Что такое квадрокоптер и его предназначение

Кто придумал и изобрел

Первые разработки квадрокоптеров велись еще в 1900 годах. Американец Георгий Александрович Ботезат сконструировал машину с четырьмя винтами, приводящимися одним двигателем. В ходе испытаний квадрокоптер поднялся в воздух, пролетев 1 км, с высотой до 15 метров. Но к сожалению из за ряда проблем, разработки были прикрыты.

Первый современный квадрокоптер был разработан в 2006 году. Эту машину представила немецкая фирма MikroKopter. Дрон комплектовался микроконтроллером, который анализировал информацию, поступающую от гироскопа, акселерометра и барометра. Чуть позже появился и GPS модуль. БПЛА был ориентирован на профессионалов, стоил дорого, но открытое программное обеспечение привело к появлению на рынке дешевых клонов.

С появлением прочных и легких полимеров, небольших электродвигателей, а особенно с потрясающими достижениями в области микроэлектроники, стало возможным создание надежных и эффективных беспилотных мультироторных систем.

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. А такие изобретения как «Хвостовой винт» и «Автомат перекоса» заставили полностью отказаться от разработок многороторных летательных аппаратов, впоследствии чего позднее был создан первый в мире вертолёт.

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].

• 

  Curtiss-Wright VZ-7 представляет собой по сути квадрокоптер

• 

  Самолёт Curtiss-Wright X-19 использует при взлёте и посадке принцип квадрокоптера

• 

  Экспериментальный волокоптер «E-volo»

• 

  Гексакоптер с монтируемой портативной видеокамерой

• 

  Модель транспортного средства-гексакоптера

• 

  Октокоптер для персональных полётов

• 

  Audi Pop.Up Next, двухместный концепт беспилотного летающего автомобиля разработки Audi AG, Airbus, Italdesign

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.

Как летает квадрокоптер

Принципы работы

На беспилотник устанавливаются 4 электромотора и столько же воздушных винтов. Два диагональных пропеллера вращаются по часовой стрелке (CW), два других (CCW) – против. Интенсивность вращения и подъемная сила определяют скорость и направление перемещения нашего дрона.

Если два правых двигателя будут крутиться быстрее, чем левые, они наклонят и погонят машину влево. В противном случае все произойдет наоборот. Если задние винты разогнать сильнее передних, дрон клюнет и полетит вперед. Если будет иначе, голова машины приподнимется. Маневры относительно вертикальной оси выполняются одновременным ускорением пропеллеров CW с соответствующим замедлением винтов CCW. Повороты в противоположном направлении требует разгона группы CCW и торможения CW. Равномерное вращение заставит дрон взлететь или опуститься.

Главным электронным компонентом является полетный контроллер. Он реагирует на все поступающие через приемник команды и отдает распоряжения блокам ESC, которые определяет тягу и интенсивность вращения двигателей. Стабильность поддерживается показаниями гироскопа, измеряющего углы тангажа, крена и рыскания.

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.

• появились прочные и легкие полимерные материалы, позволяющие значительно снизить вес аппарата

• развитие микроэлектроники помогло устройству управления аппаратов с винтами стать более удобным и стабильным.

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. Благодаря такому подходу для осуществления управления мультикоптером не требуется применение в конструкции дрона хвостового винта и сложного в работе автомата перекоса.

*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.

Квадрокоптер DJI Mavic Air Fly More Combo

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). А также газ (Throttle).

Виды управления

Управление мультикоптером осуществляется контроллером дистанционного управления (он же пульт управления, аппаратура, трансмиттер) посредством исходящих радиоволн (как правило, на частотах 2.4Ггц либо 5.8Ггц).

Чтобы заставить мультикоптер отвечать на запросы пульта управления, дрон оснащают целым комплексом электронных систем:

• Микропроцессор (полетный контроллер, реализован в виде микросхемы) – отвечает за работу и управление всей электронной начинки дрона.

• Гироскоп – отвечает за стабильное поведение дрона в процессе полёта (как правило, обеспечивает стабилизацию по 6 осям направления).

• Акселерометр – с помощью этого сенсора процессор может устанавливать дрон в горизонтальное положение относительно земли.

• Барометрический сенсор (барометр) – обеспечивает дрону стабильное зависание на выбранной пилотом высоте.

• Сонар (ультразвуковой сенсор) – обеспечивает автоматическую посадку и удержание незначительной высоты (1.5 – 3.5 метров), может применяться так же для облёта препятствий.

• GPS модуль – обеспечивает географическое позиционирование дрона, посредством полученных данных со спутниковых систем. Благодаря его присутствию реализуется функция полёта по точкам, возврат в место взлёта в случае потери связи, либо низкого заряда АКБ, а так же позволяет снимать показания полёта, как на момент полета, так и после.

*Простейшая схема устройства квадрокоптера.

Для работы с беспилотником чаще всего используется портативный пульт. Эти приборы бывают разных форм и размеров, но они всегда имеют два рычага (стика), которыми задается скорость и направление перемещения БПЛА. Поведение коптера в воздухе можно отрегулировать особыми клавишами пульта – триммерами. Особенности управления написаны в этой статье. Ниже, мы перечислим варианты управления.

Пульт со смартфоном

Если дрон оснащен полетной камерой, то на держатель ПДУ устанавливается мобильное устройство, отображающий всю воздушную обстановку. Чаще всего такая комбинация используется при полетах в режиме FPV.

Смартфон без ПДУ

Смартфон и особое приложение позволяют вообще отказаться от пульта. В этом случае связь поддерживается по каналу WiFi. Экран мобильного устройства показывает живое видео, поступающее с бортовой камеры. На его фоне рисуются виртуальные стики и мнемонические изображения команд. Неоспоримым плюсом такого метода считается минимальная стоимость комплекта, хотя пилот будет вынужден заряжать свой мобильник значительно чаще, чем обычно.

Третьим способом взаимодействия с дроном считается применение G-сенсора мобильного устройства, который отслеживает пространственную ориентацию операторского смартфона и переводит дрон в аналогичное положение. Простыми словами, управление с помощью наклона гаджета.

Только пульт

В данном случае, пульт имеет свой встроенный экран. Всю телеметрию вы можете считать без применения смартфона. Такой вариант присущ дорогим моделям.

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. И хотя по данной причине код впоследствии закрыли, это побудило другие фирмы изобретать дроны гражданского назначения в разных ценовых категориях.

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.

• 

  Трикоптер

• 

  Миниквадрокоптер с зарядкой через USB

• 

  Миниквадрокоптер с управлением по ИК-каналу

• 

  Квадрокоптер «Robbe Blue Arrow Nano Loop»

• 

  Миниквадрокоптер с пультом управления

• 

  Октокоптер в полёте

• 

  Квадрокоптер Parrot AR.Drone 2.0 с управлением по Wi-Fi при помощи смартфонов/планшетов вместо пульта упраления

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.

Радиус полета

Радиус полета определяется устойчивостью системы связи, емкостью бортовой батареи и избранного пилотом режима перемещения. Дальность лучших моделей компании DJI (в идеальных погодных условиях) составляет 5-7 км.

GPS система

Наличие GPS уже становится почти обязательным. Спутниковая система способна определить местонахождение дрона с высокой точностью и не даст его потерять. Более того, она позволяет преодолеть маршрут, проложенный пилотом на карте.

Самые продвинутые летательные аппараты нашего времени способны взлетать на 5000 м. Полеты в верхних слоях атмосферы связаны с разрежением воздуха и снижением его температуры. На лучших моделях эти проблемы компенсируются крупными винтами и автономной системой подогрева.

Полетное время зависит от емкости АКБ и эффективности ВМГ. У лидеров рынка этот параметр приближается к часу.

В состав всех современных дронов входит установленная на носовом или донном стабилизированном подвесе камера формата 4K или Full HD. Она используется не только с целью получения красивого видео и фото, но и для полетов в режиме FPV.

Облет препятствий поддерживается набором оптических камер и ультразвуковых сонаров, которые обнаруживают помехи на дистанции до 20-30 м. Высота полета также контролируется оптикой и инфракрасным датчиком.

Блок OSD формирует и передает всю телеметрическую информацию, которая поступает на экран ПДУ и демонстрируется поверх основного изображения.

Первой из них является корпорация DJI Technology Co, продукция которой отличается высочайшим качеством и возможностями. Нельзя не назвать компанию Walkera, известную своими гоночными моделями. Под брендом Syma выпускается широкий спектр бюджетных машин. Zerotech производит удачный селфи дрон Dobby. Eachine E016H Mini является лучшей миниатюрной моделью.

Чисто технически примерно 5 лет назад появилось три основных компонента мультикоптеров (дронов):

1. Аккумуляторная батарея – литий полимерная (LiPo), реже литий-ионная (Li-Ion).
2. Бесколлекторные либо коллекторные двигатели на редкоземельных элементах.
3. Контроллер дистанционного управления (Пульт управления/Аппаратура/Трансмиттер)

Особенности

Строение коптера предполагает установку 4-х моторов и такого же числа пропеллеров. Этим он отличается от прочих мультикоптеров – гексакоптеров и октокоптеров (модели с 6 и 8 лучами и воздушными винтами).

Два двигателя вращаются по часовой стрелке (CW), а вторая пара – против (CCW). Такая комбинация призвана компенсировать вращательный момент и обеспечить текущую стабильность.

Относительная дешевизна компонентов, надежность и малые размеры – вот основные достоинства лучших современных коптеров. Они обладают отличной маневренностью и высокой грузоподъемностью, которой хватает на перенос трехосевого стабилизированного подвеса и полетной камеры.

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). Но уже существуют экспериментальные квадрокоптеры, которые могут стабилизировать полёт и совершить посадку при потере одного из двигателей[13].

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].

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.

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 2018 г.Росавиация вводила ограничения на ИВП над городами проведения чемпионата с 1 июня по 17 июля 2018 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.[17]

Если вы подумываете о покупке квадрокоптера, вам потребется знать несколько вещей о них, дабы не попасть в неприятную ситуацию. В первую очередь не стоит запускать их вблизи любых аэропортов. Во-вторых, в некоторых регионах могут накладываться некоторые ограничения на высоту полетов. И последнее – не стоит практиковать запуск на пространствах массового скопления людей в целях их личной безопасности.

Из каких элементов состоят?

На нашем сайте есть отдельная статья, посвященная этому вопросу. В данном разделе мы только перечислим составные части БПЛА и немного опишем присущие им задачи.

В конструкцию входят:

• рама – на ней монтируются все узлы;
• контроллер (бортовой компьютер) – обрабатывает информацию, поступающую от прочих компонентов дрона, и отдает команды его силовым элементам;
• электронные регуляторы скорости (ESC) – формируют управляющий ток для каждого движка;
• электродвигатели – входят в силовую установку. На машины бюджетного класса ставятся дешевые коллекторные моторы. Тяжелые и совершенные модели используют довольно дорогие бесколлекторные моторы;
• пропеллеры – своим вращением создают подъемную силу. Самые расходные детали БПЛА;
• приемник – воспринимает радиосигналы от пульта управления и транслирует их в бортовой компьютер;
• аккумулятор – для всех элементов он является единственным источником питания.

У нас имеется инструкция, которая расскажет, из чего и как собрать квадрокоптер самостоятельно.

Концептуально радиоуправляемый коптер состоит из двигателей, регуляторов оборотов, лопастей, рамы, полетного контроллера, батареи, радиоприемника и передатчика. На самом деле в нем гораздо больше модулей, о которых мы поговорим чуть ниже.

Полетный контроллер — это мозг вашего аппарта, именно он отвечает за поведение в полете. Как правило, полетный контроллер представляет собой плату или небольшую коробочку с микросхемой внутри. Современные полетные контроллеры, это сложные устройства, способные обрабатывать сигналы поступающие с множества различных устройств и самостоятельно принимать решения о выборе наиболее оптимальной траектории полета и избегать столкновения с препятствиями. Такие контроллеры установлены на DJI Mavic Pro и DJI Spark.

Как правило полетный контроллер состоит из четырех базовых датчиков:

• Акселерометр или датчик угловых скоростей;
• Гироскоп;
• Магнитометр или компас;
• Барометр — датчик атмосферного давления, который помогает удерживать высоту.

Управление осуществляется через радиопередатчик, он же пульт управления. Большинство передатчиков работают на частоте 2,4 ГГц, это своеобразный стандарт. Команды с передатчика поступают на радиоприемник который подключен к полетному контроллеру. Полетный контроллер обрабатывает полученный радиоприемником сигнал и передает команды двигателям.

Пульт управления квадрокоптером DJI Mavic Air Fly More Combo

В самом общем случае управляется коптер по 4-м каналам, которые как раз и есть упомянутые нами выше тангаж (pitch), крен (roll), рыскание (yaw) и газ (Throttle). Чтобы понять, как управляется дрон читайте основы управления.

Как летает квадрокоптер

Принципы работы

Mavic Pro Platinum

Для новичков

Процесс обучения сопровождается множеством аварий, поэтому первый коптер новичка должна обладать достаточно крепким корпусом, способным выдержать падения и удары. Будет огромным плюсом, если она сможет летать в помещении (без влияния погодных условий). Приветствуется и щадящая стоимость такой машины – несколько десятков долларов.

Моторы – коллекторные. Хорошо, если дрон обладает двойными расходами и в старшем режиме может выполнять воздушную акробатику. Это позволит не покупать новый дрон после приобретения пилотом начальных знаний. Полетной дальности в 30-50 метров вполне хватит. Аккумуляторная батарея должна обеспечивать 8-10 минут пребывания в воздухе. Мы посоветуем выбрать в качестве стартовой модели складной Eachine E58 или мини коптер – JJRC H8 Mini.

Любительские модели

В последние годы появилось огромное число полноценных летательных аппаратов любительского класса. Как правило, видеокамеры таких машин обладают разрешением не ниже 720P и хорошо стабилизированы. Предел трансляции живого видео и полетная дальность доходит до 1 км. Время пребывания летательного аппарата в воздухе составляет 20-25 минут.

Профессиональные

Лучшие профессиональные дроны обладают массой полетных режимов. На помощь пилоту приходит и спутниковая навигация, определяющая положение коптера с сантиметровой точностью. ВМГ комплектуется БК электродвигателями и крупными пропеллерами. Съемка ведется полетной камерой формата 4K. Изображение записывается на карту памяти или в режиме FPV передается на несколько километров.

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. Полет коптера может управляться радиокомандным способом посредством пульта или проходить в автономном режиме по заранее записанному в бортовой компьютер маршруту.

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. Более совершенный квадрокоптер изобрел тот же Георгий Ботезат в 1956 году – новый вариант его машины уже управлялся с помощью несущих винтов.

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. На этом разработка квадролетов снова затормозилась, и к данной идее вернулись лишь спустя полвека, уже в следующем тысячелетии.

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.

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.

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 2018 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 2016 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.

Ссылки

Эта страница в последний раз была отредактирована 29 сентября 2019 в 10:41.