Как работает квадрокоптер
Квадрокоптер копирует принцип действия вертолета. Легкий корпус с электронной начинкой вертикально поднимается в воздух тягой четырёх винтов на коллекторных либо бесколлекторных двигателях. Работой автоматики управляет полетный контроллер, передающий сигнал на трансмиттер (пульт управления), который находится в руках пилота.
Большинство продвинутых коптеров могут еще и поднимать полезный вес вроде камеры, обвеса или легкого груза. Время работы дрона жестко ограничено объемом его аккумулятора и редко превышает 20-30 минут от одного заряда АКБ. Производители таких устройств стараются найти золотую середину между весом, батареей и ценой БПЛА.
Разнообразие моделей дронов может ввести в ступор неопытного покупателя. Цена беспилотников варьируется в пределах от нескольких десятков долларов до нескольких тысяч. Чтобы не прогадать с выбором, давайте определим главные критерии выбора квадрокоптера:
- Сфера применения;
- Камера;
- Полетные качества;
- Аксессуары;
- Функционал;
- Цена.
Рассмотрим подробнее каждый из них.
Летательный аппарат или как его еще называют дрон, имеет достаточно простую конструкцию. Принцип работы квадрокоптера заключается в регулировании скорости при помощи двигателей, оснащенных пропеллерами. У коптера есть четыре пропеллера, причем два из них двигаются по часовой стрелке, а два других – против нее.
Чтобы двигаться в горизонтальном направлении квадрокоптер увеличивает тягу с одной стороны и соответственно уменьшает ее со второй. Скорость движения в определенном направлении зависит от угла наклона. Если полет происходит при сильном ветре, то квадрокоптер автоматически наклоняется по направлению движения. Это дает возможность компенсировать воздушные порывы.
Принцип работы квадрокоптера строится на использовании электронных гироскопов, которые определяют уровень. Кроме того, он оснащен акселерометрами, измеряющими уровень смещения по осям. А изменение высоты и скорости полета достигается за счет замедления или соответственно ускорения работы двигателей.
Пока что мы определили лишь сложное устройство этого технического устройства. Но что же делает его таковым?
Один из основных элементов устройства – это его рама. Она выполняет и практическую роль, неся на себе все узлы и крепления, и декоративную – от её формы зависит то, как будет выглядеть дрон. Рама коптера – это крестовины и идущие от неё лучи, которые также именуются как «ноги».
Материалы рамы чаще всего — это сравнительно легкие карбон, алюминий или некоторые породы дерева. По своим свойствам рама может быть стационарной и складной. Стационарная не имеет никаких дополнительных элементов. А вот складную производители снабжают «коленями», которые дают пользователю возможность складывать дрон для переноски.
Различается конструкция рамы и по положению крестовины – бывают симметричные и асимметричные. Если с симметричными всё понятно, то у ассиметричных камера смещается вперед, ближе к носу.
Чаще всего на рамы крепятся «лыжи» для смягчения посадки или удара о землю. Но если вы решили заказать дешевый коптер, знайте, что вместо «лыж» или шасси у вас будут лишь резиновые насадки.
Сверху на раму крепится самый основной элемент дрона – его мозг. По своей сути он является компьютером, который принимает сигналы с пульта дистанционного управления и пересылает их на остальные части коптера.
Невозможен полёт и без моторов и пропеллеров – моторы крепятся на концах каждого луча коптера и приводят в движение пропеллеры. К слову, пропеллеры работают попарно, то есть два из четырех вращаются по часовой стрелке, а два других – против.
Из «начинки» в квадрокоптере также имеется большое количество соединительных проводов и датчиков. Последние выполняют большое количество функций, среди которых есть основная: стабилизация устройства в полёте.
И последние элементы – это корпус, защищающий плату «мозга» коптера от механических повреждений и всяческих воздействий вроде дождя или пыли, и, если квадрокоптер предусматривает установку камеры, крепеж для неё. Ну или сама камера – в зависимости от модели и комплектации.
Но по какому принципу все эти элементы поднимают коптер в воздух?
Как говорилось выше, на конце каждого луча квадрокоптера имеется небольшой мотор, который запускает винты пропеллеров. Из-за отсутствия хвостового пропеллера винты вращаются попарно против и по часовой стрелке. В момент запуска винтов возникает тяга, которая и поднимает квадрокоптер в воздух. Манёвры совершаются при помощи изменения скорости вращения лопастей пропеллеров.
Для того, чтобы коптер оторвался от земли, необходимо ускорить вращение всех пропеллеров. Для того, чтобы устройство приземлилось, винтам нужно плавно замедлиться – если это произойдет слишком резко, оно просто рухнет.
Ускорение винтов только с одного из боков коптера позволит ему двигаться в сторону. А вот для того, чтобы коптер развернулся на 180 градусов, необходимо, чтобы винты, вращающиеся против часовой стрелки, замедлились.
Все передвижения и трюки производятся непосредственно пилотом с пульта дистанционного управления.
Микро класс
Начнем с самых мелких квадриков. И первым таким представителем я считаю
Самый маленький на сегодняшний день квадрокоптер, который умещается в ладонь. Да на самом деле в ладонь их можно уместить штуки 4 таких. У него пульт управления в 3 раза больше чем он сам. Создан он лишь с целью поиграть и научиться основам управления. Данный коптер настолько мал, что ему будут не страшны врезания в стены, в мебель, в ваш новый телевизор, в люстру, и в прочие домашние атрибуты. Кроме того, он способен порадовать вас, сделав полный оборот вокруг своей оси всего лишь одним нажатием на кнопку.
Сфера применения
Хотите порадовать ребенка интересной игрушкой? Присмотритесь к мини квадрокоптерам стоимостью до $100. Они обладают необходимым минимумом полетных функций и максимально просты в управлении. Благодаря небольшому размеру и весу такой аппарат довольно тяжело разбить. Подходящие модели – Syma X11 (обзор по ссылке) или Hubsan X4.
А вот выбор устройства для видеосъемки ограничен только вашим бюджетом и опытом. При отсутствии последнего не рекомендуется покупать дорогостоящий БПЛА, гораздо рациональнее учится летать на таких же бюджетных аппаратах и после переходить на более дорогие. Для начала вам отлично подойдет любой квадрокоптер, способный нести стороннюю экшн-камеру — как вариант Syma X8HG либо Cheerson CX-20.
Для профессиональной съемки можно выбрать DJI Phantom 4, одну из лучших моделей от всемирно известного производителя.
Отдельно выделяются модели, предназначенные для самостоятельных модификаций. К таким относится Walkera QR X350 PRO. Полетный контроллер этого дрона обладает открытым кодом. Функционал X350 PRO можно модифицировать по собственному усмотрению, программируя контроллер и устанавливая сторонние детали. Естественно — эта забава не для новичков.
Также учитывайте, что не все квадрокоптеры готовы к полету сразу после покупки. Обратите внимание на метку на коробке БПЛА:
- RTF – аппарат полностью готов к полету. Отправить его в воздух можно уже после нескольких простых настроек. Выбор для новичков;
ARF – дрон требует сборки перед запуском. Часто такие модели модернизируются сторонними комплектующими. Уровень радиолюбителя или профессионала; - BNF – такой беспилотник синхронизируется со сторонним пультом управления. Покупайте, если у вас уже есть определенный опыт в этой сфере.
Прежде чем купить устройство, необходимо определиться, для чего нужен квадрокоптер и какие задачи он будет выполнять. Области использования БПЛА:
- Развлечения. Управление аппаратом, работающим по принципу вертолета. Мини-коптеры, которые можно использовать в помещении в качестве игрушки. Среднеразмерные беспилотники, подходящие для полетов на открытом пространстве. Для развлечения аппараты чаще всего приобретают мужчины и дети.
- Съемки видео и фото. Дроны со встроенной камерой или подвесом для стороннего съемочного оборудования. FPV-система, позволяющая видеть процесс съемки в онлайн-режиме. Незаменимы такие коптеры для журналистов, видеоблогеров, клипмейкеров, создателей фильмов.
- Видеонаблюдение. Патрулирование периметра, обеспечение безопасности объекта. Часто охранные квадрокоптеры оборудуют тепловизорами или прибором ночного видения.
- Выгул домашних животных. Наблюдение за питомцем, лежа на диване.
- Сельское хозяйство. Помощь в сгоне животных в стадо. Контроль процесса созревания культур, распыление удобрений и химикатов для борьбы с вредителями.
- Охота. Разведка леса, слежение за дикими животными и вывод их на открытую местность, поиск мест обитания зверей.
- Армия. Сбор разведывательных данных, атака противника, доставка боеприпасов.
- Научные исследования: картография, археология, биология. Создание карт 3D. Воссоздание ландшафтов и разрушенных местностей. Изучение отдаленных и труднодоступных территорий, забор проб растений, почвы и воды.
- Спасательные операции. Помощь в стихийных бедствиях, тушение пожаров. Оказание экстренной медицинской помощи: оперативная транспортировка препаратов, медицинского оборудования, инструкции по спасению здоровья и жизни в онлайн-трансляциях.
- Транспортировка товаров. «Грузовые» модели могут доставлять книги и фастфуды. Ведется активная разработка моделей, которые смогут перевозить людей.
- Многофункциональный помощник для горнодобывающих предприятий – отправка коптера в опасные шахты, геодезистов – полеты на активно действующие вулканы, метеорологов – съемка и изучение штормов, смерчей, цунами.
Меленький класс
Переходим к следующему квадрику –старшему брату для нашего DHD D1 –
Да, в ладонь такой квадрик поместиться лишь в одном экземпляре. С его помощью уже можно ощутить «хоть какой-то вес». Как можно заметить, на данной игрушке уже установлены защитные ограничители для лопастей, а это значит, что повреждений от такого квадрика ( а точнее, от его винтов) ждать практически не придется. Дальность действия всего 30 метров, но для дома этого вполне хватит.
Ну и завершу свой «мелкий класс» квадриком Syma x13 (*).
Еще немного больше в размере, и стабильнее в полете. Размер такого квадрика около 170 мм и в моем списке он занимает «последнее оптимальное» место для домашних коптеров.
Камера
Фотооборудование является самым востребованным аксессуаром дрона. Его характеристики различаются в огромном спектре от простеньких 0.3 Мп модулей у микромоделей, до 4K хороших профессиональных камер у дорогостоящих квадрокоптеров.
Для любительского селфи с высоты вполне хватит беспилотника со встроенным объективом. Качество снимка или видео, конечно, не сравнится с флагманскими моделями, зато не ударит по кошельку начинающего пилота. Ближайший пример – Syma X5HC или X5UW.
Если вы рассматриваете, какой квадрокоптер выбрать для аеросъемки, обратите внимание на Xiaomi Mi Drone. Аппарат стоит не дороже $500, однако при этом умеет снимать красочные видеоролики в 4K. Старшая версия Mi Drone несет на борту подвес со стандартной 16-мегапиксельной камерой.
Также профессионалы рекомендуют приобретать дрон и камеру отдельно. Так можно получить максимально качественные и стабильные кадры, комбинируя разные модели оборудования.
Некоторые из квадрокоптеров комплектуются Wi-Fi модулями для трансляции видео на смартфон пилота в реальном времени. Управлять таким дроном можно в режиме FPV (от первого лица). Это облегчает пилотирование в целом и раскрывает новые грани развлечения в 3D очках.
Квадрокоптер с FPV технологией управления
В этом разделе статьи разберем основные типы камер у квадрокоптеров, для более углублённого описания камеры, будет отдельная статья. Итак, на сегодня существует несколько типов камер, которыми производители коптеров снабжают свои летательные аппараты. Но стоит отметить и такой нюанс, что некоторые квадрокоптеры поставляются без камер. А позже к ним докупаются экшн-камеры, такие как Amkov, Xiaomi, Sjcam.
Типы камер, которые есть у квадрокоптеров:
- HD-камеры, для съемки видео;
- FPV-камеры, для управления квадрокоптером “с кабины пилота”;
В качестве HD-камер, как мы и говорили ранее, могут быть использованы экшн-камеры или камера, которая которая поставляется непосредственно с коптером. Но это уже зависит от модели. Есть много разных моделей и к каждой есть свой подход. Разные коптеры, разные камеры решают разные задачи.
Что касается FPV-камер, то тут дело обстоит посложнее. Основной упор падает на тип камеры, есть несколько типов и у каждой свой стандарт передачи видео. А еще есть передатчик, тип матрицы и задержка. На все это тоже нужно обращать внимание при выборе. Эта статья у нас познавательная обощающая, поэтому не будем тут расписывать. Все тонкости разберем в отдельных статьях. Смотрите на сайте.
Полетные качества
Здесь главными параметрами выступают скорость, маневренность, дальность полета и время автономной работы. Все они зависят от веса оборудования, мощности моторов и радиоприемников. Большинство любительских дронов летают на расстоянии до 200 метров от трансмиттера с небольшим полезным обвесом.
Микромодели, вроде Hubsan X4, слабо сопротивляются порывам ветра. Они не могут быстро или далеко летать. Их автономность также сильно ограничена – не более 5-10 минут в воздухе. Этого достаточно как для детской игрушки, но для более серьезных задач стоит выбирать большие квадрокоптеры.
В среднем ценовом сегменте время автономной работы дронов может достигать 20 минут. Для продления этого срока можно докупить несколько запасных аккумуляторов, чтобы не ждать зарядки каждого элемента питания. Модели с большой тягой моторов могут быть модернизированы дополнительными батареями, однако это негативно скажется на их маневренности и скорости.
Отдельно стоит выделить гоночные дроны. Как правило, это массивные БПЛА с крепким корпусом и чрезвычайно высокой скоростью (свыше 90 км/ч). Такие квадрокоптеры используются на соревнованиях радиолюбителей или авиашоу.
При выборе коптера отдавайте преимущества тем моделям, которые обмениваются сигналами с пультом дистанционного управления на частоте 2.4 или 5.8 GHz. В таком случае в условиях города управлению устройством не будут помешать сигналы от других приборов.
Аксессуары
Качественная сьемка с беспилотника невозможна без подвеса. Он автоматически стабилизирует угол наклона камеры по трём осям. Используя такое оборудование, можно избежать тряски, искажений и помех при съемке. Учтите, что подвес негативно скажется на полетных характеристиках аппарата из-за увеличения его веса, но в сравнении с его преимуществами этот минус незначителен.
Начинающие пилоты часто испытывают трудности при посадке квадрокоптера. Резкая смена тяги может перевернуть его, тем самым повредив лопасти. Такой вариант заранее продуман производителями, которые укомплектовывают свои устройства защитой для винтов. Пластиковый каркас может сохранить пропеллеры и продлить срок жизни дрона.
Продвинутые модели имеют в арсенале Wi-Fi экстендер. Он продлевает радиус передачи видеотрансляции с камеры БПЛА. С этим аксессуаром можно смотреть кадры в реальном времени на расстоянии до одного километра.
Функционал
Аппараты средней ценовой категории оснащаются GPS-датчиками, гироскопами и системами автоматического пилотирования. Они могут взлетать и садиться в начальную точку взлета нажатием одной кнопки. Полезная функция для новичка, однако использовать её нужно с осторожностью. Дрон может «не заметить» препятствий на взлете (провода, ветки деревьев и т.д), что приведет к нежелательным последствиям.
К дополнительным функциям также относятся:
- Полет за целью – аппарат следует за помеченным объектом, снимая его до получения следующей команды;
- Следование за смартфоном – квадрокоптер фиксирует координаты смартфона (либо трансмиттера), а затем двигается за ним;
- Полет по точкам – квадрокоптер двигается по заданной траектории автоматически, давая возможность пользователю полностью сосредоточиться на съемке;
- Зависание на месте – дрон неподвижно фиксируется в одной точке и удерживает высоту;
- Несколько скоростных режимов – пилот может изменить режим полета для лучшей скорости или управляемости.
Не лишним будет убедиться в наличии Headless Mode. Дроны с такой функцией управляются вне зависимости от своей ориентации относительно пилота. Если Headless Mode отсутствует, фронтальная и задняя стороны дрона обозначены светодиодной подсветкой.
Цена
Как правильно выбрать квадрокоптер с учетом бюджета? Финансовые траты после покупки БПЛА не закончатся. Первый пункт в чеке сразу после самого аппарата – запасные винты. Базовый комплект вскоре израсходуется из-за падений и столкновений. Второй пункт – запасной аккумулятор. 15 минут полета явно мало для двухчасового ожидания зарядки батареи.
В крайнем случае придется заплатить и за ремонт. Никто не застрахован от повреждений корпуса, двигателей или электронной начинки. Рекомендуем выбирать только качественные комплектующие в официальных магазинах производителей.
Выводы
Квадрокоптер для начинающих – это не только занятная игрушка, но и возможность попробовать себя в новой сфере деятельности, которая в перспективе может стать средством заработка (беспилотник с экшн-камерой дает возможность получить захватывающие кадры с высоты птичьего полета). И в любом случае, приобретение даже дешевого дрона с базовым функционалом подарит вам массу положительных эмоций.
Если у вас уже есть опыт в электронике, попробуйте собрать БПЛА своими руками. На Aliexpress масса составных деталей для конструкторов. Возможно, придется потратить несколько месяцев на весь процесс, зато это окупится ценным опытом.
Множество интересных моделей дронов вы можете найти в наших рейтингах: «Лучшие FPV квадрокоптеры» и «ТОП-10 бюджетных квадрокоптеров для съемки видео».
Мы постарались подробно рассмотреть все аспекты выбора квадрокоптера, рассказали о том, какие бывают дроны и чем они отличаются. Надеемся, с нашей помощью у вас получится совершить правильный выбор и стать владельцем качественного летательного аппарата, отвечающего вашим запросам.
