Квадрокоптеры для перевозки грузов

Квадрокоптеры для перевозки грузов Квадрокоптеры

Что такое мультикоптер

Часто малые беспилотные летательные аппараты называют дронами. У английского слова drone есть много значений, в том числе «беспилотный самолет» и «робот». Соответственно, этот термин обозначает весьма широкий круг беспилотных летательных аппаратов — в том числе радиоуправляемые модели самолетов и вертолетов с двигателями различных типов (электрическими, внутреннего сгорания, реактивными и пр.).

В данной публикации мы рассмотрим только одну из категорий малых БПЛА — мультикоптеры. Так называют малые беспилотные летательные аппараты с дистанционным управлением, приводимые в движение несколькими воздушными винтами, расположенными в одной плоскости.

В зависимости от габаритов и конструктивных особенностей количество винтов может варьироваться от 3 до 12. Существует несколько распространенных терминов, обозначающих мультикоптеры с определенным количеством воздушных винтов: квадрокоптер (четыре винта), гексакоптер (шесть винтов) и октокоптер (восемь винтов).

Квадрокоптер (модель XciteRC Rocket 400 GPS)

Гексакоптер

Октокоптер (модель Skyhawk RC Hawk F900)

Редкая разновидность мультикоптеров – модель с тремя воздушными винтами

Большинство современных мультикоптеров приводятся в движение четным количеством воздушных винтов, однако выпускаются модели, оснащенные тремя и пятью винтами. В случае четного количества винтов половина из них вращается в одном направлении, а остальные — в противоположном.

Схема направления вращения воздушных винтов на примере квадрокоптера

В современных мультикоптерах каждый воздушный винт приводится в движение собственным электродвигателем. При этом винт может быть закреплен как непосредственно на оси двигателя (прямой привод), так и связан с последним через механический редуктор (такое решение обычно применяют в средних и больших мультикоптерах).

Для набора высоты скорость вращения всех винтов мультикоптера синхронно увеличивается, а для снижения — уменьшается. Поворот корпуса вокруг вертикальной оси выполняется за счет увеличения или уменьшения частоты вращения группы винтов, вращающихся в одном направлении.

В настоящее время наиболее распространенным вариантом конструкции малых БПЛА являются квадрокоптеры. Такая схема обеспечивает оптимальное сочетание простоты конструкции, веса, цены и летных качеств.

Работой двигателей мультикоптера управляет специализированный мини-компьютер, установленный в его корпусе. Он в режиме реального времени изменяет частоту вращения каждого из двигателей в соответствии с командами, поступающими с пульта ДУ, и с учетом показаний ботовых датчиков (многоосевого гироскопа, акселерометра, электронного компаса и др.). Благодаря этому освоить управление современным мультикоптером не так уж и сложно даже начинающим пользователям.

Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. краткий обзор

Квадрокоптеры неожиданно ворвались в нашу жизнь и распространились повсеместно. Они получили свой второй шанс на жизнь, впервые появившись в первой половине прошлого века. Однако их основная проблема так до сих пор и не решена, — над чем и бьются множество компаний и отдельных энтузиастов.

Мультикоптер (англ. Multirotor, multicopter, многороторный вертолёт, многолёт) — летательный аппарат, построенный по вертолётной схеме, с тремя и более несущими винтами
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.

Квадрокоптеры для перевозки грузов
Источник картинки: wikipedia.org

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке, уже как беспилотные аппараты. Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании, также удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки.

В последнее время появились миниатюрные квадрокоптеры, умещающиеся на ладони (Walkera Ladybird, WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop и пр). Они практически безопасны (масса аппарата менее 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. Некоторые модели разгоняются до впечатляющих 26 м/с[13], имеют высокое качество съёмки и управляются на расстоянии более 3,5 км.

По принципу управления мультикоптеры существуют:

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:

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. Использование GPS-приёмника позволят 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.

Винты могут быть установлены непосредственно на вал двигателя, либо через редуктор.
В любительских и профессиональных мультикоптерах используются коллекторные и бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии. Это накладывает определённые ограничения на полётные характеристики: типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг, при времени полёта от 10 до 30 минут (30—50 минут у уникальных единичных экземпляров). 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).

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.

Существуют также трёх- и пятивинтовые вертолёты (три- и пентакоптеры). Один из моторов там располагается на нанизанной на ось подвижной платформе, угол поворота которой изменяется сервоприводом — так и осуществляется поворот аппарата вокруг своей оси. Отдельно стоит отметить экспериментальные аппараты: бикоптеры, квадрокоптеры с изменяемым шагом пропеллеров, квадрокоптеры с двигателями на импеллерах, однако они не получили какого-либо распространения.

