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

Из новинок современной техники, сильно выделяется летательный аппарат, со странным названием - квадрокоптер . За относительно небольшие деньги, появилась возможность получить нечто вроде военного беспилотника, который нашёл применение в различных сферах.

Небольшой прибор способен менять человеческую жизнь, позволяя делать то, что до некоторого времени не представлялось возможным. В зависимости от мощности, квадрокоптер способен переносить по воздуху небольшие грузы, вести видео съёмку и оказаться там, куда не может добраться человек.

В воздухе, квадрокоптер ведёт себя надёжно и независимо от поставленной задачи, полёт этого аппарата обычно стабилен. Этой стабильности удалось добиться за счёт уникальности инженерных разработок. Не исключено, что через какое-то время, по такому принципу будут летать все воздушные аппараты.

Принцип работы квадрокоптера осуществляется за счёт использования винтов с противоположным вращением, что даёт тягу и обеспечивает стабильность работы. Средняя дальность полёта чуть больше 1 км. Покупая квадрокоптер, не нужно обращаться к специалисту, чтобы правильно его собрать – это может сделать любой человек, так как конструкция летательного аппарата не отличается сложностью.
Несмотря на свою простоту, малые габариты и ограниченное расстояние полёта, эти дроны сильно облегчают выполнение некоторых задач.

Применение

В первую очередь квадрокоптеры используют для осуществления видео съёмки. Примером может послужить дрон от DJI - это квадрокоптер с камерой , а именно PHANTOM 3 или же 4 версии. Данные дроны имеют хорошую камеру с стабилизацией. С их помощью легко сделать панорамную съёмку с большой высоты, получить великолепные планы и увидеть места, в которых человек чисто физически оказаться не может.

Видеокамеру со стабилизатором закрепляют по центру аппарата и дрон поднимается в воздух. Их используют как в военных, так и во вполне мирных целях.

В США с помощью квадрокоптеров контролируют фермерские хозяйства. Фермеры следят за качеством орошения земли и выявляют вредителей. Также дронов используют в качестве курьеров, которые не стоят в пробках и доставляют товар вовремя. При чрезвычайных ситуациях эти летательные аппараты отправляются в зону происшествия и доставляют спасателям информацию, с помощью которой можно точно оценить ситуацию и выработать план спасения.

К сожалению, квадрокоптеры используют и криминальные структуры. С помощью дронов можно оценить количество охраны, расположение сотрудников безопасности, а также перевозить наркотики. Власти многих стран обеспокоены этой тенденцией, но повлиять на ситуацию сложно, так как дроны находятся в свободной продаже. Стоимость аппарата начинается от 100 долларов и выше.

Разновидности

По техническим характеристикам, квадрокоптеры отличаются балансом веса, маневренностью и предназначением. Существуют готовые аппараты, которые нужно лишь достать из коробки и сразу можно запускать в небо.

Он настроен, с налаженным центром тяжести и зафиксированной батареей. Обычно такая модель уже оборудована камерой и способна осуществлять навигацию. Такой дрон совершает полёт согласно заданному маршруту и возвращается в указанное место. Единственным минусом такой модели, является высокая цена.

Дешевле окажется квадрокоптер для сборки. Это аппарат, который нужно собрать самостоятельно. Также придётся приобрести радиоаппаратуру для управления дроном, установить приёмник, пропеллеры и камеру. Необходимо всё надёжно собрать и закрепить.

Квадрокоптеры подразделяют на тяжёлые, средние, маленькие и мини. При покупке летательного аппарата обращают внимание на грузоподъёмность и скорость. Для этого нужно точно знать, в каких целях он будет использоваться. Вы можете купить квадрокоптер с видеокамерой для съемки видео, но обязательно посмотрите радиус его действия, ведь не дроны 2016 года летают на километр и больше.

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

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.

В то время как дронами также могут быть самолеты или вертолеты, самым популярным персональным беспилотником сейчас является квадрокоптер. Квадрокоптеры популярны из-за их небольшого размера, точности управления, маневренности, мощности и стабильности. Конструкция квадрокоптера стала своего рода стандартом для персональных и коммерческих дронов, в то время как военные по-прежнему отдают предпочтение более традиционным самолетоподобным моделям.

Итак, что же такое квадрокоптер?

Квадрокоптеры также называют мультикоптерами (многороторными вертолетами), из-за наличия 4 или более несущих винтов вместо одного, как у традиционных вертолетов. Как правило, чем больше винтов имеет дрон, тем мощнее и стабильнее он становится. Именно поэтому более высокого уровня профессиональные фото-дроны имеют от 6 до 8 винтов, но подобные модели в настоящее время стоят тысячи долларов.

История квадрокоптеров

Конструкции квадрокоптеров и мультикоптеров существовали в течение довольно долгого времени, но все они были нестабильны. При наличии 4 несущих винтов, поддерживать их скорость вращения на нужном уровне, с целью сохранения положения и устойчивости квадрокоптера - задача не из простых.
В 1922 году, Этьен Омишен разработал первый квадрокоптер, который был признан успешным. В ноябре 1922 года, изобретатель совершил первый полет на своем квадрокоптере Oehmichen #2 . Данный аппарат являл собой улучшенный вариант вертолета с 8-ю небольшими вертикально установленными рулевыми винтами(5 из которых способствовали поддержанию равновесия и управления относительно осей, 2 предназначались для горизонтального полета и 1 для осуществления поворота), которые вращались в противоположном направлении относительно крупных несущих винтов. Большинство экспертов сходятся во мнении, что Омишен создал самый первый надежный вертолет, способный нести человека.
Конструкция квадрокоптеров Омишена в значительной степени послужила толчком к прорыву на пути становления квадрокоптеров как жизнеспособных летательных аппаратов. Данная модель имела два гребных несущих винта, вращающихся в одном направлении и два других - в противоположном направлении. Это увеличило устойчивость и позволило аппарату успешно летать. Квадрокоптеры по сей день имеют схожую базовую конструкцию.
Даже с противоположно вращающимися винтами, квадрокоптеры без современных технологий по-прежнему были нестабильны по сравнению с другими летательными аппаратами и требовали очень опытных пилотов для управления ими.

Современные квадрокоптеры

Дизайн квадрокоптеров никогда не был популярным в промышленном самолетостроении - в основном из-за проблем со стабильностью. Однако, квадрокоптеры в последнее время стали очень популярны в секторе производства радиоуправляемых самолетов, и в частности дронов.Последние достижения технологий нацелены на решение проблем, которые были бичом ранних моделей квадрокоптеров, среди них: плохая стабильность, ограниченный контроль и громоздкость конструкции. Современные квадрокоптеры очень стабильны, ими сравнительно легко управлять и их просто запускать Это касается как крупных моделей так и множества небольших моделей. Например, модели Hubsan X4 или Syma X1 при цене ниже $50 невероятно просты в управлении и очень стабильны. И оба служат прекрасным примером того, как далеко зашла техника.

Техническая сторона квадрокоптеров

Квадрокоптеры стабилизируются целым рядом устройств, но основным является гироскоп. Наиболее популярными являются 3-х осевые гироскопы (также в сочетании с 3-х осевыми акселерометры и 3-х осевыми магнетометрами).
3-х осевой гироскоп автоматически определяет углы тангажа и крена. Правильно настроенный квадрокоптер при центральном положении стиков пульта управления будет зависать в воздухе без «дрифта» в каком-либо направлении. Этот «дрифт» есть ничто иное как смещение по углу наклона, - то же самое происходит при изменении положения манипуляторов пульта управления. Коррекция данного угла наклона при 3-х осевой конструкции позволяет поддерживать аппарат в режиме стабилизации. Комбинация 3-х осевого гироскопа и 3-х осевого акселерометра позволяет полетному контроллеру получать более точные значения углов тангажа, крена и рысканья. При таком оснащении коптер также способен противостоять порывам ветра и даже стабилизироваться после незначительного контакта с каким-либо объектом.