Квадрокоптер — что это такое, его предназначение, фото и цены на коптеры

Безопасность полётов

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.

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].

Один из родоначальников такого вертолета, был аппарат Ботезата, взлетевший в воздух еще в 1922 г. Георгий Александрович Ботезат – американец с корнями из России, он был инженером электромонтажных работ, изобретателем и профессором Петроградского технологического института. В одном из экспериментальных полетов аппарат Ботезата смог поднять в воздух груз весом 450 кг на высоту 4 метра.

• выходящая из строя и не особо надежная система трансмиссии, которая передавала крутящий момент с двигателя на роторы

• в аппарате Эмишена использовалось восемь пропеллеров, в то время как модель Ботезата могла двигаться исключительно благодаря попутному ветру.

Обе модели не имели баланса в пространстве при полете, особенно при сильном ветре из-за отсутствия системы воздушной стабилизации. И несмотря на то что по дате изобретения первый квадрокоптер в мире был рук Этьена Эмишена, его модель не считается уверенным прообразом современного коптера.

В 1922 г было положено начало испытаниям одного из первых четырехвинтных дронов. Такая система с большим количеством винтов упрощала управление: для того, чтобы повернуть аппарат, нужно было лишь изменить положение носовой его части. И кто бы мог подумать, в конструкции лопастей использовались растяжки… рояльных струн.

  Только в 50-ых несколько производителей сконструировали аналогичные квадролеты в качестве опытных образцов. Но наиболее полноценный вариант летательного устройства разработал все же  Ботезат, это был квадрокоптер, управляемый несущими винтами.

Виды квадрокоптеров

Летающие дроны можно разделить на несколько категорий:

  1. Дроны без камеры. Характеристики у квадрокоптеров бюджетного сегмента невысокие, модели поддерживают малую дальность полета и способны оставаться в воздухе около десяти минут. Проводить съемку с их помощью нельзя, но можно просто получать удовольствие от пилотирования и выполнять маневрирование.
    Что такое и для чего предназначен квадрокоптер с камерой
    Дешевые коптеры без камеры покупают обычно для детей
  2. Коптеры с камерой. Стоят такие модели дороже, зато предоставляют возможность снимать видео и фото в процессе полета.
    Что такое и для чего предназначен квадрокоптер с камерой
    Хорошее качество изображения предоставляют дроны для съемки с разрешением от 5 Мп и выше
  3. Для новичков. Недорогие, но очень прочные модели способны переживать многократные падения. Оснащаются коллекторными двигателями, дальность полета составляет около 100 м, часто есть встроенный акробатический режим.
    Что такое и для чего предназначен квадрокоптер с камерой
    Коптеры для начинающих обычно поставляются с защитой винтов
  4. Для любителей. Такие модели поддерживают съемку с разрешением не менее 720р и стабилизацию, способны удаляться на 1 км от оператора и удерживаются в полете до 25 минут. Обычно способны развивать скорость до 70 км в час.
    Что такое и для чего предназначен квадрокоптер с камерой
    Любительские дроны оснащаются GPS-модулем и несколькими режимами полета
  5. Для профессионалов. Самые функциональные дроны поддерживают спутниковую навигацию, ведут съемку в формате 4К. Изображение передают на смартфон с расстояния в несколько километров или записывают на карту памяти. Оснащены многочисленными датчиками, в том числе для отслеживания препятствий, стоят довольно дорого.
    Что такое и для чего предназначен квадрокоптер с камерой
    Профессиональные дроны чаще оборудованы выносными, а не встроенными камерами
  6. Гоночные. Такие модели предназначены в первую очередь для маневрирования. Видео об устройстве квадрокоптеров гоночного типа показывают, что камера в них может быть довольно скромной, а вот скорость дроны развивают вплоть до 120 км в час. Удаляются обычно на 1 км от владельца, многие модели поддерживают управление через видео-очки.
    Что такое и для чего предназначен квадрокоптер с камерой
    Многие гоночные дроны выполнены в обтекаемом корпусе

При выборе летающего дрона следует учитывать, для каких именно целей он нужен — для съемки или акробатических трюков.

