Главная › Настройки › Что представляет собой квадрокоптер. Как квадрокоптер держит ветер? Из каких элементов состоит дрон

Что представляет собой квадрокоптер. Как квадрокоптер держит ветер? Из каких элементов состоит дрон

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):

Аккумуляторная батарея – литий полимерная (LiPo), реже литий-ионная (Li-Ion).
либо коллекторные двигатели на редкоземельных элементах.
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 .

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. Изобретение рулевого винта и автомата перекоса положило конец этим попыткам. Новые разработки начались в, но дальше прототипов дело не продвинулось.

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке , уже как беспилотные аппараты . Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании . Мультикоптеры удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки - громоздкая камера вынесена из зоны действия винтов [ ] .

Модель транспортного средства-гексакоптера

Октокоптер для персональных полётов

Принцип действия [ | ]

По принципу управления мультикоптеры бывают :

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.

Существуют также трёх- и пятивинтовые вертолёты (- 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.

По вариантам размещения винтов в отношении оси движения и в зависимости от их направления вращения различают несколько типов мультикоптеров:

Современное применение мультикоптеров [ | ]

Современное применение мультикоптеров весьма разнообразно: от игрушек, доставки товаров, любительских средств для фото- и видеосъёмки до пассажирских и грузовых транспортных средств и боевых роботов .

В любительских и профессиональных мультикоптерах используются коллекторные и бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии . 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 (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.

Квадрокоптер визуального контроля окружающего пространства для силовых структур «Грифон-41»

Экспериментальный квадрокоптер «Ehang 184»

Прототип волокоптера «2X»

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 .

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 .

Мультикоптеры-игрушки [ | ]

В последнее время появились миниатюрные квадрокоптеры, умещающиеся на ладони (Walkera Ladybird, WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop и пр). Они практически безопасны (масса аппарата около 40 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

Квадрокоптер «Robbe Blue Arrow Nano Loop»

Миниквадрокоптер с пультом управления

Октокоптер в полёте

$("h1").addClass("shares_block"); $(document).ready(function(){ if($("a.rss").length) $("a.rss").after($(".share.top")); else $("h1").before($(".share.top")); })

Мы живем в эпоху, когда жажда новых технологий руководит миром. Именно сейчас человечество способно создавать такие устройства, о которых в прошлом веке люди могли только мечтать. Одним из лучших технологических изобретений, созданным именно в этом веке можно считать дронов, в том числе и квадрокоптеров, которые внесли свои изменения в то, как мы можем наблюдать за миром и взаимодействовать с ним.

Вы наверняка слышали, как множество людей говорят о квадрокоптерах. Подобные устройства широко использовались в недавних войнах для разведки, а также для бомбардировки стратегических целей. Этот тип дронов получил невероятное количество негативных отзывов.

Но множество квадрокоптеров используются и гражданскими лицами по всему миру с целью записи видео и фотосъемки с высоты птичьего полета, а также для выполнения особенно дорогостоящих и сложных для выполнения людьми производственных процессов.

Купить отличные квадрокоптеры вы можете в - бесплатная доставка по России и СНГ, хорошие цены!

Почему квадрокоптеры так популярны?

Простыми словами дрон – это БПЛА (или беспилотный летающий аппарат), который управляется человеком с земли. Иначе говоря, это летательный аппарат без физического присутствия пилота внутри.

Они существуют в разнообразных вариантах и размерах, которые позволяет разделить их по целевому назначению. Каждый из них имеет свою цель применения. К примеру, часть из них действительно используются для ведения военных операций в горячих точках. Другие же такие как Predator используются для охраны границ таких государств как Канада и Соединенные Штаты Америки. Есть дроны солнечные, разведывательные, мониторинговые и еще много-много различных вариантов.

В дополнение к этим военизированным устройствам, компании стали выпускать и мультикоптеры, предназначенные для личного использования. Эти дроны больше известны как квадрокоптеры. Они созданы для того, чтобы люди могли с легкостью снимать видео для своих собственных гаджетов.

В размерах они отличаются между собой и среди них можно встретить как крошечные модели, так и огромные платформы на солнечных батареях, размах крыльев которых измеряется футами.

Причина популярности

С учетом такой шумихи вокруг подобных устройств многие удивляются почему некоторые люди готовы инвестировать сотни и тысячи долларов в небольшие летающие машины. Грубо говоря, применение их в развлекательной и туристической индустрии просто неограниченны.

Каждый, кто касается работы в кинопроизводстве, фотоиндустрии и даже продаже недвижимости, теперь должен обзавестись своим собственным квадрокоптером, чтобы иметь возможность предложить клиенту отснятый фото и видео материал.

Владельцы ресторанов также пришли к тому, что производят подачу своих блюд клиентам квадрокоптерами вместо использования обычных официантов, ведь они могут доставлять еду или небольшие грузы на отдаленные расстояния менее, чем за 15 минут.

Их также используют журналисты, которые с их помощью создают невероятно реалистичные репортажи из зон стихийных бедствий и военных конфликтов без неоправданной опасности для собственной жизни.

Спортивные фанаты следуют их примеру и также снимают видео любимых игр с уникальных точек обозрения, а некоторые из них умудряются даже заработать на подобных материалах.

Главное в этих устройствах то, что их стоимость снижается изо дня в день. Еще недавно любительский дрон можно было купить за 60 USD, а профессиональный за 3000 USD, в то время как сейчас подобные модели можно купить уже за полцены. Поэтому следить за обновлениями на рынке особенно увлекательно.

Кроме того, при желании можно самостоятельно собрать дома аналогичную конструкцию. Для этого необходимо лишь обзавестись соответствующей инструкцией и комплектующими деталями, в чем поможет интернет. Это в свою очередь позволит существенно сэкономить средства.

Насколько сложно управлять

Многие люди стараются держаться подальше от подобных устройств, ошибочно считая их слишком сложными в управлении. Но это слишком далеко от правды. Большая часть моделей, предназначенных для массового использования, являются чрезвычайно простыми в управлении.

Как правило, дешевые квадрокоптеры более сложны в управлении, в то время как устройства стоимостью от 500USD усложняют управление лишь дополнительными функциями. Но с достаточными навыками контроль становится просто забавой.

Иногда дроны настолько умны, что ими не так уж сложно управлять.

Начните свое знакомство с квадрокоптерами с моделей в роде Parrot Bebop. Это простой дрон по сносной цене с наилучшими функциями необходимыми для получения базовых навыков.

Что касается окружения, то лучшее место для первых полетов – это открытые площадки без людей, деревьев и линий электропередач.

Взлет популярности дронов

Популярности квадрокоптеров способствует несколько причин. В первую очередь, они могут быть чрезвычайно полезными в ряде отраслей. Во-вторых, они не повышают опасности жизнедеятельности, ведь с их помощью вы можете быть уверенным в собственной безопасности.

Кроме того, они могут летать в скованных пространствах, записывая видео, а затем без проблем возвращаться к месту старта.

Сейчас можно даже заранее запланировать маршрут квадрокоптеру и с использованием автопилота вернуться на точку старта, зафиксированную при помощи GPS координат. Дополнительно некоторые модели могут постить потоковое видео в качестве 1080p в прямом эфире.

Пример высоких технологий сегодня – линейка продуктов компании DJI серии Phantom с встроенными системами автопилота. Благодаря таким технологиям дронов ждет невероятное будущее, поскольку они могут выполнять ваши команды даже без необходимости физического контакта. Контроль над устройством может производиться просто при помощи личного гаджета, будь то смартфон, таблет или другое устройство, выполняющее роль управляющей аппаратуры с радиусом действия в километр и более.

Законодательные акты по дронам

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. Все эти правила в той или иной степени описаны во многих государствах на законодательном уровне. В некоторых государствах имеются даже особые зоны, например национальные парки, где использование подобных технологий категорически запрещается.

Будущее квадрокоптеров

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.

Будущее у дронов однозначно светлое.

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.