратуры для дистанционного управления.
Рисунок 6 – Аппаратура дистанционного управления
Всегда было интересно как мир выглядит с высоты. Что видят птицы, чего не видно на картах GoogleEarth.
Так пришло увлечение заниматься квадрокоптерами, летать под облаками, снимать видео.
Мечта, о полете в облока воплатилась, квадрокоптер героически преодолел высоту в 10 метров и вернулсяна землю, став грудой обломков. Рвение полета было неприодалимо огромным и первый провальный полет меня не остановил.
Рисунок 7 – Полет квадрокоптера с фотоаппаратом