Гоночные коптеры

Завершим раздел кратким описанием гоночных моделей. Аккумулятор таких квадрокоптеров обладает высоким выходным напряжением. Это позволяет оперативно изменять скорость перемещения, делает поведение воздушного гонщика очень мобильным и динамичным. Дальность управляемого полета доходит до 500-1000 м, скоростной предел достигает 100-120 км/ч.

Стоимость простейших дронов невысока – около US $20. Небольшой летательный аппарат с камерой обойдется покупателю в 100-150 долларов. Исключением из правил является DJI Spark, цена которого на сайте производителя составляет US $399.

Складные селфи дроны известных моделей стоят порядка US $150. Их клоны продаются значительно дешевле.

Цены на лучшие машины DJI для рядового российского покупателя почти недоступны. Mavic 2 Pro и Phantom 4 Pro V2.0 продаются за US $1499. Там же можно купить и Mavic Air. Он стоит US $799.

Прежде чем углубляться в историю этих аппаратов, необходимо разобраться в их специфике. Под квадрокоптером понимается вертолет, имеющий четыре несущих винта, разнесенных с помощью балок относительно центра корпуса. Каждый из них оснащен собственным двигателем, а работа всех приводов контролируется микропроцессорной системой и тремя гироскопами, обеспечивающими стабильное положение аппарата в воздухе.

В зависимости от модели конструкция квадрокоптера может также включать акселерометр, датчик давления, сонар и GPS-приемник. Чтобы исключить поворот аппарата в воздухе, одна половина винтов вращается по часовой стрелке, а вторая – против, тем самым компенсируя крутящий момент.

История создания квадрокоптеров началась еще на заре вертолетостроения, а именно в 1920-х годах. Тогда независимо друг от друга над подобной идеей работали американский конструктор российского происхождения Георгий Ботезат и французский инженер Этьен Эмишен – каждый из них придумал пилотируемый аппарат с четырьмя разнесенными винтами, которые приводились в действие одним двигателем через сложную систему трансмиссии.

  • слишком сложная трансмиссия, передающая крутящий момент с одного двигателя на все роторы, была крайне ненадежной и постоянно выходила из строя;
  • для поперечного и курсового управления модель Омишена использовала целых 8 пропеллеров, а аппарат Ботезата мог двигаться только с попутным ветром;
  • аппараты не имели системы стабилизации в воздухе, из-за чего были крайне неустойчивым в полете, особенно в ветреную погоду.

Последующее изобретение автомата перекоса и рулевого винта дало зеленый свет вертолетам классической и соосной схемы, и о четырехвинтовых на время забыли. Лишь в 1950-х годах интерес к ним стал возрождаться, некоторые компании разработали опытные образцы подобных машин.

В качестве весьма успешного примера можно также привести пилотируемый аппарат VZ-7 компании Curtiss-Wright, который в 1958 году прошел летные испытания, показал хорошую стабильность и управляемость, но был отвергнут Армией США из-за недостаточных эксплуатационных характеристик.

Параллельно развивалась технология создания беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), управляемых дистанционно или в автономном режиме. Особенно это было востребовано военными, которые заинтересовались подобными машинами еще в Первую Мировую войну. Сложно сказать, кто изобрел первый дрон, так как подобные разработки проводились во всех развитых странах того времени, но одним из самых ранних аппаратов этого типа в мелкосерийное производство поступил немецкий беспилотный бомбардировщик Fliegermaus, способный нести бомбовую нагрузку и управляемый по радио.

Смотрите про коптеры:  Квадрокоптер SYMA X5UW с камерой, красный, отзывы владельцев в интернет-магазине СИТИЛИНК (412329) - Ростов-на-Дону

В межвоенный период и во Вторую мировую войну бурное развитие получили самолеты-снаряды (в частности, немецкий Фау-1), являющиеся прототипами современных крылатых ракет, а также переоборудованные из обычных моделей беспилотники-разведчики и бомбардировщики. Однако из-за несовершенства технологии (прежде всего контрольного оборудования) все эти и последующие системы были спроектированы в виде самолетов, ракет или вертолетов обычной схемы. Их боевое применение хоть и не было абсолютно удачным, однако поспособствовало тому, что история развития дронов продолжилась дальше.

На данный момент квадрокоптеры — всего лишь очередной этап эволюции авиаконструкций. Также как самолеты в 40-х годах прошлого века произошли от двукрылых авиаконструкций и сейчас развились до сверхзвуковых самолетов стелс, также и квадрокоптеры скоро станут чем-то значительно большим, о чем мы и не представляем пока.

Ужей сейчас британские и американские власти берут на вооружение подобные системы с камерами на 1.8 гигапикселей. Прототипы под названиями Argus IS и Taranis уже прошли испытания. Они смогут обеспечить защиту от любых атак на эти государства.

Будущее у дронов однозначно светлое.

Коммерческие и небольшие бизнес решения, основанные на подобных технологиях по всему миру снижают затраты, увеличивают безопсаность и повышают скорость выполнения ряда работ. Но это не предел и новые возможности открываются для них ежедневно.

Будущее использования квадрокоптеров гораздо ярче, чем кто-либо может представить. Вскоре нам станут доступны дроны размером с комара или даже на основе биомеханических технологий. Зная все это, мы понимаем, что мультикоптеры будут и дальше удивлять нас, и менять тот мир, который мы привыкли видеть.

Квадрокоптер – разновидность мультикоптера. Мультикоптер – многомоторный или мультироторный летательный аппарат (вертолет), несущие винты которого осуществляют вращение диагонально в противоположных направлениях. Различаются мультикоптеры по количеству моторов (или по количеству несущих винтов). В наше время применение получили мультикоптеры с тремя и более несущими винтами.

Самые распространенные схемы это: 4/6/8 несущих винтов. Аппарат с тремя несущими винтами называется – трикоптер; с четырьмя – квадрокоптер; с шестью — гексакоптер и с восемью несущими винтами — октокоптер. Применение каждой из схем в основном определяет такой параметр как – масса полезной нагрузки, или проще говоря, вес который мультикоптер может взять собой на борт.

Активное развитие и внедрение их в гражданскую среду, привели к росту вариантов использования:

  1. Пассажирские перевозки — так, в Дубаи, на международном саммите была продемонстрирована модель беспилотного такси Ehang 184, которое может находиться в воздухе около 30 минут за один полёт. По сути это одноместный восьми-роторный аппарат, который лишен каких-либо органов управления, т.е. фактически человек летит в этом аппарате в качестве пассажира, а не пилота. В небольшой кабине располагается кресло и планшет с сенсорным экраном, используя который вы можете указать пункт назначения. В 2021 году первый тестовый полет совершило аэро-такси Vahana компании Airbus. В феврале этого же года, сообщили о секретном аэро-такси Joby Aviation , стартап проекта уже привлек 100 млн долларов.
  2. Хозяйственная деятельность — дроны берут на себя отдельные функции авиации: проведение аэросъёмки или других видов сбора данных, нужных для сельского хозяйства, контроля ситуаций на дорогах и в любых удалённых участках. С их помощью отслеживают пути миграции животных, находят затерявшиеся суда, выявляют уровень гидрометеорологической опасности, проводят обследование линий электропередач.
  3. Развлекательные / спортивные шоу — такие аппараты чаще всего оснащаются несущими винтами и являются подобием вертолётов, а не самолётов. Данная конструкция наиболее рациональная, поскольку не требует наличия взлётно-посадочной полосы. Развлекательное использование БПЛА недавно расширилось воздушными гонками. Чаще всего для них используются модели самостоятельной сборки или существенно переработанные готовые. В результате они получают возможность набирать скорость выше 150 км/ч, но относятся к аппаратам с малыми габаритами. Отметим, что стартап Alauda Racing запустил на платформе Kickstarter сбор средств на первые в мире гонки на пилотируемых мультикоптерах, которые планируются в 2020 году.
  4. Профессиональная или любительская фотосъемка — все современные модели оснащаются высококачественной камерой и позволяют делать восхитительные снимки там, куда человек не смог бы никогда добраться самостоятельно.
  5. Грузовые перевозки — в 2021 году компания Amazon провела испытания по доставке посылок с помощью коптера и подала заявку на технологию доставки груза при помощи парашюта. В последние месяцы активно появляются новости с концептами больших грузовых беспилотников, способных перемещаться на высоких скоростях и перевозить до нескольких тонн. Как, например, модель Draco-2 компании Sabrewing Aircraft и тестовая сборка компании Boeing.
  1. TriCopter — 3 винта
  2. QuadCopter — 4 винта
  3. XCopter — 4 винта в X-образном положении направления полета
  4. Y4Copter и Y6Copter — 3-х позиционный коптер с допорлнительными винтами, вращающимися в противоположную сторону для большей устойчивости и маневренности
  5. HexaCopter и OctoCopter — 6-ти и 8-ми винтовые коптеры
  6. H6Copter — 6 винтов по 3 параллельных пары
  7. ButterflyCopter и TwinQuadCopter — усложненные конструкции, состоящие из двух независымых винтовых комплексов.