Большое количество энтузиастов занимается самостоятельной сборкой коптеров.
Часто для этих целей они используются широко известный недорогой полётный контроллер KK Multicopter, который имеет несмотря на свою низкую цену, достаточно широкие возможности и позволяет управлять системой, содержащий до 6 роторов включительно.

Квадрокоптеры для перевозки грузов
Источник картинки: www.quad-copter.ru

Следует упомянуть, что большая часть современных мультироторных систем представляет собой электрические машины, где тяговыми двигателями выступают электродвигатели, а в качестве источника энергии для них используются, в основном, литий-полимерные аккумуляторные батареи.

Исходя из всего вышесказанного, проистекает основная проблема мультироторных электрических систем: малое время работы (ввиду гораздо меньшего соотношения ёмкости аккумуляторных батарей к их весу, то есть энергоёмкости, по сравнению с любыми топливными системами) и невозможность подзарядки аккумуляторов в полевых условиях, ввиду отсутствия такой возможности.

Кроме того, грузоподъёмность мультироторных систем оставляет желать лучшего. Они вполне годятся для перевозки небольших грузов, однако стоимость системы, которая сможет стать полноценным средством передвижения или перевозки пассажиров, будет достаточно внушительной. Справедливости ради, однако, следует отметить, что в последнее время начинают практически реализовываться идеи некоего летающего городского такси, которое как раз будет построено на основе мультироторной электрической системы.

Однако, как уже было сказано ранее, мультироторные системы появились не вчера, изначально они представляли собой исключительно системы на двигателях внутреннего сгорания.

И не так давно, в середине 2022-х годов появилось достаточно интересная система, которая «возвращалась к истокам» и представляла собой квадрокоптер бензинового типа — Nitro Stingray.

В отличие от своих электрических собратьев, эта система в своей основе имела в качестве силовой установки двигатель внутреннего сгорания, от которого крутящий момент передавался на все четыре несущих ротора:

Этот квадрокоптер отличался тем, что он имел один центральный двигатель, а присущая мультикоптерам подвижность,- обеспечивалась четырьмя винтами, с изменяемым шагом:

Смотрите про коптеры:  запуск дрона в москве до 250 грамм

Ввиду высокой энергоёмкости сжигаемого топлива, этот квадрокоптер имел относительно небольшой вес, если сравнивать его с электрическими собратьями, высокую удельную грузоподъёмность, а также подвижность, о чём было сказано ранее.

В это же десятилетие отметились несколько известных проектов, которые пытались решить проблему недостаточной грузоподъёмности электрических устройств таким же путем, — использованием центрального двигателя и передачи крутящего момента, в то время как управление осуществлялось регулировкой шага винтов.

Одним из таких проектов является проект Incredible HLQ (Heavy Lift Quadcopter), который даже запускал свою кампанию на kickstarter com.

Вот что говорили о нём его создатели:

«Мы — группа студентов-механиков, работающих над нашим главным проектом в Государственном университете Сан-Хосе в Сан-Хосе, Калифорния. В состав группы входят 4 участника: Ник Коновер, Крис Фулмер, Карлос Герреро и Габриэль Теллез. Каждый из нас обладает особым набором навыков и специализируется в 2 различных дисциплинах: мехатроника и конструирование.

Мы проектируем и строим квадрокоптер с большой грузоподъёмностью (HLQ), который мы называем Incredible HLQ (звучит как «Халк»). Как и супергерой, HLQ сможет поднимать и транспортировать огромное количество веса для своего размера и стоимости. HLQ сможет автономно извлекать и доставлять 50 фунтов (~22,7 кг) полезной нагрузки.

Чтобы достичь цели в 50 фунтов, HLQ будет использовать трансмиссию, приводимую в действие двумя бензиновыми двухтактными двигателями мощностью около 12,5 л.с. каждый. Подъём будет осуществляться с помощью четырёх головок несущего винта коммерческого радиоуправляемого вертолёта с четырьмя лопастями диаметром 435 мм. Выбор этих лопастей был основан на реальных испытаниях подъёмной силы на нашем испытательном стенде, которые показаны в видео. Управление достигается за счёт использования управления переменным шагом винтов для изменения подъёмной силы каждого ротора.

Управление полётом будет использовать модуль DIYDrone Ardupilot APM2.5 . Ardupilot — это плата управления на базе Arduino с открытым исходным кодом для БПЛА. Он широко используется для многих летательных аппаратов с неподвижным крылом, вертолётов и многороторных летательных аппаратов и имеет подтверждённый послужной список.

