Что такое квадрокоптер: как он поднимается в воздух и управляется с земли

Беспилотными летательными объектами мечтают обладать многие представители сильной половины человечества, начиная со школьной скамьи. Прежде чем приобретать аппарат, который на поверку вовсе не игрушка, мы рекомендуем узнать, квадрокоптер что такое и с «чем его едят». А именно, кто его придумал, что его поднимает в воздух, как работают его двигатели и какими опциями он может обладать. Итак, рассмотрим коптер — это что такое и как он работает:

С чего все началось?

Что такое квадрокоптер впервые показал русско-американский авиаконструктор Георгий Ботезат. Именно он в 1922 году сконструировал «праотца» современных высокотехнологичных дронов.

Это был аппарат, который имел четыре винта, весил 1600 килограмм. Именовался он вертолетом. В документах зафиксировано, что он поднимался в высоту аж в 4 метра с 450-килограммовым грузом.

Правда управление новым аппаратом вызывало дискомфорт. Дело в том, что из четырех винтом «руководящим» был один, который вращался с помощью двигателя. Мотор сложной трансмиссией передавал движение трем другим винтам.

Затем развитие детища Ботезата приостановилось, потому что американская армия отказалась от финансирования проектов в пользу более перспективных автожиров. Только в начале нашего века дроны обрели новую жизнь и стали такими, какими мы их знаем.

https://www.youtube.com/watch?v=ASChUYPXT0o

Какие бывают мультикоптеры?

Всеми известные квадрокотеры — это не что иное, как мультикоптеры. Что такое мультикоптеры? Это имеющий много моторов воздушный аппарат, пропеллеры которых вращаются в разных направлениях.

Мультикоптеры классифицируется по количеству винтов. Сейчас производители  представляют большое разнообразие моделей. Все они различаются полезной массой, то есть величиной, какой вес они могут поднять на борт.

Три винта — это трикоптер.

Четыре винта — всем известный квадрокоптер.

Шесть винтов — это гексакоптер.

Восемь винтов — это октокоптер. Он уже похож на пришельца с космоса.

Какие основные элементы коптера?

Есть элементы, без которых невозможно функционирование современного квадрокоптера.

Что такое они из себя представляют:

• Аккумулятор. Он бывает литий-полимерными (LiPo) и литий-ионными (Li-Ion). Чаще всего предпочтение отдают первым, потому что они на порядок безопаснее.
• Двигатели. Бывают коллекторные и бесколлекторные. Последние более долговечные за счет своей конструкции и издают меньше шума, что для аэросъемки — немаловажный момент.
• Контроллер ДУ — это пульт, аппаратура и трансмиттер.

Как работает квадрокоптер?

Что такое управление дроном, может почувствовать каждый пилот, который осуществит первый полет. А как дрон работает? Оказывается все просто. Это можно понять с помощью схемы.

Винты, а их бывает 3 / 4 / 6 / 8-мь, как рассмотрели выше, приводятся в движение с помощью двигателей. Одна половина моторов крутит пропеллеры по часовой стрелке, в другая — в противоположную сторону. Благодаря этой системе в работе не нужен хвостовой пропеллер и сложный автомат перекоса, которые нашли применение в конструкции вертолета.

Как происходит управление полетом?

Что такое квадрокоптер в действии? Это прежде всего работа несущих винтов, приводящихся в движение двигателем.

• Подъем происходит, когда увеличиваются обороты на всех несущих винтах.
• Спуск происходит, когда уменьшаются обороты всех пропеллеров.
• Квадр начнет движение в сторону, когда увеличатся обороты одной половины винтов и уменьшаться обороты другой половины.
• Дрон повернет, когда увеличатся обороты пропеллеров часовой стрелке, и уменьшаться  обороты тех, что работают против часовой.

Какие бывают моторы?

Дроны оснащают коллекторными и бесколлекторными моторами. Первые чаще всего применяют в конструкции недорогих квадрокоптеров, такое решение приводит к снижению стоимости беспилотника. Бессколлекторные двигатели используют в дронах полупрофессиональной и профессиональной категории.

• Коллекторные моторы на порядок дешевле бесколлекторных. Все дело в простом и понятном  механизме, основанном на работе щеток и коллектора. Вначале он работает бесперебойно, обороты высоки, но со временем постоянное трение щеток и коллектора приводит к перегреву и искрению. Износостойкость низка, а коэффициент полезного действия достигает 60%.
• Бессколлекторные моторы исключают в своем механизме работу щеток. Есть ротор с  магнитами и статор с катушками, которые создают электромагнитное поле. В итоге, коэффициент полезного действия достигает около 95%, а износостойкость невероятно низка. Но и цена на такой мотор довольно высока. Хотя некоторые бюджетные квадрокоптеры уже оснащают такими двигателями.

Как управлять?

Что такое полет квадроптера, ответит любой пилот. Коптер с камерой или без нее управляется с пульта, в частотном диапазоне 2.4-5.8Ггц. Бесперебойную работу дрона обеспечивает слаженная система всех высокотехнологичных элементов дрона. Это:

Акселерометр

• Микропроцессор — это «мозги» квадрокоптера. Он координирует работу всей системы, обеспечивает бесперебойность механизма и скорость выполнения команды.
• Гироскоп — без него беспилотник будет петлять к небе. Это важная часть «организма» дрона, которая стабилизирует полет по шести осям и делает его плавным.
• Акселерометр — это датчик, который «запоминает» положение квадрокоптера относительно горизонтали, посылает эту информацию контоллеру, который выравнивает дрон горизонально относительно земли.
• Барометр — это датчик, который обеспечивает плавное зависание аппарата на выбранной пилотом высоте. Допустим, если пользователь запутался в командах, то ему достаточно использовать стики пульта, чтобы дрон послушно завис в воздухе, ожидая очередных команд.
• Сонар — это ультразвуковой сенсор, которых нужен для автопосадки и удержания небольшой высоты. В высокотехнологичных дронах, типа Phantom 4 Pro, сонары — это уже сложные системы, которые применяются для определения препятствий на пути коптера и их успешного облета.
• GPS модуль — это тоже важнейший модуль, который теперь применяется даже в бюджетных моделях дронов. Он дает такое позиционирование, что квадрокоптер не потеряется даже в самых сложных погодных условиях и вернется домой. Целый набор полетных функций добавляется с его присутствием. Это «автовозврат», который обеспечивает безопасность дрона, если что-то пойдет не так и сигнал пропадет, опцию «Облет по точкам» и любимую следящую функцию блоггеров «Следуй за мной». Как правило, GPS уже появляется на борту линейки любительских коптеров. Однако, всем пилотам следует помнить, кто корректную работу беспилотника обеспечивает обязательная калибровка перед каждым полетом.

Какие бывают квадрокоптеры?

Современные производители предлагают такое разнообразие коптеров, что повышает сложность выбора в несколько раз.

Условно все, что предлагают современные производители можно разделить на:

• Квадрокоптеры для новичков: Обладают простейшим функционалом — как правило, микропроцессором, барометром и гироскопом, чтобы удержать коптер начального уровня «на плаву». Подходит для обучения.
• Любительские рекомендованы пилотам, которые уже имеют некоторый опыт управления. Как правило, применяются для вполне конкретных целей — аэросъемка или гонки с дронами. Именно поэтому коптер должен обладать необходимым набором функций для управляемого и динамичного полета.
• Профессиональные. Их отличает цена и высокотехнологичность. Применяют, как правило, в спасательных работах, или в военных спецоперациях, или  в геологических изысканиях. Поэтому такой квадрокоптер, собранный из высокоточных систем, обладает исключительной автономностью, дальностью полета, временем нахождения в воздухе, скоростью и бесшумностью.