Из каких компонентов состоит мультикоптер или квадркоптер?

  1. Рама
    Рама это скелет квадрокоптера, платформа, на которой все компоненты соединяются в одно целое.
    Что такое квадрокоптер или мультикоптер, виды и типы
  2. Регуляторы оборотов
    ESC — electronic speed controller, переводится как электронный контроллер скорости. В русскоязычном сообществе принято называть их как «регуляторы оборотов», в простонародье «регули» или «регуляторы».
    Регуляторы оборотов управляют скоростью вращения бесколлекторных (бесщеточных) двигателей. Раньше почти у всех квадрокоптеров ESC были индивидуальными, внешними, размещались на лучах рамы, а сейчас все чаще пилоты собирают квадрокоптеры на ESC 4 в 1, они компактнее и удобнее. Конечно, такое не получится с мультикоптерами и там по прежнему применяются отдельные регуляторы оборотов.
    Полетный контроллер и регуляторы оборотов
  3. Двигатели
    Двигатели бывают щеточные и бесщёточные (бесколлекторные). Первые применяются в игрушках и очень дешевых квадрокоптерах, а вторые устанавливаются на бюджетные и профессиональные мультикоптеры. Бесколлекторные двигатели не используют щетки и имеют другую конструкцию. В них используются неодимовые магниты, которые расположены в колоколе и сердечник, вокруг которого крутится колокол с магнитами. В середине сердечника установлен подшипник, в том числе в самом низу корпуса, на них крутится колокол с валом. У таких двигателей очень большой КПД.
    Двигателей может быть 3, 4, 6, 8, 10 и больше. Все они работают парно, то есть, половина двигателей крутится по часовой стрелке, а половина против часовой стрелки. Так достигается стабильность конструкции в воздухе при одновременной работе двигателей, не нужно устанавливать хвостовой двигатель, как у вертолетов, чтобы он компенсировал вращение по оси.
    Что такое квадрокоптер или мультикоптер, виды и типы
  4. Пропеллеры
    Это то, что крутит двигатель. Пропеллеры создают тягу, с помощью которой дрон может находиться в воздухе.
    3-лопастной пропеллер
  5. Полетный контроллер
    Мозг мультикоптера. Управляет всеми компонента и соединяет их в одно целое. В полетный контроллер загружается прошивка (программа), которая всем и управляет.
    Что такое квадрокоптер или мультикоптер, виды и типы
  6. Курсовая камера
    Это та самая камера, которая устанавливается в передней части и с помощью которой вы видите видео от первого лица.
    Что такое квадрокоптер или мультикоптер, виды и типы
  7. Видеопередатчик
    Обычно это аналоговый передатчик, но сейчас все чаще можно увидеть цифровой. Кодирует сигнал с камеры и передает его на любое принимающее устройство, например, в FPV шлем.
    AKK Race VTX статус светодиоды
  8. Антенны
    Помогают видеопередатчику передать сигнал, преобразовывая осциллирующую электрическую энергию в электромагнитное излучение и наоборот.
    Что такое квадрокоптер или мультикоптер, виды и типы
  9. Приемник
    Приемник принимает сигнал с аппаратуры управления, декодирует его и отправляет информацию в полетный контроллер, который в свою очередь координирует действия остальной периферии, в том числе командует регуляторами оборотов.
    Что такое квадрокоптер или мультикоптер, виды и типы
  10. Аккумулятор
    Аккумулятор питает энергией всю систему мультикоптера и выбор правильного аккумулятора очень важен.
    На первый взгляд, у аккумулятора на 100С нет никаких визуальных отличий от обычного аккумулятора с рейтингом 95С