Кроме того, мы будем использовать систему компьютерного зрения для идентификации и отслеживания полезной нагрузки с помощью библиотеки OpenCV на Roboard RB-110. RB-110 — это полноценный компьютер на одной плате. Он имеет 486-совместимый процессор с тактовой частотой 1 ГГц и может работать под Windows, Linux или Dos.
HLQ — дорогостоящий проект для большинства старших инженерных проектов в SJSU (Государственный университет Сан-Хосе). Затраты выходят за рамки того, что мы, студенты, можем себе позволить, и поэтому ваша поддержка имеет решающее значение для нашего успеха».

У проекта есть свой канал на YouTube, где они публикуют последние новости о разработках.

Несмотря на большое количество затраченного времени, в данный момент проект всё также находится в стадии разработки, последнее видео о новостях проекта вышло в мае 2020 года:

Ещё одним достаточно известным проектом является Goliath Mkll.

Проект стартовал примерно в то же время, что и первый, также в 2022 году и имеет свой канал на YouTube, но так же как и первый проект, — до сих пор находится в стадии разработки:

Достаточно долгое время идея бензиновых грузоподъёмных мультироторных систем пребывала в запустении, в течение всего десятилетия 2022-х. По крайней мере, не было ничего особо заметного, что бы громко заявило о себе в блогосфере или интернете в целом.

Однако, в последние 3-4 года, ситуация похоже сдвинулась с мёртвой точки, — разработчики похоже учли сложность создания системы с изменяемым шагом винтов, и пошли другим путём: один за другим стали появляться проекты, которые сочетают в себе преимущества двух подходов,- электрического и бензинового.

Как правило, эти проекты построены приблизительно по одной и той же схеме: классическая мультироторная система, где несущие роторы базируются на основе электрических двигателей, в то время как источником энергии для питания системы являются не аккумуляторы, а используется портативная бортовая электростанция внутреннего сгорания — для выработки электроэнергии.

Такого типа дроны позиционируются как средства для опыления полей от вредителей. Ввиду своей грузоподъёмности и большого времени работы, они могут брать на борт большой бак с жидкими инсектицидами и работать долгие часы, проходя большую площадь.

Хотя, кое-кто развивает и альтернативные технологии. Как, например, проект ниже, о котором, к сожалению, ничего не известно, кроме технических характеристик, показанных в видео. Мультикоптерная система, предположительно, имеет синхронизирующие валы между парами отдельных двигателей, для выравнивания их скоростей, проходящие внутри труб — каркаса. А управление осуществляется наклоном каждого конкретного двигателя:

В качестве заключения:

Некоторое время назад, вышло видео, где сноубордист, прицепленный к квадрокоптеру, катается на фоне заснеженных ландшафтов:

Неожиданный подход, продемонстрированный в видео, произвёл впечатление на многих и широко разошёлся по блогосфере. Однако любой, более-менее близко знакомый с технической стороной «коптеростроения», понимает, что построение подобного коптера, — обойдётся в круглую сумму!

Но благодаря продемонстрированному строителями сельскохозяйственных коптеров подходу, данная затея уже не кажется такой безумной!

Предположим некий мультикоптер, который может поднимать человека, построенный по электрической схеме, и питающийся от бортовой электростанции. Ввиду мультироторной схемы, такой коптер будет обладать высокой подвижностью, в то же время, обладая высокой грузоподъёмностью, что позволит использовать его для такого интересного применения как дрон-бординг (катание за дроном, на прицепе)! Или скажем, в качестве манёвренного мощного дрона, для доставки грузов.

Для снижения шума от работы двигателя бортовой электростанции, дрон может лететь на большой высоте, поэтому это не будет проблемой.

Стартап? Why not…

Квадрокоптеры для перевозки грузов

Дополнительные функции управления

Бортовой компьютер, управляющий работой двигателей мультикоптера, позволяет реализовать ряд дополнительных режимов и функций, упрощающих задачу пилота. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенные из них.

Во многих ныне выпускаемых моделях предусмотрена функция под названием CF Mode или Headless Mode. При ее активации хвостом летательного аппарата считается та его часть, которая в данный момент обращена к пользователю. То есть независимо от фактической ориентации корпуса при подаче команды движения вперед мультикоптер будет удаляться от пульта и наоборот.

Зачем это может понадобиться? Дело в том, что корпус большинства современных мультикоптеров (в отличие от радиоуправляемых моделей самолетов и вертолетов) имеет симметричную форму. Из-за этого визуально определить, с какой стороны в данный момент расположен нос, а с какой хвост, бывает довольно затруднительно — особенно если бортовые огни или метки плохо различимы из-за яркого солнца. Разумеется, управление мультикоптером в режиме Headless Mode имеет свою специфику, к которой необходимо привыкнуть.

Хорошим подспорьем для начинающих пилотов (особенно при управлении относительно тяжелыми аппаратами с ценным подвесным оборудованием) станет система выполнения взлета и посадки в автоматическом режиме, реализованная на базе ультразвукового или оптического высотомера.

При активации функции автоматической посадки пилоту достаточно выполнить снижение до определенной высоты (которая обычно составляет несколько метров) и отдать соответствующую команду. После этого мультикоптер сам выполнит безопасную посадку в автоматическом режиме.

Широкие возможности по автоматизации управления реализованы в мультикоптерах, оборудованных встроенным GPS-приемником. Некоторые из них способны совершать полет в полностью автономном режиме по маршруту, который был заранее проложен по электронной карте и загружен во встроенную память.

Еще одна полезная функция, реализованная в моделях с встроенным GPS, называется Return To Home (RTH) — то есть «возвращение домой». Она позволяет автоматически вернуть мультикоптер на то место, с которого был произведен взлет, в случае потери связи с пультом из-за воздействия внешних помех или вследствие удаления за пределы радиуса действия передатчика.

Если на мультикоптер планируется устанавливать дополнительное оборудование, оснащенное собственными электроприводами (например, моторизованный подвес для фото- или видеокамеры), то в системе управления должны быть предусмотрены дополнительные каналы для передачи команд исполнительным механизмам.

Источник питания и продолжительность полета

В качестве автономных источников питания в современных мультикоптерах используются литий-полимерные или литий-ионные аккумуляторные батареи. Очевидно, что чем выше емкость батареи, тем дольше сможет оставаться в воздухе летательный аппарат. Однако по мере роста емкости аккумулятора увеличиваются его размеры и вес.

У современных моделей малого и среднего размера полностью заряженная батарея обеспечивает от 5 до 15 минут полета. При этом для полной зарядки аккумулятора может потребоваться от нескольких десятков минут до нескольких часов. Именно поэтому для эксплуатации в полевых условиях имеет смысл приобретать дополнительные аккумуляторные батареи. Это позволяет оперативно заменить разрядившийся источник питания и продолжить полеты без длительного перерыва.

У больших мультикоптеров обычно предусмотрена возможность установки аккумулятора повышенной емкости или дополнительных батарей для увеличения максимального времени полета.

Классификация по размеру

По размерам мультикоптеры можно условно разделить на три категории.

Малые и миниатюрные модели (некоторые из них без труда умещаются на ладони) подходят для освоения и совершенствования навыков пилотажа. Такие аппараты легко переносить и можно без проблем использовать в помещениях. Что касается уличной эксплуатации, то из-за небольшой массы даже еле заметный ветерок способен заметно сместить и даже опрокинуть такой мультикоптер.

Смотрите про коптеры:  Какой квадрокоптер выбрать, как купить то, что вам нужно?

Миниатюрная модель квадрокоптера, без труда умещающаяся на ладони

JJRC H20 Nano — миниатюрный гексакоптер

Наиболее популярными и широко распространенными в настоящее время являются мультикоптеры средних размеров. Такие аппараты достаточно универсальны: их можно использовать как в помещении, так и на улице, а кроме того, задействовать для любительской фото- и видеосъемки.

Многие модели оборудованы встроенными или съемными камерами, а также позволяют подвешивать легкое дополнительное оборудование. Широкий диапазон цен представленных в продаже моделей позволяет выбрать подходящий вариант практически для любого бюджета.

Квадрокоптер среднего размера (модель LRP Gravit Vision)

И, наконец, модели большого размера ориентированы на очень состоятельных любителей и профессиональных пользователей. Такие аппараты обладают высокой грузоподъемностью (1,5-2 кг и более), что позволяет подвешивать на них зеркальные фотоаппараты и даже профессиональные видеокамеры, а также задействовать для транспортировки небольших грузов. Кроме того, на борту можно установить дополнительные аккумуляторные батареи для увеличения максимального времени полета.

Большой октокоптер, способный поднять в воздух зеркальную фотокамеру на специальном подвесе

В больших мультикоптерах как правило применяются бесколлекторные электродвигатели с прямым приводом (подробнее об этом – в следующем разделе), благодаря чему эти аппараты обладают хорошей тягой, способны развивать высокую скорость и подниматься на высоту в несколько километров.

Комплектация

Перед приобретением нелишне будет уточнить, в какой конфигурации поставляется мультикоптер. В некоторых случаях не требуется сборка и предварительная регулировка — летательный аппарат готов к эксплуатации сразу же после извлечения из коробки и зарядки аккумуляторной батареи. Такой вариант обычно маркируется аббревиатурой RTF (она расшифровывается как Ready-to-Fly — то есть «готовый к полету»).

Дорогие модели среднего и большого размера нередко поставляются в разобранном виде и иногда требуют установки дополнительных узлов, приобретаемых отдельно. В этом случае пользователю придется либо самому заниматься сборкой и настройкой летательного аппарата (что требует определенной квалификации и времени), либо обратиться к квалифицированному специалисту.

Как правило, в комплект поставки мультикоптера входят запасные воздушные винты — на случай повреждения при аварийной посадке или падении. Кроме того, некоторые варианты комплектации включают дополнительную аккумуляторную батарею, кронштейны для крепления подвесного оборудования и т.д.

Малый квадрокоптер Parrot Rolling Spider укомплектован двумя съемными колесами большого диаметра

В комплект поставки квадрокоптера SkyWalker HM1306 входит съемный каркас

У ряда моделей предусмотрены съемные элементы, обеспечивающие дополнительную защиту винтов (кожухи, решетки, бамперы и т.п.) или даже аппарата целиком. Например, недорогая модель Parrot Rolling Spider укомплектована двумя съемными колесами большого диаметра, которые обеспечивают безопасную эксплуатацию этого квадрокоптера внутри помещений, позволяя ему катиться по любой поверхности (полу, стенам, потолку). С моделью SkyWalker HM1306 поставляется съемный каркас — весьма полезное приспособление для начинающих пилотов.

Модели

Рассматривая дроны для перевозки грузов сложно не упомянуть модели, позволяющие перемещать достаточно тяжелые объекты. Их список за последние годы существенно расширился. Поэтому приведем в пример лишь некоторых производителей, выпускаемые ими модели, а также их время автономной работы, поскольку этот критерий имеет особое значение при доставке грузов на удаленные расстояния.

Одним из брендов, устройства которого можно рассматривать, как дроны для перевозки грузивявляется Yuneec. Их особенность в том, что это гексакоптеры. В воздухе модель H920 Tornado проведет до 24 минут, а Flying Eyes HX3 до 45 минут.

Yuneec Tornado H920
Yuneec Tornado H920


Более разнеообразный ассортимент предлагает бренд TurboAce. Его модель Matrix-G Quadcopter – квадрокоптер с длительностью полета до 25 минут, а Infinity 9Pro Octocopter – октокоптер, пребывающий в воздухе до 15 минут.

Похожий ассортимент у Skyhawk RC. Это октокоптер Octocopter Hawk F900 RTFи гексакоптер Hexacopter Hawk F750. Оба они летают до 27 минут.

Намного дольше в воздухе держатся квадрокоптеры бренда SteadiDrone. У Vader X4 этот показатель достигает 50 минут, а QU4D X летает до 20 минут.

Наземная инфраструктура

Более обширная тема. Как говорится, витает в воздухе. Смысл решения в организации сети заправочных станций. В идеале — автоматических.


Здесь ситуация лучше. Есть конкретные дизайны. Бери и делай.

Вот примеры работ на эту тему:

image

Но есть проблема с организацией сети таких станций с достаточно плотным покрытием территорий.

Вопросы для обсуждения:Что мешает организовать такую сеть, например, в одном из районов Подмосковья силами добровольцев?Какие технические задачи должны быть решены?Может уже кто-нибудь пробовал автономный беспосадочный перелет для перевозки чего-нибудь другу или соседу?

Для начала необходимо понять, на какое расстояние возможен надежный автономный перелет со всех точек зрения (технических, нормативных, законодательных).Затем нанести на карте координаты добровольцев и понять зоны покрытия и расстояния между ними.

Если зоны перекрываются, то можно двигаться дальше. Определить процедуру заправки. Ну и так далее.Понятно, что задача сложная, но интересно же, чтобы такая сеть заработала и начала перевозить грузы.Приглашаю к обсуждению.В результате обсуждения планирую сформулировать критерии (количественные и качественные) осуществимости описанных идей. В идеале хотелось бы получить ТЗ.

Перспективы беспилотников

Вот два отчета, показывающих перспективы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и беспилотных летательных систем (БПЛС):


Для справки: БПЛС = БПЛА наземная станция управления

Согласно данным отчетам, кроме военной и научной, перспективны следующие области коммерческого и гражданского применения:

  1. точное сельское хозяйство
  2. общественная безопасность
  3. борьба с лесными пожарами
  4. мониторинг сельского хозяйства
  5. управление чрезвычайными ситуациями
  6. обследование линейной инфраструктуры (линий электропередач, трубопроводов)
  7. усиление мер по обеспечению правопорядка
  8. телекоммуникации
  9. мониторинг погоды
  10. аэрофотовидеосъемка и картографирование
  11. телевидение, кинематограф (съемка репортажей, сцен фильмов)
  12. мониторинг окружающей среды
  13. разведывание запасов нефти и газа
  14. грузовые перевозки

Первые 2 области охватывают около 90% всех известных рынков БПЛС в США. Суммарный ожидаемый в 2022 году экономический эффект для США составит 2 276 млн. долларов и более 23 тысяч новых рабочих мест.


На приведенных графиках показаны цифры до 2025 года.

image

Общие затраты и экономический эффект

image
Рост числа рабочих мест

Очень важно для достижения такого роста решить вопросы государственного регулирования и страхования при использовании воздушного пространства и обеспечении безопасности полетов.Но кроме государственного регулирования и страхования потребуется создание ряда технологий. Какие же технологии необходимы?

Министерство обороны и Федеральное управление гражданской авиации США называют следующие направления исследований:

  • Взаимодействие и модульность — развитие интерфейсов взаимодействия между модулями (датчиками, контроллерами и пр.) для сокращения сроков разработки
  • Системы связи — повышение дальности, пропускной способности и помехозащищенности
  • Кибербезопасность — повышение защищенности БПЛС от угроз неавторизованного доступа и разглашения информации
  • Постоянное совершенствование — улучшение таких характеристик, как габариты, вес, мощность, охлаждение, надежность, управляемость, живучесть и др.
  • Автономность и когнитивное поведение — снижение затрат на ручное управление человеком
  • Вооруженность — чисто военное применение
  • Десантирование сенсоров — сбор информации и выполнение других задач на поверхности
  • Метеорология — сбор информации для точного предсказания погоды
  • Высокопроизводительные вычисления — рост числа сенсоров и объемов собираемой информации требуют повышения эффективности вычислений
  • Уклонение от столкновений — технологии позволяющие избегать столкновений, как в воздухе, так и на земле
  • Удаленный мониторинг и управление — изменение заданий во время полета, управление группами БПЛА
  • Дальность и длительность полета — понятно о чем речь
  • Полеты в строю — точное позиционирование БПЛА относительно друг друга в строю
  • Вертикальные полеты — движение в вертикальном направлении для научных исследований на больших высотах
  • Стыковка — на земле и в воздухе с грузами, другими БПЛА и пр.
  • Управление при возникновении непредвиденных ситуаций — минимизация последствий при авариях БПЛА и в других ситуациях


Любой желающий может попробовать свои силы в разработке данных технологий.

Вот примеры полученных результатов.

Меня же заинтересовала тема по повышению дальности и длительности полета для мультикоптеров, как одна из наиболее приоритетных.

Проблемы внедрения

Но сколь оптимистичны бы не были прогнозы по внедрению, дроны для перевозки грузов не смогут полностью вытеснить привычные службы доставки. Препятствует этому целый ряд факторов. Один из них – техническая сторона вопроса. Ее ограничение связано с габаритами и мощностью мультикоптеров.

Но при этом на компактном устройстве невозможно перевезти целиком пусть даже легкий, но объемный груз. Ввиду физических особенностей он будет создавать парусность, которая станет причиной потери стабильности дрона. На данный момент даже самые мощные мультикоптеры, применяемые перевозчиками, имеют ограничение на вес груза, которое примерно составляет 2,2 кг.

Мультикоптер Tarot X8 справляется с грузами до 5 кг
Мультикоптер Tarot X8 справляется с грузами до 5 кг

Но и это не самая серьезная проблема, которая стоит перед энтузиастами, решившими внедрить столь амбициозную идею. Основная проблема гораздо ближе тем, кто имеет дело не грузоперевозками и сервисным обслуживанием населения, а именно с воздушным транспортом.

Она касается всех летающих объектов. Это погодные условия. Квадрокоптеры лишь с недавнего времени обзавелись аккумуляторами с подогревом, которые могут обеспечить работу устройству в минусовом диапазоне температур. Ранее же мультикоптеры нередко приходили в негодность моментально, что существенно усложняло их использование.

Но если с такими факторами, как температурный режим и порывистый ветер можно мириться до определенный пор, то с атмосферными осадками сделать это куда сложнее. Сейчас в продаже можно найти устройства, способные противостоять повышенной влажности воздуха, однако устойчивости атмосферным осадкам у таких моделей, к сожалению, нет.

Смотрите про коптеры:  Квадрокоптер большой грузоподъемности

Профессиональные грузоперевозки

Современные реалии и отечественное законодательство вносят свои коррективы в развитие этой отрасли, но за рубежом дроны для перевозки грузов уже используются. И хотя в РФ имеются существенные проблемы в реализации подобных бизнес проектов, первые шаги в этом направлении уже сделаны, и в столице уже есть ряд мелких сервисов, которые готовы оказать подобную услугу.

Купить дроны, в том числе для перевозки грузов, вы можете в нашем магазине — бесплатная доставка по России и СНГ, хорошие цены! 

Идея услуги проста. Груз, будь то посылка, документация или что-то не обладающее большими габаритами крепится к корпусу мультикоптера и доставляется по воздуху, а не курьером на грузовом транспорте. Это позволяет существенно ускорить процесс доставки, учитывая перегруженность трафика на дорогах мегаполиса.

Перевозка грузов квадрокоптерами - хорошая идея, но с нюансами
Перевозка грузов квадрокоптерами — хорошая идея, но с нюансами

Что касается других стран, к примеру, Германии, где подобную услугу в тестовом режиме запустила компания DHL, подобный сервис наоборот запущен в редко заселенных регионах, что имеет гораздо больше здравого смысла. Суть в том, что на таких территориях гораздо легче отслеживать местоположение дрона, а загрязненность канала связи на порядок ниже, что в разы повышает вероятность своевременной, точной и надежной доставки груза.

Что касается Америки, то на этой территории подобные услуги начинают внедрять не только грузоперевозчики и службы доставки, но и популярные интернет-магазины со многомиллионным оборотом товаров. К ним относится компания Amazon, которая успела за последние пару лет даже презентовать фирменный дрон.

Система управления

Чрезвычайно важный пункт — система управления полетом. Наиболее привычный и удобный (для тех, кто уже имел дело с радиоуправляемыми моделями) вариант — штатный пульт с мини-джойстиками, кнопками и регуляторами. Многие пульты оснащены световыми индикаторами, а некоторые — даже небольшим ЖК-дисплеем, на экран которого выводится информация об основных параметрах и режимах работы.

Простой пульт ДУ

Пульт с монохромным ЖК-дисплеем

Сейчас в продаже представлено немало моделей мультикоптеров, которые не укомплектованы пультом и рассчитаны на управление с мобильных устройств — смартфонов, планшетных ПК и пр. В этом случае на устройство, выполняющее роль пульта, устанавливается специальное приложение, а управление осуществляется при помощи сенсорного экрана, на котором отображаются виртуальные джойстики, регуляторы и пр.

Некоторые модели рассчитаны на управление с мобильного устройства — смартфона или планшетного ПК

При наличии у мультикоптера встроенной камеры и функции трансляции изображения можно выводить на экран мобильного устройства картинку («вид из кабины») в режиме реального времени. Наличие такой возможности обычно обозначается аббревиатурой FPV, которая расшифровывается как First Person View («вид от первого лица»).

Однако на практике управление при помощи мобильных устройств имеет ряд серьезных недостатков.

Начнем с того, что при ярком солнечном освещении изображение на экране плохо читается — что создает серьезные помехи для пилота. Ведь в отличие от аппаратных рычажков и кнопок виртуальные органы управления, отображаемые на экране, невозможно найти на ощупь.

Кроме того, нажатия на сенсорный экран обрабатываются операционной системой мобильного устройства с некоторой задержкой, которая практически незаметна при использовании обычных приложений, но может оказаться критичной в случае управления полетом в режиме реального времени.

И, наконец, одним из наиболее существенных недостатков такого варианта является ограниченный радиус действия. Дело в том, что связь летательного аппарата с мобильным устройством осуществляется по Wi-Fi. Встроенные беспроводные адаптеры смартфонов и планшетных ПК даже в идеальных условиях (на открытом пространстве) обеспечивают стабильное соединение на расстоянии не более 50-60 м.

Для некоторых моделей мультикоптеров, которые в базовой комплектации рассчитаны на управление с мобильного устройства, можно приобрести фирменный пульт как дополнительный аксессуар. Например, для квадрокоптера Bebop Drone компании Parrot доступно дополнительное устройство управления под названием Skycontroller, рассчитанное на работу в паре с планшетом или смартфоном.

Оно выполнено в виде штурвала и оборудовано двумя аппаратными джойстиками для управления полетом. В центре имеется кронштейн для крепления мобильного устройства. В корпус пульта Skycontroller встроен двухдиапазонный репитер Wi-Fi с четырьмя внутренними антеннами, который позволяет увеличить радиус действия беспроводного соединения с квадрокоптером до 2 км. Кроме того, у Skycontroller имеется выход HDMI для подключения видеоочков.

Пульт Skycontroller для квадрокоптера Parrot Bebop Drone

Итак, в случае приобретения малых и миниатюрных мультикоптеров, которые планируется эксплуатировать в помещении, управление посредством приложения, запускаемого на мобильном устройстве, является вполне приемлемым решением. Если же выбор пал на модель среднего или большого размера, предназначенную для использования на улице, наличие аппаратного пульта ДУ является обязательным условием для нормальной эксплуатации.

Съемка и трансляция изображения

Для проведения фото- и видеосъемки с воздуха можно приобрести либо мультикоптер, оборудованный встроенной камерой, либо модель, позволяющую закрепить и поднять в воздух отдельную фото- или видеокамеру. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки.

Квадрокоптер Parrot Bebop Drone оборудован встроенной в корпус камерой

Главные преимущества встроенной камеры — минимальные габариты и вес. Кроме того, встроенная камера получает питание от аккумуляторной батареи мультикоптера и управляется со штатного пульта — благодаря чему для проведения съемки не нужно модернизировать конструкцию летательного аппарата и обзаводиться дополнительным оборудованием. И, наконец, это не потребует лишних затрат: цена камеры входит в стоимость мультикоптера.

Квадрокоптер Syma x8cw укомплектован съемной камерой, которая прикрепляется к его корпусу снизу

В некоторых моделях, оснащенных встроенной или съемной камерой, реализована возможность трансляции изображения по Wi-Fi на мобильное устройство. В этом случае пользователь может видеть «живую» картинку с камеры на экране своего планшета или смартфона — что позволяет гораздо более точно компоновать кадр.

Серьезные недостатки встроенных камер — низкая разрешающая способность и не очень высокое качество получаемых изображений. Конечно, сейчас в продаже можно найти модели, оборудованные 10- и даже 20-мегапиксельными встроенными камерами, однако необходимо иметь в виду, что в силу объективных причин разрешающая способность отнюдь не является синонимом качества.

За примерами далеко ходить не надо — достаточно объективно оценить фотографии, сделанные при помощи смартфонов. Еще один принципиальный недостаток данного решения заключается в том, что при маневрах летательного аппарата встроенная в его корпус камера изменяет свое положение — что не всегда совпадает с замыслом оператора.

В силу ряда перечисленных выше причин многие предпочитают оснащать мультикоптер внешней камерой. Модели среднего размера способны транспортировать компактные и относительно легкие action-камеры, а большие мультикоптеры позволяют поднять в воздух зеркальный фотоаппарат или профессиональную видеокамеру.

Квадрокоптер DJI Phantom c action-камерой GoPro Hero 2

Начнем с того, что для установки дополнительного съемочного оборудования понадобится специальная оснастка (обычный или стабилизирующий подвес) и дополнительные аксессуары. В некоторых случаях может потребоваться доработка конструкции летального аппарата.

Специальный подвес для установки зеркальной фотокамеры

Кроме того, нужна система дистанционного управления съемкой. При использовании action-камер данная проблема решается довольно просто, поскольку многие устройства этой категории оборудованы встроенным адаптером Wi-Fi и могут управляться через мобильное приложение, запускаемое на смартфоне или планшетном ПК.

При наличии функции Live View также обеспечивается трансляция «живой» картинки с камеры на экран мобильного устройства. Единственной проблемой может оказаться радиус действия Wi-Fi-соединения, который зачастую оказывается значительно меньше, чем у штатного пульта управления мультикоптера.

Гексакоптер с видеокамерой, закрепленной на управляемом подвесе

Что касается фотоаппаратов и видеокамер, то в большинстве случаев для дистанционного управления их работой необходимо приобрести и установить дополнительный модуль. Это может быть как адаптер Wi-Fi, обеспечивающий возможность управления с мобильных устройств (а заодно передачу изображений и видео), так и приемник для специального пульта со встроенным радиопередатчиком.

Стоит также обратить внимание на то, что использование двух радиосистем, работающих в одном частотном диапазоне (например, пульта ДУ с передатчиком 2,4 ГГц и адаптера Wi-Fi), может привести к возникновению сильных помех. Естественно, это необходимо учитывать при установке дополнительного оборудования на мультикоптер.

Выводы и напутствие

Напоследок стоит отметить, что главными препятствиями для того чтобы использовать дроны для перевозки грузов в нашей стране являются вовсе не высокая стоимость и затянутая окупаемость проекта. Основные проблемы внедрения – преступность и проблемы законодательной базы.

С другой стороны полноценной законодательной базы коммерческой для передачи грузов при помощи мультикоптеров и прочих беспилотных летательных аппаратов пока не существует не только в нашей стране, но и за рубежом.

Дополнительным ограничением является то, что в отличие от полноразмерных воздушных суден дроны могут летать далеко не на всех территориях. И основным препятствием в этом являются вовсе не объекты общего гражданского пользования, а именно частные охраняемые территории, такие как объекты недвижимости, принадлежащие высокопоставленным чиновникам.

Купить дроны, в том числе для перевозки грузов, вы можете в нашем магазине — бесплатная доставка по России и СНГ, хорошие цены!

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector