Что такое квадрокоптер

Что такое квадрокоптер

Что такое квадрокоптер и зачем он нужен?

19 Августа 2015

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.

Рекомендации по покупке квадрокоптера

При приобретении коптера не стоит соблазняться на слишком низкую цену. Сегодня на рынке существует много дешевых подделок, большинство из которых являются обычными радиоуправляемыми вертолетами без возможности прикрепления камеры.

Безусловными лидерами среди профессиональных квадрокоптеров считаются гаджеты DJI Phantom. Да, их цена довольно высока, но оно того стоит. Самые известные и впечатляющие видео были засняты именно посредством коптеров этого бренда.

Чтобы сделать оптимальный выбор, следует знать основные характеристики квадракоптеров. Они могут записывать видео либо просто на флеш-карту, либо передавать изображение в режиме реального времени по видеоканалу. Второй вариант даст вам возможность проводить полет от первого лица, что конечно является большим преимуществом. Если вы не слишком ограничены в средствах, лучше приобрести модель с камерой, работающей в режиме реального времени.

В квадрокоптерах также может разниться количество каналов управления. По каждому из них может передаваться какой-то один из параметров, например, может изменяться скорость. В общем, чем больше будет таких каналов в характеристиках – тем лучше.

Квадрокоптер может продаваться с гироскопом и без. Гироскоп – это маленький датчик, который контролирует устойчивость и положение агрегата в полете. Он позволяет при боковом ветре зависнуть в воздухе. При отсутствии гироскопа коптер может сносить в стороны, в результате чего возникнет риск налета на какое-нибудь препятствие. Поэтому желательно приобрести модель, имеющую такой датчик.

Обратите внимание на дальность и продолжительность движения. Конечно, чем выше эти характеристики – тем будет лучше. Многие модели обладают продолжительностью полета около 15 минут, после чего возникает необходимость замены аккумулятора. Некоторые квадрокоптеры могут летать и дольше. Дальность полета определяется методом управления. Например, при wi-fi технологии дальность полета колеблется в диапазоне от пятидесяти до ста метров.

Что такое и зачем он нужен?

Квадрокоптер – англоязычный термин, дословно переводимый на русский, как «четырехвинтовой вертолет». Но что это означает на практике? По сути, это беспилотник (летательный аппарат на ДПУ), оснащенный четырьмя винтовыми пропеллерами. Управление осуществляется посредством специального RC-пульта с земли.

На большинстве современных моделей дронов установлены миниатюрные видеокамеры, обеспечивающие возможности съемки в фото- и видеоформате с воздуха.

Как только первые квадрики появились на прилавках магазинов беспилотной техники на радиоуправлении, их цена едва ли могла привлечь обывателя. Но со временем стоимость таких гаджетов продолжала стремительно падать (собственно, она продолжает падать со времен своего появления до сих пор, а ценовой диапазон – расширяться до бесконечных пределов). Сегодня они доступны многим людям со средним достатком.

Появились и квады с камерой, которые стали настоящим бумом среди широких масс любителей БПЛА. Таким образом, сфера их применения существенно развернулась по всем фронтам, привлекая внимания людей всех возрастов, от школьников и дошколят, до людей пенсионного возраста, любителей и профи в сфере беспилотных полетов, любителей спортивных состязаний на мультикоптерах, журналистов, блогеров, репортеров и даже представителей военно-разведывательных структур.

Современные технологии дроностроения шагнули далеко вперед в последние годы. Но в большинстве случаев на вопрос о том, что такое коптер и каково его предназначение, люди склонны отвечать – это гаджет для развлечения и захватывающих любительских съемок с высоты.

Кто придумал?

История создания/разработки таких БПЛА уходит корнями в первую половину прошлого века. Первый действующий прототип всех действующих ныне любительских и профессиональных дронов, а также вертолетов появился в 1922 году и получил название «вертолет Ботезата». В рамках первых тестовых полетов ему удалось не только успешно подняться в воздух, но и поднять с собой на высоту до четырех метров груз весом около 450 килограмм.

Георгий Александрович Ботезат – тот, кто придумал квадрон, был гражданином США российского происхождения, изобретателем, естествоиспытателем и профессором Петроградского института высоких технологий.

Разработки первого в мире квадрона под его началом велись при финансовой поддержке армии США. Военным требовался летательный аппарат, который сможет производить вертикальные взлеты и посадки. Со временем проект был прикрыт из-за определенных технических трудностей.

Основная проблема состояла в обязательном наличии попутного ветра для полетов. Ученый так и не успел довести разработку и оптимизацию схемы вращения двигателей до конца.

Почему именно 4 мотора?

Испытания вертолета с 4-мя винтами начались под руководством Ботезета в 22-м году. Устройство квадрокоптера на основе четырехвинтовой конструкции еще в те времена было признано наиболее устойчивым и оптимальным с точки зрения полетных характеристик.

Благодаря многовинтовому принципу работы, аппарат становился легко управляемым. Для поворота достаточно было изменить положение носовой части коптера.

В более поздние времена, когда начальные квады на радиоуправлении обзавелись полноприводной винтовой системой, они получили абсолютный баланс и максимальный полетный контроль, а все недостатки квадрокоптеров были минимизированы за счет внедрения новых технологий и электроники. По сей день 4-моторный коптер — лучший и самый надежный с точки зрения конструкции, летных и технических характеристик.

Мультикоптер – это альтернативный, вариант квадронов, превосходящий их по количеству моторов. Его несущие винты вращаются диагонально и в противоположных по отношению друг к другу направлениях.

Различаются мультикоптеры между собой количеством моторов. В современной практике помимо трех- и четырехвинтовых моделей встречаются гексакоптеры и октокопторы с 6- и 8-ю пропеллерами, соответственно. Количество винтовых элементов по большому счету определяет возможности пиковых нагрузок аппарата по массе, то есть то, сколько веса он сможет взять с собой на борт.

Устройство и принцип работы

Принцип действия современных коптеров предельно прост. Каждый несущий винт приводится в движение электромотором. Одна часть двигателей вращается по часовой стрелке, а вторая – против. Это позволило исключить из конструкции квада хвостовой винт и сложный в плане конструктивной реализации автомат перекоса.

Рама

Как правило, каркасная рама любого квадрика имеет X-образную форму. На конце каждого из четырех лучей закреплена винтомоторная конструкция, обеспечивающая аппарату необходимую летную тягу.

Часто для придания оригинальности кваду раму украшают имитацией кабины пилота, различными принтами и светодиодными огнями. К слову LED-подсветка выполняет не только декоративную функцию – зачастую она помогает пилоту ориентироваться в управлении и позиционировании квадрика, а также необходима для пилотирования в темное время суток.

Платы управления и полетный контроллер

Контроллерная плата – мозг любого дрона. Она отвечает за все бортовые программные функции, включая контроль оборотов двигателей, съемку интегрированной камерой, позиционирование в пространстве на основе GPS-координат, работу светодиодов, выполнение виражей, прием различных сигналов с ДПУ и многое другое.

Мотор

Большая часть любительских мультикоптеров оснащена двумя типами электродвигателей – коллекторными и бесколлекторными. Как правило, вторые используются в бюджетных, любительских и наиболее простых вариантах. Их мощности вполне достаточно для поднятия в воздух мало и средне весовых квадронов любительского класса.

Коллекторные двигатели имеют другую, более совершенную конструкцию и несколько иной принцип работы. Они лишены коллекторов и щеток. Магнитные элементы расположены вокруг вала и выполняют непосредственно роторную функцию. Таким образом, двигатель работает с более плавным контролем оборотов у винтов и с большей отдачей, что обеспечивает лучшую тягу, энергорасход и производительность.