Из каких элементов состоит дрон

Новичков также интересует вопрос что это такое квадрокоптер, и особенности его конструкции. Итак, из чего состоит квадрокоптер:

Смотрите про коптеры:  Квадрокоптеры с камерой на радиоуправлении в Беларуси. Сравнить цены, купить потребительские товары на маркетплейсе Deal.by

  • рама, составляющими элементами которой считаются пластиковая крестовина и четыре алюминиевых луча. Она является достаточно важной слагающей, поскольку именно от рамы зависит внешний вид коптера и расстановка узлов;
  • плата-контроллер считается самым важным элементом дрона. Ведь именно она определяет функциональные возможности устройства. Плата должна быть расположена на одном уровне с винтами. Кроме того, она должна чувствовать виброизоляцию от рамы. Чем лучше расположена плата, тем стабильнее будет полет квадрокоптера;
  • мотор. Подойдут любые бесколлекторные модели с мощностью от 800 до 1200 kV;
  • электронный регулятор хода, сокращенно ESC. Этот элемент должен соответствовать некоторым требования. Прежде всего, изменение газа должно сопровождаться минимальным временем отклика. Кроме того, некоторые модели оснащены защитой от помех. Нередко они воспринимают резкие скачки сигнала в качестве помехи и автоматически прекращают работу. Поэтому рекомендуется приобретать уже проверенные на практике ESC;
  • пропеллеры. Для дрона требуется по два парных пропеллера. В отличие от авиационных они достаточно узкие и имеют небольшой шаг винта;
  • соединительные провода. У квадрокоптера большое количество разнообразной коммутации. Чтобы разместить ее красиво и одновременно функционально понадобится специальная плата, на которой уже есть разведенные дорожки питания;
  • приемник;
  • навигационные огни, помогающие определить местоположение дрона в темное время суток;
  • датчики. Их минимальный набор состоит из трех гироскопов, которые дают возможность уравновесить аппарат в процессе движения. Если у модели предусмотрен акселератор, то дрон самостоятельно может принять горизонтальное положение в процессе полета. Существуют также и другие датчики, определяющие высоту, скорость полета, интенсивность ветра, расстояние до предметов и т. д.;
  • полезные мелочи. К ним можно причислить девайс, который облегчает поиск упавшего квадрокоптера;
  • корпус, обеспечивающий защиту платы от внешнего воздействия;
  • крепеж для видеокамеры.

Следует заметить, что все элементы, из чего состоит квадрокоптер, необходимо грамотно расположить, чтобы обеспечить максимальную устойчивость устройства.

История

Все началось в далеком 1922 году с русско-американского авиаконструктора Георгия Александровича Ботезат. Который изобрел первый в своем роде действующий квадрокоптер. Его аппарат смог не только оторваться от земли, но и продержаться в воздухе некоторое время. На тот момент такие аппараты имели один существенный недостаток – принцип работы.

Из из четырёх несущих винтов, ведущим был лишь один (вращение задавалось двигателем внутреннего сгорания), т.е. крутящий момент посредством сложной трансмиссии, передавался одним мотором на остальные 3 несущих винта. До серийных разработок дело не дошло.

Многовинтовые вертолёты разрабатывались ещё в первые годы вертолётостроения. Один из первых квадрокоптеров (англ. quadcopter, четырёхроторный вертолёт), который реально оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был создан Георгием Ботезатом и испытан в 1922 году. Недостатком этих аппаратов была сложная трансмиссия, передававшая вращение одного мотора на несколько винтов.

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке, уже как беспилотные аппараты. Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании[2]. Мультикоптеры удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки — громоздкая камера вынесена из зоны действия винтов[источник не указан 433 дня].

В целом вертолеты с несколькими винтами разрабатывали еще в начале вертолетостроения. Попыток создать многовинтовой вертолет было много, но первый квадрокоптер, который смог взлететь и держался в воздухе, был разработан Георгием Александровичем Ботезатом (русско-американский конструктор). Испытания конструкции проходили в 1922 году.

У первых аппаратов был один недостаток: вращение мотора передавалось сразу на 4 винта. После того как был создан автомат перекоса и хвостовой винт разработка и испытания квадрокоптеров завершились. В 1950-х годах начали проводиться новые разработки, но успехов достигнуть так и не удалось.

XXI век изменил все. Квадрокоптеры получили новую жизнь, но аппараты были созданы для беспилотного использования. Конструкция квадрокоптера отличается простотой, поэтому нередко этот аппарат используют любители для моделирования. На квадрокоптеры обычно устанавливают камеру, но она не мешает устройству работать и летать, так как располагается вдалеке от зоны работы винтов. Четырехвинтовой мультикоптер может использоваться для малозатратной киносъемки и фото с воздуха.

Принцип действия

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].

Принцип действия современного мультикоптера прост. В зависимости от схемы применения (3/4/6/8-несущих винтов) каждый несущий винт приводится во вращение эл.двигателем (эл.мотором). Одна половина моторов осуществляет вращение винтов по часовой стрелки, а вторая против.

*Порядок направления вращения несущих винтов мультикоптера.

  • Увеличение оборотов на всех несущих винтах – подъём.
  • Уменьшение оборотов на всех несущих винтах — опускание.
  • Увеличение оборотов одной половины винтов и уменьшении оборотов другой половины – задаст движение в сторону.
  • Увеличение оборотов у винтов с вращением по часовой стрелки и уменьшении оборотов у винтов вращающихся против часовой – обеспечит поворот дрона.

*Схема управления полётом вращением несущих винтов.

Давайте разберемся с принципом действия подробнее. Коптер это аэродинамически абсолютно нестабильный аппарат. Стабильным его полет делает бортовой компьютер или полетный контроллер.Для того, чтобы дрон накренился необходимо, чтобы два двигателя замедлили вращение, а два противоположных — наоборот увеличили.

Коптер может повернуть (так называемое «рыскание») влево или вправо, ускоряя два двигателя, которые расположены по диагонали друг к другу, одновременно замедляя два других. Для перемещения доступны 3 оси — тангаж (pitch), крен (roll), рыскание (yaw).

Современное применение мультикоптеров

Существуют несколько видов мультикоптеров которые различают по количеству винтов/моторов (винты и моторы обычно называют винтомоторной группой или ВМГ). Помимо квадрокоптера выделяют – трикоптеры  — 3 винта, гексакоптеры – 6 винтов, октокоптеры – 8 винтов.

По прошествии полувека с тестовых испытаний первых квадрокоптеров сложились благоприятные условия для возрождения интереса к этому виду летающей техники:

  • во-первых, достижения в области материаловедения позволили создать прочные и легкие полимеры, которые существенно уменьшают вес аппарата;
  • во-вторых, прогресс микроэлектроники (а именно появление микропроцессоров) обеспечило базу для более простого и стабильного управления винтокрылыми машинами.

В своем современном виде первые в мире квадрокоптеры появились в 2006 году с выпуском моделей от немецкой компании MikroKopter. Они уже имели бортовой микроконтроллер, 3 гироскопа, барометр и акселерометр, отличались достаточной стабильностью в полете. Чуть позже их дополнили GPS-модулем для фиксации позиции.

Квадрокоптер на радиоуправлении от MikroKopter изначально был предназначен для профессионального использования и имел высокую стоимость, однако открытый исходный код привел к появлению на рынке его дешевых клонов, что негативно отразилось на продажах компании.

В дальнейшем рынок четырехвинтовых дронов пошел по двум направлениям:

  • создание полностью готовых к использованию устройств различного класса, от бюджетных игрушек до профессиональных платформ для видеосъемки, спасательных, полицейских, природоохранных и других операций;
  • разработка микроконтроллеров и программного обеспечения к ним, которые можно адаптировать к самодельным или купленным аппаратам.

По первому пути пошли такие ныне известные компании, как Gaui, DJI, XAircraft и другие производители. Как правило, в их продукцию входит сам аппарат, собственная линейка микроконтроллеров и программного обеспечения к ним. Во втором направлении особо отметились такие компании, как MultiWii, KaptainKuk, ArduCopter.

Еще одной важной технологией, благодаря которой квадрокоптеры появились на широком рынке, явилась система стабилизированной подвески, позволяющая монтировать на аппарат фото- или видеокамеру или иную аппаратуру. Установленные в ней сервоприводы и датчики позволяют компенсировать колебания и развороты дрона по соответствующим осям, обеспечивая подсоединенному оборудованию оставаться в практически неподвижном положении.

Очевидно, что история дронов не остановится на стадии развлечения и узкоспециализированного применения. В Саудовской Аравии уже готовятся в ближайшие годы запустить автоматическое беспилотное такси на базе квадрокоптера, появляются разработки полноценных боевых машин, способных выполнять не только разведывательные функции, но и участвовать непосредственно в военных действиях.

Совершенствование этих аппаратов идет сегодня по пути увеличения длительности работы в автономном режиме, расширения функционала, внедрения систем искусственного интеллекта. Оправдают ли квадрокоптеры себя в будущем – покажет время, но уже сегодня они предоставляют широкие возможности в самых различных областях.

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.

Mavic Pro Platinum

Грузоподъемность зависит от соотношения силы, создаваемой винтомоторной группой, и собственного веса машины. Отличные показатели имеют относительно большие квадрокоптеры. Например, характеристики Phantom 4 позволяют использовать эту модель для доставки посылок потребителям.

Средства управления коптером

Когда уже понятно, как такая штука, как квадрокоптер, устроена и летает, необходимо остановиться на операторе. Ведь летающей машинкой нужно управлять. И желательно это делать комфортно, удобно и точно. Сегодня оператору предлагается несколько вариантов.

  1. Пульт управления, работающий по радиоканалу. Такое устройство не предусматривает обратной связи с дроном. С его помощью регулируют высоту и повороты в полете. Для этого на пульте установлены два отдельных джойстика. Один предназначен для уменьшения и увеличения высоты, другой — для плавного управления поворотами. На пульте также размещаются несколько функциональных кнопок. Например, зависание, автоматическая посадка, разворот. Главное достоинство радиопульта в большой дальности работы, а недостаток – сигнал можно перехватить или заглушить.
    Пульт управления
  2. Смартфон. Управлять дроном с мобильного телефона можно только в пределах действия WiFi трансмиттера. Для обычных смартфонов дальность составляет до 100 метров без преград на пути сигнала. Если в области полета есть устойчивый прием беспроводной сети глобальных провайдеров интернета, дальность управляемого полета дрона может быть неограниченной. Программы управления со смартфона могут также получать видеосигнал с камеры квадрокоптера.
    Пульт управления

Важно! Для дронов специального назначения создаются собственные программные комплексы. Они предусматривают максимальную обратную связь. Можно не только составить график полета и описать выполнение задач, но и получать данные в реальном времени об их исполнении. Конечно, такие программные комплексы отображают картинку с камеры коптера.

Сегодня в розничной продаже легко купить дрон любого класса. Это может быть недорогая игрушка размером с ладонь для развлечений в помещении. И даже такой маленький квадрокоптер сегодня оснащается веб-камерой, общается со смартфоном и умеет зависать. Легко приобрести и дорогую, грузоподъемную и функциональную модель. Главное — правильно очертить круг ее задач и приготовиться к денежным тратам.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector