Квадрокоптер тянет в сторону: почему, как исправить, если заваливается при взлете

Что делать и как исправить, если квадрокоптер при взлете тянет в сторону

Если при испытании выяснилось, что дрон тянет в сторону, и летит он неровно, необходимо посадить устройство на землю и провести внимательный физический осмотр. Пошаговый алгоритм предлагается следующий:

1. Винты квадрокоптера аккуратно прокручивают пальцами. Если один из пропеллеров вращается медленнее других и с ощутимым усилием, необходимо снять его и посмотреть, нет ли загрязнений на оси двигателя.
2. Любой налипший мусор, травинки, шерсть и нитки, из-за которых квадрокоптер тянет в сторону, нужно снять. После этого винт устанавливают обратно, при необходимости заворачивая менее плотно, и еще раз прокручивают пальцами. Если он идет свободно, то, скорее всего, коптер в полете перестанет тянуть в сторону.
3. Дрон ставят на ровной поверхности и снова пробуют запустить в воздух. Для старых квадрокоптеров механической чистки обычно оказывается достаточно.

Совет! Если винты дрона недавно приходилось менять, следует еще раз проверить направление вращения купленных пропеллеров и при необходимости переустановить их повторно.

Почему квадрокоптер тянет в сторону

Ситуация, в которой квадрокоптер кренит набок или не взлетает, очень распространенная проблема. Вызывают неполадку несколько причин:

1. Неправильные настройки. Перед отправкой в магазины дроны подготавливают для полета, но в процессе многочисленных транспортировок калибровка может сбиться.
2. Слишком туго насажен один из винтов. Если при сборке допущена ошибка, и какой-то пропеллер вращается с большим усилием, нежели остальные, квадрокоптер будет тянуть в сторону.
3. На ось двигателя в месте крепления винта намотались нитки, травинки или волосы. Такое часто случается со старыми дронами — сам пропеллер в порядке, но лишние элементы тормозят его вращение.

Еще одна причина, по которой квадрокоптер может тянуть в сторону, это ошибка при самостоятельной замене винта. Хрупкие пропеллеры часто ломаются, для устранения поломки необязательно обращаться к профессионалам — детали стоят дешево и не являются дефицитом.

Esc – электронные регуляторы скорости (оборотов)

Электронный регулятор скорости (ESC) — это электронная схема, установленная на каждом двигателе и предназначенная для изменения оборотов электродвигателя, его направления, а также торможения.

Электронные регуляторы скорости являются важным компонентом современных квадрокоптеров. Они предоставляют высокую мощность, высокую частоту и 3-фазный переменный ток для двигателей. Одновременно с этим, ESC очень маленькие и компактные. Квадрокоптеры и дроны полностью зависят от переменной скорости двигателей, приводящих в движение пропеллеры.

Как летает квадрокоптер

Изменения на пульте дистанционного управления, посылают сигналы на центральный полетный полета. Центральный контроллер полета передает эту информацию в электронные регуляторы скорости (ESC) каждого двигателя, которые, направляют каждый двигатель на увеличение или уменьшение скорости.

Движение ручки дистанционного управления → Центральный контроллер полета → Электронные схемы управления скоростью (ESC) → Двигатели и пропеллеры → Движение квадрокоптера или зависание.

Как провести триммирование для квадрокоптера

Если квадрокоптер летит в бок, делать нужно в первую очередь проверку его механической исправности. Но когда отладка винтов не дает результатов, и дрон продолжает тянуть в сторону, остается провести автоматическую калибровку устройства. Выполняют ее по такой схеме:

1. На пульте управления коптером находят кнопки или колесики, отвечающие за триммирование.
2. Дрон запускают в работу и поднимают устройство в воздух отведением левого стика вниз.
3. Набирают небольшую высоту и определяют, в какую именно сторону продолжает тянуть неисправный коптер.
4. При наличии крена вправо триммируют дрон влево и наоборот.
5. Проводят настройку до тех пор, пока устройство не начнет двигаться совершенно ровно.

Если новый квадрокоптер заваливается в сторону при взлете, для начала можно попробовать просто сбросить заводские установки и провести калибровку гироскопа и акселерометра. Для этого аппарат размещают на ровной поверхности, включают и отводят оба стика сначала вниз и влево, а затем вниз и вправо. Об успешно выполненной настройке коптер сообщит светодиодным или звуковым сигналом.

Как работает квадрокоптер

Как квадрокоптер зависает или летит в любом направлении, поднимается или опускается в одно мгновение, от прикосновений к ручке пульта дистанционного управления. Дроны способны летать автономно через запрограммированное программное обеспечение для навигации по маршрутным точкам и летать в любом направлении от точки к точке. Давайте рассмотрим используемые технологии в мультикоптерах в подробностях.

Направление вращения пропеллеров наряду со скоростью двигателя дрона, что делает возможным его полет и маневренность. Пульт радиоуправления квадрокоптером отправляет информацию контроллеру на беспилотнике, и передает данные двигателям через их электронные схемы управления скоростью (ESC) о тяге, оборотах, и направлении.

Несмотря на то, что современные технологии беспилотных летательных аппаратов и квадрокоптеров являются современными, они все еще используют старые принципы парного полета, гравитации, действия и реакции.

При изготовлении квадрокоптеров, винтов и конструкции двигателя учитываются основные 4 силы, влияющие на весь полет: вес, подъем, тяга и также являются важными факторами. Математика используется для расчета тяги двигателя квадрокоптера, в то время как аэродинамика самолета используется для расчета винта и движения воздуха над, под и вокруг квадрокоптера.

Направление двигателя для рыскания

На квадрокоптере, таком как DJI Mavic Pro или последняя версия Mavic 2 Pro, рыскание управляется правой ручкой управления на пульте дистанционного радиоуправления. Перемещение джойстика влево или вправо приведет к повороту квадрокоптера влево или вправо.

Движение на пульте передают сигналы на полетный контроллер, который отправляет данные на регуляторы скорости квадрокоптера, управляющие конфигурацией и скоростью каждого двигателя.

Чтобы увидеть, как это на самом деле работает, взгляните на диаграмму конфигурации пропеллеров выше. На схеме изображен квадрокоптер DJI Phantom 3, вид сверху с роторами, обозначенными от 1 до 4.На приведенной схеме, вы можете видеть конфигурацию двигателя квадрокоптера:

Угловой момент является вращательным эквивалентом линейного импульса и рассчитывается путем умножения угловой скорости на момент инерции. Какой момент инерции? Это похоже на массу, но только он имеет дело с вращением. Угловой момент зависит от того, как быстро вращаются роторы.

Концептуально момент инерции можно рассматривать как представление сопротивления объекта изменению угловой скорости.

Если на двигателях квадрокоптера крутящий момент отсутствует, то общий угловой момент должен оставаться постоянным, равным нулю. Чтобы понять угловое движение вышеуказанного квадрокоптера, представьте, что 2-й и 4-й ротор, имеют положительный угловой момент, а 1-й и 3-й имеют отрицательный угловой момент. Назначим каждому двигателю значение -4, 4, -4, 4, что в сумме равно нулю.

Чтобы повернуть дрон вправо, нужно уменьшить угловую скорость двигателя 1, чтобы иметь угловой момент -2 вместо -4. Если бы ничего не случилось, общий момент импульса квадрокоптера теперь был бы 2. Так вот, этого не может быть. Дрон теперь будет вращаться по часовой стрелке, так что его корпус имеет момент импульса -2.

Уменьшение вращения ротора 1 действительно привело к вращению дрона, но также вызывает проблему. Это также уменьшило тягу от двигателя 1. Теперь направленная вверх сила не равна силе гравитации, и квадрокоптер опускается.

Кроме того, тяга двигателя квадрокоптера не одинакова, поэтому квадрокоптер становится неуравновешенным. Квадрокоптер наклонится вниз в направлении двигателя 1.

Чтобы вращать дрон без создания вышеуказанных дисбалансов, необходимо уменьшить вращение двигателей 1 и 3 с увеличением вращения вращающихся роторов 2 и 4.

Угловой момент вращения роторов по-прежнему не равен нулю, поэтому корпус дрона должен вращаться. Однако общая сила остается равной силе гравитации, и дрон продолжает зависать. Поскольку нижние упорные роторы расположены по диагонали друг от друга, дрон может оставаться в равновесии.

Направление пропеллеров – рыскание, тангаж, крен

Прежде чем углубиться в настройку двигателя и пропеллеров квадрокоптера, давайте немного объясним терминологию, используемую, когда он летит вперед, назад, вбок или вращается при зависании.

Рыскание (Yaw)— это вращение или поворот квадрокоптера вправо или влево. Это основное движение для вращения мультикоптера. На большинстве дронов это достигается с помощью левой ручки газа влево или вправо.

Тангаж (Pitch)— это движение квадрокоптера вперед или назад. Подача вперед обычно достигается нажатием ручки газа вперед, что заставляет квадрокоптер наклоняться и двигаться вперед от вас. Шаг назад достигается перемещением ручки газа назад.

Крен (Roll)- Большинство людей путают крен с рысканием. Крен заставляет квадрокоптер лететь вбок, влево или вправо. Он управляется правой ручкой газа, заставляя его летать слева направо.

Большинство высокотехнологичных дронов, таких как квадрокоптер Yuneec Q500 4k, позволяют управлять им двумя различными способами. Вы можете летать на дроне, как будто вы пилот и на самом деле в квадрокоптере. Вы управляете ручками по-разному относительно крена, в зависимости от того, приближается ли дрон к вам или улетает от вас.

Вот короткое видео, которое очень просто показывает вам, каковы движения крена, тангажа и рыскания.

Направление пропеллеров для вертикального подъем

Вертикальный подъем зависит от направления вращения пропеллеров. Для того чтобы дрон поднялся в воздух, необходимо создать подъемную силу, равной силе гравитации или превышающей ее. Это основная идея взлета самолетов, которая сводится к контролю восходящей и нисходящей силы.

Квадрокоптеры используют конструкцию двигателя и направление вращения винта для создания требуемой тяги, чтобы управлять силой тяжести, воздействующей на летательный аппарат.

Вращение винтов приводит к вытеснению воздуха. Все силы приходят парами (Третий Закон Ньютона), что означает, для каждой силы действия существует равная (по размеру) и противоположная (по направлению) сила противодействия. Поэтому, когда ротор толкает воздух вниз, воздух толкает ротор вверх. Чем быстрее вращаются роторы, тем больше подъемная сила и наоборот.

Дрон может делать три вещи в вертикальной плоскости: зависать, подниматься или опускаться.

Зависание на месте – для зависания, тяга четырех роторов толкает дрон вверх и должна быть точно равна силе гравитации, притягивающей его вниз.

Подъем вверх – достигается путем увеличения тяги (скорости) четырех роторов квадрокоптера так, чтобы сила, направленная вверх, была больше веса и силы тяжести.

Вертикальный спуск или падение вниз – требует выполнения полной противоположности подъему. Уменьшается тяга, чтобы сила была направлена вниз.

Направление пропеллеров и двигателей квадрокоптера

Направление пропеллеров квадрокоптера для тангажа и крена

Поскольку большинство квадрокоптеров симметричны (например, DJI Phantom 4 Pro v2, Autel X-Star и Holy Stone HS 100 Drone), нет никакой разницы между движением вперед или назад. То же самое относится и к движению из стороны в сторону. Как лететь вперед также объясняет, как летать назад или вбок.

Чтобы лететь вперед, необходимо увеличить число оборотов двигателя квадрокоптера (скорость вращения) роторов 3 и 4 (задние двигатели) и уменьшить частоту вращения роторов 1 и 2 (передние двигатели). Общая сила тяги останется равной весу, поэтому дрон останется на том же вертикальном уровне.

Кроме того, поскольку один из задних роторов вращается против часовой стрелки, а другой по часовой стрелке, увеличенное вращение этих двигателей будет по-прежнему создавать нулевой угловой момент. То же самое относится и к передним роторам, поэтому дрон не вращается.

Большая сила в задней части дрона означает, что он наклонится вперед. Теперь небольшое увеличение тяги для всех роторов приведет к созданию силы тяги, которая уравновешивает вес вместе с движением вперед.

Центральный полетный контроллер

Теперь центральный полетный контроллер также получает информацию от IMU, гироскопа, модулей GPS и датчиков обнаружения препятствий, если они установлены на квадрокоптере. Он выполняет вычислительные расчеты с использованием запрограммированных параметров полета и алгоритмов, а затем отправляет эти данные в электронные контроллеры скорости.

Фактически, большинство полетных контроллеров включают в себя IMU, GPS, гироскоп и множество других функций для контроля полета и стабильности квадрокоптера. Довольно часто они имеют второй резервный инерциальный измерительный модуль и другие функций безопасности, такие как возврат на точку взлета.

Примером полетного контроллера послужит новый DJI N3 Flight Controller. Он имеет множество функций и может работать с различными двигателями.

Заключение

Неполадка, когда квадрокоптер тянет в сторону, встречается очень часто, но обычно не свидетельствует о серьезной неисправности. В большинстве случаев крен устраняется калибровкой или механической чисткой аппарата.