Трансмиттер и Пульт управления

Трансмиттер, то есть передатчик сигнала или пульт управления – это основной контрольный элемент любого квадрика. Контроль осуществляется посредством радиоволн, излучаемых аппаратурой на определенной частоте (как правило, это 2,4ГГц для радиосигнала и 5,8 для AV-видеосигнала с большим радиусом покрытия).

Регуляторы оборотов

Регуляторы оборотов или контроллеры скорости полета отвечают за контроль мощности двигателей. Суммарный рабочий ток этих элементов должен превышать по своим показателям максимальный ток электромоторов. Среди основных параметров, о которых нужно знать, подбирая оборотные регуляторы самостоятельно, стоит отметить максимальный рабочий ток и диапазон рабочих напряжений.

FPV

В данном контексте аббревиатура FPV подразумевает трансляцию видео с бортовой камеры агрегата на принимающее устройство в режиме реального времени от первого лица. В качестве приемника могут использоваться очки VR, а также пилотный шлем или монитор трансмиттера/смартфона. Иными словами, технология позволяет видеть пилоту то, что «видит» дрон в момент планирования.

Подвес с камерой

Это важная часть любых мультикоптеров с функцией съемки. Подвесное крепление служит для соединения видеокамеры с корпусом аппаратика. Она может иметь несколько осей (обычно две или три), позволяющих вращать камеру для захвата изображения в различных направлениях.

Нередко подвес оснащается специальными демпферными подушками, которые призваны гасить вибрации и обеспечить качественную стабилизацию видео на аппаратном уровне.

Батарея

АКБ – это сердце квадронов, обеспечивающее зарядом винтовые моторы. Они могут иметь моноблочную или многоблочную структуру, от чего во многом зависит их емкость. Аккумуляторные блоки подсоединяются в электроники посредством специальных клемм и устанавливаются на борт в специальных блоках. Для многих моделей предусмотрена возможность замены АКБ на аналогичные или с большей мощностью.

Чтобы понять, можно ли использовать другую батарею, необходимо внимательно почитать описание или инструкцию к агрегату.

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).

В самом общем случае управляется коптер по 4-м каналам, которые как раз и есть упомянутые нами выше тангаж (pitch), крен (roll), рыскание (yaw) и газ (Throttle). Чтобы понять, как управляется дрон читайте основы управления.

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 аэро-такси Vahana компании Airbus. В феврале этого же года, сообщили о секретном аэро-такси Joby Aviation , 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 стартап Alauda Racing запустил на платформе Kickstarter сбор средств на первые в мире гонки на пилотируемых мультикоптерах, которые планируются в 2020 году.
  4. Профессиональная или любительская фотосъемка — все современные модели оснащаются высококачественной камерой и позволяют делать восхитительные снимки там, куда человек не смог бы никогда добраться самостоятельно.
  5. Грузовые перевозки — в 2016 году компания Amazon провела испытания по доставке посылок с помощью коптера и подала заявку на технологию доставки груза при помощи парашюта. В последние месяцы активно появляются новости с концептами больших грузовых беспилотников, способных перемещаться на высоких скоростях и перевозить до нескольких тонн. Как, например, модель Draco-2 компании Sabrewing Aircraft и тестовая сборка компании Boeing.

Ручное управление

Пребывая в ручном режиме управления, квадрокоптер принимает сигналы от дистанционного пульта – аппаратуры, которая питается от батареек или перезаряжаемых аккумуляторов. Пульт находится у пользователя, который находится на удалении от аппарата. Дальность действия его сигнала зависит от используемой технологии канала связи. Наименьший радиус действия имеют модели с Bluetooth.

Он поддерживает дальность действия порядка 40-50 метров. Модели с радиосигналом на частоте 2,4 гГц имеют дальность действия до 250-300 метров, на других частотах она может составить и 500 метров. Такую дальность действия обеспечивает и wi-fi соединение. Специальные системы связи могут обеспечивать дальность даже в несколько километров.

Сигнал, передаваемый от ручной аппаратуры, сообщает команду плате, которая получает его через приемник, установленный снаружи или внутри корпуса. Сигнал дешифруется, и специальная команда платы регулирует работу двигателей.

Работа современных квадрокоптеров вызывает восхищение

Зависимо от того, какие электромоторы усиливают или приостанавливают свою активность, корректируется траектория и характер движения квадрокоптера. Когда все двигатели работают усиленно – он поднимается строго вверх. Когда все моторы одновременно снижают обороты – он спускается. Когда усиливается работа только двух передних двигателей – он движется вперед, а при усилении работы пары задних – назад. Аналогично происходит движение в стороны. Пары боковых двигателей работают синхронно и отвечают за движение – влево или вправо. За стабилизацию полета отвечает дополнительный модуль – гироскоп. Он выполняет роль сенсора, данные с которого обрабатываются платой управления. За счет этого осуществляется автоматизированный полет.

Как управлять дроном

Впрочем, даже зная принципы работы квадрокоптера не каждый отважится им управлять, боясь уничтожить достаточно дорогую технику. Но на самом деле управлять им достаточно просто. Все, кто когда-либо ранее пользовался игровым джойстиком от приставки, подтвердят это. Основную нашу статью про управление квадрокоптером вы можете прочитать .

Преимущественное большинство квадрокоптеров имеют специальные кнопки, которые включают их питание. Наиболее примитивные модели включаются сразу после того, как подсоединяются контакты аккумуляторов.

Для того чтобы привести в движение электромоторы требуется воспользоваться комплектной аппаратурой или сопряженным мобильным устройством, к примеру, смартфоном с предварительно установленным фирменным приложением.

Особенности управления при помощи аппаратуры зависят от ее модели. Все дополнительные кнопки могут иметь различное назначение и использоваться исключительно для выполнения определенных функций, к примеру, захвата изображения с камеры, переключения с ручного управления на автоматическое, или же для выполнения несложных трюков. Об их точном назначении будет говориться в инструкции, которая обычно идет в комплекте с летательным аппаратом или пультом управления, если он приобретается и программируется отдельно. Для некоторых моделей инструкции также можно найти в сети, поэтому если по каким-то причинам инструкция была на непонятном иностранном языке, например, на китайском, можно даже воспользоваться видео руководством.

Понять, как работает квадрокоптер, всегда лучше перед его покупкой

Если же говорить о базовых функциях, таких как запуск моторов, чаще всего это делается путем сведения стиков (рычагов) включенной аппаратуры вместе. В отдельности правый и левый стики выполняют различные функции. Правый стик – отвечает за регулировку движения вперед-назад, влево-вправо. Левый же по умолчанию используется для регулировки высоты полета. Выжатый от себя левый стик поднимет устройство в воздух, а при надавливании его на себя квадрокоптер начнет снижение.

Стоит отметить, что некоторые модели вроде DJI Inspire 1 поддерживают использование сразу двух аппаратур. И если одна традиционно используется для управления полетом, то вторая отвечает за регулировку положения камеры путем изменения углов наклона и вращения используемого подвеса.

Гораздо чаще встречается ситуация, когда используется не две аппаратуры, а, например, аппаратура и планшет. Последний гаджет выполняет роль второго пульта, а также используется в качестве экрана, на который выводится изображение с камеры благодаря наличию функции FPV. Впрочем, самые бюджетные модели могут управляться пользователем исключительно мобильным устройством.

На экран выводится вся необходимая информация о полете, что невозможно при использовании комплектного пульта. Дополнительную информацию при этом можно получать непосредственно от квадрокоптера, обращая внимание на его иллюминацию, создаваемую установленными на нем светодиодами.

Купить отличные дроны вы можете в нашем магазине — бесплатная доставка по России и СНГ, хорошие цены!

Видео о том, как работает квадрокоптер


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *