Что такое квадрокоптер и зачем он нужен? Что такое квадрокоптер и его назначение

Довольно быстро освоилась в кругах любителей радиоуправляемых устройств. Долгое время идея воздушного дрона находилась в почете только лишь у нишевых ценителей. Но в последние годы такие аппараты все чаще можно наблюдать в руках обычных потребителей электроники. Что такое квадрокоптер с точки зрения рядового потребителя? Как минимум красивая летающая игрушка, которой можно манипулировать с помощью специального джойстика. Как максимум это неплохой инструмент для проведения пейзажных и обзорных съемок. И это касается только любительского интереса, но есть также и ответственные профессиональные задачи, которые решают подобные аппараты. В каждом случае востребован будет тот или иной тип квадрокоптера с определенным набором характеристик.

Общие сведения о квадрокоптерах

Квадрокоптер или дрон - это аппараты, которые могут летать благодаря четырем винтам. По большому счету определение того, что такое квадрокоптер, можно распространить и на его модификации. Классический аппарат такого типа, как уже говорилось, оснащается четырьмя пропеллерами, но также есть модели с тремя, шестью и двенадцатью винтами. Помимо количества лопастей их ничто принципиально не отличает, хотя, конечно, сам по себе этот показатель оказывает прямое влияние на мощность. Но не только он, поскольку иной четырехвинтовой аппарат может иметь больше ограничений в полетах, чем модель с тремя пропеллерами.

Сам же принцип работы всех устройств этой группы основан на активном вращении винтов. Причем комплекс пропеллеров отвечает не только за полет как таковой, но и за маневренность, стабильность движения и управляемость. Команды на совершение тех или иных действий квадрокоптер на радиоуправлении получает от пользователя пульта ДУ. А за энергоснабжение отвечает встраиваемый аккумулятор - в редких случаях набор батареек.

Возможности для съемки

Первые модели квадрокоптеров вовсе не предполагали возможность съемки с воздуха. Но сегодня без обеспечения камерой в таком устройстве многие просто не видят смысла. Более того, квадрокоптер с камерой постоянно развивается, прибавляя в качестве видеоизображения. Начальный уровень представляют модели, снабжаемые камерами на 0,3 Мп. Это бюджетные аппараты, которые постепенно уходят в прошлое. Средний же диапазон любительских моделей представляют модификации с матрицами в 2 Мп, позволяющими осуществлять съемку в формате 720p.

Что касается самого высшего уровня на данный момент, то его представляют квадрокоптеры с камерами на 12 Мп, которые снимают картинку с разрешением 1080p. Наиболее современные устройства поддерживают и формат 4K. При этом транслирующий квадрокоптер не просто записывает видеоматериал на флешку, но и может отправлять его в режиме онлайн в Сеть или на мобильное устройство оператора через модуль Wi-Fi.

Чем характеризуются самые мощные аппараты?

Для понимания, насколько от простых моделей отрываются мощные квадрокоптеры, следует для начала привести усредненные характеристики. Так, базовыми параметрами принято считать дальность полета и время автономного пребывания в воздухе. Что касается дальности, то она у стандартных моделей составляет 150-350 м. На этой дистанции оператор может полностью сохранять контроль над дроном. Временной интервал полета варьируется от 10 до 15 сек. Теперь можно перейти к мощным устройствам. Такие модели способны находиться в воздухе порядка 25-30 мин, преодолевая расстояния в несколько километров (3-5 км). Обе эти характеристики во многом определяет аккумулятор для квадрокоптера, который в современных версиях имеет емкость 4000-5000 мА*ч. Правда, в скорости полета разница неощутима. И маломощные легкие, и технически развитые мощные дроны максимум развивают 15-20 м/с.

Модель Yuneec Typhoon H

Одна из наиболее технологичных моделей даже по меркам премиального класса. Аппарат способен преодолевать расстояния до 2 км, находясь в воздухе 25 мин. Действительно, это не самые выдающиеся показатели для мощного дрона, но не только этим привлекательна модель. Для понимания сильных сторон Typhoon H следует вспомнить, что такое квадрокоптер, с точки зрения любителя, причем взыскательного. Это прежде всего эффективное средство мультимедийной коммуникации. В этом смысле надо сказать, что аппарат снабжен UHD-камерой, интеллектуальной системой управления, возможностью создания 360-градусных панорам и т. д.

Кроме этого, пульт снабжен модулем GPS, а это дает возможность настройки автоматического управления через смартфон по визуальной карте. Этот мощный квадрокоптер также обеспечен функцией Point To Fly. В данном режиме пользователь может без манипуляций с кнопками всего лишь указать точку на небе, и дрон тут же полетит в этом направлении.

Модель DJI Phantom 4

Данный аппарат хорош именно благодаря базовым эксплуатационным характеристикам. Его дальность полета составляет уже 6 км, что стало возможным благодаря аккумулятору на 5350 мА*ч. Время же полета достигает 28 мин, что тоже неплохо для моделей этого уровня. Интересно и конструкционное исполнение аппарата. Дело в том, что мощный квадрокоптер Phantom 4 получил монолитный корпус, в котором предусмотрено минимальное количество отверстий. Такое решение позволило сделать конструкцию не просто крепкой, но и защищенной от осадков и проникновения влаги. Что же касается возможностей съемки, то и они не разочаруют: модель снабжена модулем на 12,4 Мп, который позволяет снимать в формате 2160p.

Модель Parrot Bebop 2

Аппарат довольно необычный, поскольку в нем, по сравнению с большей частью аналогов, нет уклона в ту или иную сторону эксплуатационных свойств. Например, летательные возможности у него весьма посредственные - за отведенные 25 мин он способен летать на расстояния до 2 км при скорости 18 м/с. Зато это один из лучших квадрокоптеров с камерой, так как в него интегрирована матрица на 14 Мп. Помимо этого разработчики предусмотрели 3-осную систему стабилизации, благодаря которой видео получается детализированным и четким.

Но и с летательными возможностями не все так плохо. В данной части упор был сделан на динамику. Как и стандартный квадрокоптер на радиоуправлении, эта модель способна выполнять различные трюки по командам оператора. Но их сложность и разнообразие впечатляет даже профессионалов. Причем во время выполнения фигур пользователь может изменять угол съемки камеры.

Заключение

Современные дроны показывают пример, как новые технологии из разных сфер могут дополнять друг друга, в итоге предоставляя продукт с неведомыми прежде возможностями. Ведь если раньше на вопрос о том, что такое квадрокоптер, стандартным ответом было упоминание его как сугубо летательного аппарата, то сегодня характеристики съемки стали едва ли не главным критерием выбора. Кроме коммуникационных возможностей и съемки также развивается и конструкция дронов. Разработчики вносят в корпусы и винты более прочные и легкие детали. Но вместе с этим повышаются и цены. Так, премиальные мощные квадрокоптеры сегодня стоят порядка 80-100 тыс. руб.

Квадрокоптер — беспилотный летательный аппарат с 4 пропеллерами, что обычно размещаются по краям коптера. Русское название «квадрокоптер » — калька с английского «quadcopter «, что переводиться как 4-роторный вертолет. Примеры квадрокоптеров: , .

Мультикоптер — общее название для беспилотных летательных аппаратов, у которых количество пропеллеров (несущих винтов) больше, чем 2. Образовано от слов «multi » (несколько) и «copter » (вертолет).

Гексакоптер — беспилотный летательный аппарат с 6 пропеллерами, что обычно размещаются по краям коптера. Название произошло от слов «hexa» («гекса «, с древнегреческого — «шесть «) и «copter «. Пример гексакоптеров: , .

Октокоптер — беспилотный летательный аппарат с 8 пропеллерами, что обычно размещаются по краям коптера. Название произошло от слов «octo » («окто «, с латыни — «восемь «) и «copter». Примеры октокоптеров: , .

Коптер — сокращение от слова «helicopter «, вертолет. Используется либо по прямому назначению, либо как обозначение беспилотного летательного аппарата с n-ым количеством несущих винтов.

Дрон — беспилотный летательный аппарат. Часто это название применяется для обозначения квадрокоптеров и других мультикоптеров, что является ошибкой, поскольку дроном называются беспилотники военного назначения, внешний вид которых существенно отличается от коптеров.

Ready-to-Fly — собирательное название для мульткоптеров, что не требуют сборки. Дословно это выражение можно перевести как «готовый к полету». Как правило, для первого полета таких мультикоптеров нужно лишь зарядить аккумуляторную батарею и, в некоторых случаях, откалибровать компас.

У компании есть две серии таких квадрокоптеров (Inspire и Phantom).

Flying Platform (дословно «Летающая платформа») — собирательное название для мультикоптеров, в базовом комплекте с которыми идет лишь корпус с лучами, моторы, крепления и комплект проводов. Чтоб этот коптер взлетел, к нему нужно докупать дополнительные аксессуары.

Луч — вытянутая «рука» коптера что отходит от центральной платформы. Именно на лучах крепятся пропеллеры.

Карданная подвеска/(моторизованный) шарнир — крепление и одновременно стабилизатор для камеры, что крепиться к коптеру снизу.

Центральная платформа — основа коптера, его база. К ней крепятся все остальные части: лучи, крепление для камеры, передатчики и прочее.

FPV-камера — камера, что передает видео в режиме онлайн, но которая не предназначена для записи видео. Расшифровывается как «камера от первого лица» или «камера, что позволяет смотреть от первого лица».

Вконтакте

Квадрокоптер — это самый простой вид мультикоптера, который приводится в движение 4-мя двигателями, с установленными на них винтами. Двигатели, которые расположены на лучах рамы напротив друг друга, вращаются в разные стороны – 2 по часовой стрелке, два – против. Таким образом создается подъемная тяга.

Принцип действия

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. Например, если аппарат хочет свернуть влево, он ускоряет два двигателя на правой стороне рамы и замедляет два на левой стороне. Точно так же, если он хочет полететь вперед он ускоряет задние два мотора и замедляет два передних.

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).

Мультикоптеры

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.

Чем обусловлено количество моторов?

Во – первых безопасностью: при выходе из строя одного винта или мотора коптер рухнет на землю и разобьётся, гексакоптер сядет с минимальными повреждениями, окта – фактически не заметит потерю одного двигателя/винта.

Ниже на видео видно, как гексакоптер садится без существенных повреждений на 5 двигателях.

Во – вторых: полезную нагрузку гексакоптер способен взять бОльшую, за счет большей суммарной мощи двигателей.

Но есть у гексы/окты и минусы:

1. Выше стоимость – рамы стоят дороже, большее количество двигателей, регуляторов оборотов (ESC) и винтов.
2. Чтобы обеспечить сопоставимое время полета требуется батареи большей емкости.

Из каких элементов состоят?

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. Таким образом можно сказать, что полетный контроллер управляет вращением двигателей, но делает это не напрямую, а через регулятор оборотов или ESC (Electric speed controller - электронный контроллер скорости).

Дополнительные модули

Современные модели помимо основных модулей содержат ряд вспомогательных таки как:

• GPS компас, для определения местоположения аппарата
• курсовая камера и видео передатчик для передачи изображения на экран пилота или на полетный шлем (так называемый полет от первого лица или FPV)
• гироскопический 2-х или 3-х подвес с камерой – который стабилизирует камеру, защищая ее от вибраций
• телеметрия или OSD (OnScreenDisplay) которая отвечает за вывод характеристик полета на экран монитора или полетного шлема
• и облета препятствий
• wi-fi и Bluetooth модули

Для чего нужен квадрокоптер

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 компании Airbus. В феврале этого же года, сообщили о секретном , 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

Что такое квадрокоптер и зачем он нужен?

Квадрокоптер (от англ. quadcopter - «вертолет с четырьмя винтами») - это беспилотный летательный аппарат с четырьмя пропеллерами, который обычно управляется пультом дистанционного управления с земли. Как правило, на нём устанавливается мини-камера, позволяющая вести в полёте фото- и видеосъёмку.

Жаль, что люди не летают как птицы. Наверно каждый мечтал увидеть свой город сверху, снять видео с большой высоты, насладиться необычной панорамой. И эта мечта, благодаря такому чудесному изобретению, как квадрокоптер, вполне может стать реальностью.

Раньше беспилотники можно было увидеть только в интернете или по ТВ, а об их приобретении большинство даже не задумывались из-за сумасшедшей цены. Но со временем такие гаджеты продолжали падать в стоимости, и сегодня все больше людей могут себе позволить приобрести квадрокоптер с камерой. Эти устройства с каждым днем набирают популярность во многих точках земного шара. Ими пользуются в вооруженных силах, различных государственных и коммерческих организациях, спецслужбах. Даже легендарная компания Google в своей работе применяет квадрокоптеры. Очень часто с помощью таких гаджетов снимают видеоклипы, свадьбы и прочие мероприятия. Квадрокоптеры с камерой, имеющей возможность транслировать видео, создают эффект присутствия при полете, а также одновременно записывают ролики. Данное устройство может проникнуть практически в любые, даже самые труднодоступные места.

Квадрокоптер на радиоуправлении

Квадрокоптер (он же коптер и квадролет) представляет собой маленький летающий аналог вертолета. Он имеет четыре винта, которые вращаются в противоположном направлении. Если сравнивать квадрокоптер с обычным радиуправляемым вертолетом, то первый обладает лучшей плавностью движения, а также большей маневренностью. Кроме того, коптер отличается низкими показателями шума, он не создает сильных потоков воздуха. Это позволяет использовать устройство не только для съемок в воздухе, но и в помещении. К квадрокоптеру можно присоединить любую легкую камеру.

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.

Примеры современных мультироторных решений.

Из истории

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.

С наступлением ХХI века мультикоптеры пришли в нашу жизнь уже как беспилотные летательные аппараты или дроны.

Основные компоненты мультикоптеров

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

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

Принцип действия

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.

Пример управления полётом:

• 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.

Моторы

На современных мультикоптерах (дронах) в настоящий момент применяются два типа электромоторов — коллекторные и . Бесколлекторными в основном оснащают дорогие и профессиональные дроны. Коллекторными же моторами оснащают только бюджетные варианты, игрушки. Подробнее об их различиях можно узнать .

Управление

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

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

• Микропроцессор ( , 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.

Какие бывают?

В настоящее время рынок бытовых беспилотников предлагает огромное количество мультикоптеров (дронов), но в целом их можно разделить на три большие группы: Для новичков/Любительские/Профессиональные.

Для новичков – подходят как детям, так и взрослым с целью первого ознакомления и обучения. Как правило, оснащены микропроцессором, 6-осевым гироскопом и простейшим барометрическим сенсором для обеспечения удержания высоты.

Любительские – для пилотов уже имеющих опыт владения БПЛА. Больше подходят для конкретного применения. Например для аэросъемки, либо для спортивных состязаний, таких как . Дроны этой группы могут иметь автономные функции полёта и съёмки.

Профессиональные – подходят исключительно для опытных пилотов, которые используют возможности мультикоптеров (дронов) в профессиональной сфере. Например, профессиональная фото и видео съёмка, геодезия, мониторинг угодий, трафика, в спасательных операциях и т.д. В большинстве случаев дроны имеют автономные функции полёта и съёмки. Электронная начинка собирается из высокоточных современных систем обеспечивающих удаление на большие расстояния, а питание позволяет проводить значительно большее времени в полёте. Характерным отличием таких мультикоптеров является их цена.

Для более полного ознакомления с беспилотными системами рекомендуем тему .