Что такое квадрокоптер?

квадрокоптер

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 3-мя и более несущими винтами. Самые распространенные схемы это: 4 / 6 / 8 несущих винтов.

Аппарат с 3-мя несущими винтами называется – трикоптер; с 4-мя – квадрокоптер; с 6-ю — гексакоптер и 8-ю 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.

 

 

трикоптер YI ERIDA вид сбоку

 

Hubsan X4 H502S вид сверху спереди

 

гексакоптер

 

октокоптер

 

 

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.

 

первый квадрокоптер

 

Из 4-х несущих винтов ведущим был лишь один (вращение задавалось двигателем внутреннего сгорания), т.е. крутящий момент посредством сложной трансмиссии передавался одним мотором на остальные 3-ри 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 вертолет.

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

 

 

Основные компоненты мультикоптеров

Чисто технически примерно 5-ть 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)

 

технические компаненты мультикоптера

 

 

Принцип действия

Принцип действия современного мультикоптера прост. В зависимости от схемы применения (3 / 4 / 6 / 8-мь 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.

 

Принцып работы мультикоптеров

*порядок направления вращения несущих винтов мультикоптера

 

Пример управления полетом:

  • Увеличение оборотов на всех несущих винтах – подъем
  • 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 – обеспечат поворот аппарата

 

схема управления мультикоптером

*схема управления полетом вращением несущих винтов

 

Моторы

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

 

бк моторы

 

 

Управление

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 полета (как правило, обеспечивает стабилизацию по 6-ти осям направления).
  • Акселерометр – с помощью него процессор может устанавливать дрон в горизонтальное положение относительно земли.
  • Баросенсор (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 облета препятствий.
  • GPS модуль – обеспечивает географическое позиционирование дрона, посредством полученных данных со спутниковых систем. Благодаря его присутствию реализуется функция полета по точкам, возврат в место взлета в случае потери связи либо низкого заряда АКБ, а так же позволяет снимать показания полета, как на момент полета, так и после.

 

Простейшая схема квадрокоптера

*простейшая схема устройства квадрокоптера

 

В настоящее время рынок бытовых беспилотников предлагает огромное количество мультикоптеров (дронов) но в целом их можно разделить на 3-ри 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-ьти осевым гироскоп и простейшим баросенсором 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 дронрейсинг. Дроны этой группы могут иметь автономные качества полета.

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

 

Для более полного ознакомления с беспилотными системами рекомендуем тему «Что такое дрон?»