Устройство и принцип работы квадрокоптера

В настоящее время идея дрона хорошо известна широкой аудитории молодых людей. Эти практичные гаджеты используются в различных профессиональных областях. В настоящее время дроны используются при съемках телепередач, заменяя дорогостоящие роботизированные подвесы для камер. Однако как устроен такой аппарат? Дадим краткое пояснение для тех, кто не совсем знаком с устройством и принципом работы квадрокоптера и его назначением.

Небольшое пояснение к понятиям

Что именно представляет собой квадрокоптер или мультикоптер? Речь идет о летательном аппарате, использующем несколько источников подъемной силы, например, пропеллеры или реактивные двигатели. В случае с квадрокоптером он состоит из четырех двигателей, в то время как мультикоптер может иметь до 12 двигателей. Конструкция квадрокоптера конструктивно прочна и может быть выполнена с использованием легких материалов. Уменьшение веса позволяет создать более совершенную аппаратную платформу, что приводит к увеличению автономности и расширению функциональности устройства. В настоящее время квадрокоптеры считаются самыми простыми с точки зрения программирования движения и технической конструкции.

Общие принципы построения

Квадрокоптер с камерой, или базовая модель, строится вокруг прочной рамы, которая служит основным элементом его конструкции. Ноги квадрокоптера расположены по углам рамы, к ним прикреплены двигатели. Для повышения удобства пользователей некоторые квадрокоптеры используют вращающиеся блоки на этих стыках. Эти вращающиеся колени не только обеспечивают электрический контакт, но и позволяют компактно складывать устройство, облегчая его транспортировку. Для облегчения посадки к нижней части рамы прикреплены полозья. Конструкция этих полозьев может существенно различаться. Высококлассные квадрокоптеры напоминают вертолеты, оснащенные прочными металлическими полозьями. В отличие от них, более бюджетные модели могут иметь только тонкие резиновые наконечники, непосредственно приклеенные к рамке.

Совет: если квадрокоптер нужен для выполнения специфических задач, связанных с точным позиционированием и посадкой на неровную поверхность, рекомендуется выбрать модель со стройными ногами.

Силовая рама также выполняет декоративную функцию. Она является наиболее заметным элементом конструкции, формирующим общий вид квадрокоптера. Каждый производитель стремится сделать свое устройство не только функциональным, но и эстетичным, стильным и привлекательным для потенциальных покупателей с первого взгляда. В результате рамы изготавливаются в различных формах, часто с размерами, которые не всегда указывают на размер внутренних компонентов.

Как он летает

  • Квадрокоптер начинает свой полет с одновременного запуска всех своих двигателей;
  • Он меняет направление полета, наклоняясь вбок и изменяя обороты левой и правой пары двигателей;
  • Во время спуска подъемная сила, создаваемая квадрокоптером, меньше его веса;
  • Чтобы набрать скорость по прямой, квадрокоптер регулирует режимы работы передней и задней пары двигателей.

Из вышеперечисленных пунктов становится очевидным, что квадрокоптер работает по тому же принципу, что и вертолеты. Однако вместо того, чтобы наклонять вал лопастей, квадрокоптер использует разницу в показателях воздушного потока на своих сторонах для создания боковой силы.

Понять, как квадрокоптер вращается на месте, может быть непросто. Однако большой вертолет может дать некоторое представление. В большом вертолете главная лопасть вращается в одну сторону, но передает крутящий момент на корпус в противоположном направлении. Это помогает компенсировать паразитное вращение, а для дополнительной стабилизации у вертолета также есть лопасть на хвосте.

Квадрокоптер работает по аналогичному принципу, когда дело доходит до вращения. В нем используются четыре пропеллера, которые работают попарно, причем каждая пара имеет сдвоенные лопасти, вращающиеся в разных направлениях. Эти пары пропеллеров предназначены для создания равных и противоположных моментов при одинаковом числе оборотов. Когда дрону необходимо вращаться вокруг своей оси, одна пара пропеллеров снижает обороты двигателя, создавая крутящий момент, который вращает всю конструкцию.

Основные функциональные элементы

Конструкция квадрокоптера относительно проста. Силовой каркас заключен в декоративный корпус и состоит из следующих компонентов:

  • литий-ионный аккумулятор;
  • электронные компоненты;
  • радиомодули и передатчики для сигналов дистанционного управления;
  • сенсорный блок;
  • преобразование напряжения или преобразование частоты.

Самые заметные элементы квадрокоптера расположены на выносных ногах, которые представляют собой электродвигатели. В зависимости от класса модели эти двигатели могут быть частотно-регулируемыми изделиями без коллектора. В более простых квадрокоптерах используются классические коллекторные двигатели, на валах которых установлены лопасти, создающие нисходящий поток воздуха.

Умная начинка

По мнению экспертов в области аэродинамики, в настоящее время даже такой тяжелый предмет, как кирпич, может подняться в воздух. И квадрокоптер является ярким примером этого понятия. Управление данной моделью полностью зависит от электроники. Без него добиться предсказуемого поведения летательного аппарата в воздухе было бы неразрешимой задачей.

Важнейшую роль в функционировании электронной системы управления квадрокоптера играет гироскоп. Этот датчик отвечает за определение крена летательного аппарата в воздухе. Его показания используются для регулирования работы двигателей, обеспечивая тем самым устойчивость коптера в полете. Современные гироскопы способны определять изменения положения конструкции по всем шести степеням свободы.

Другие датчики системы играют важную роль. Именно эти датчики обеспечивают удобное управление летательным аппаратом и полезный функционал.

  1. Акселерометр играет важнейшую роль в контроле смещения дрона. С помощью системы контроля ускорения дрон способен зависать в определенной точке, заданной оператором, сохраняя при этом высоту полета. Высокотехнологичные модели могут даже отслеживать смещение, вызванное ветром, и возвращаться в исходное положение.
  2. Барометр — чрезвычайно полезный датчик для дронов с хорошей высотой подъема и автономностью. Оператору нужно только задать желаемую высоту полета (минимальную или максимальную) или зависнуть.
  3. Сонар. Комбинация ультразвукового излучателя и приемника, которая встречается в моделях высокого класса, эффективно минимизирует риск несчастных случаев. Дрон способен автономно управлять процессом посадки, избегать препятствий и останавливаться перед стенами. Сонар также может работать в паре с акселерометром для точного измерения высоты зависания.
  4. GPS-модуль. Эта функция обычно встречается в специализированных или премиальных дронах для отдыха. Используя сигналы от этого датчика, дрон может определить свое точное местоположение. Оператор может запрограммировать траекторию полета, создать режим патрулирования и многое другое.
  5. Камера. В настоящее время спрос на подобные устройства неуклонно растет. Передовые камеры с эффективным энергопотреблением обеспечивают отличную четкость изображения. В зависимости от ценового диапазона квадрокоптера, доступны различные функции. Воздушная камера может иметь фиксированный обзор вперед или быть оснащена универсальной функцией поворота и автофокуса.

Каждый бит информации, полученной от датчиков, анализируется центральным процессором. Большинство надежных производителей дронов разрабатывают свои собственные решения. В бюджетных дронах устанавливаются базовые чипы, а вся программа жестко закодирована, что исключает возможность ее модификации.

Модели премиум-класса оснащены флэш-памятью. Пользователь имеет возможность в определенной степени программировать дрон, настраивая модели поведения, траектории полета и дополнительные параметры.

Управление коптером

После того как устройство и полет квадрокоптера были подробно описаны, необходимо обратить внимание на оператора. Летательный аппарат требует управления, и очень важно, чтобы оно было комфортным, удобным и точным. Сегодня операторам доступны многочисленные опции.

  1. Радиоуправляемый пульт позволяет регулировать высоту и поворот дрона, но не имеет возможности обратной связи. Это устройство оснащено двумя отдельными джойстиками для управления высотой и поворотами соответственно. Кроме того, на дроне предусмотрены различные функциональные кнопки, такие как зависание, автоматическая посадка и разворот. Основным преимуществом этого радиопульта является большой радиус действия, а недостатком — возможность перехвата или глушения сигнала.
  2. Для управления дроном требуется смартфон, и управлять им можно только в радиусе действия WiFi передатчика. Радиус действия обычных смартфонов составляет до 100 метров без каких-либо препятствий на пути сигнала. Однако если в зоне полета есть стабильный прием беспроводной сети от глобальных интернет-провайдеров, дальность управляемого полета дрона может быть неограниченной. Кроме того, программы управления со смартфона могут принимать видеосигнал с камеры квадрокоптера.

Важно отметить, что специализированные беспилотники имеют собственные программные комплексы, которые позволяют обеспечить максимальную обратную связь. Эти комплексы не только позволяют создавать расписания полетов и описания заданий, но и предоставляют данные об их выполнении в режиме реального времени. Кроме того, они способны отображать прямую трансляцию с камеры дрона.

На современном рынке можно без труда приобрести дроны различных классов. Они варьируются от недорогих игрушек размером с ладонь, предназначенных для развлечений в помещении, оснащенных веб-камерами и возможностью подключения к смартфону, до более дорогих, высокофункциональных моделей с возможностью переноса полезной нагрузки. Главное — точно определить необходимые задачи и быть готовым к соответствующим инвестициям.

Популярные квадрокоптеры 2024

Найти Квадрокоптер DJI Mavic Air на Яндекс Маркете

Откройте для себя DJI Mavic Air Fly More Combo по запросу на Яндекс Маркете

Изучите предложение по квадрокоптеру DJI Mavic 2 Pro на Яндекс Маркете

Купить Квадрокоптер DJI Mavic 2 Zoom на Яндекс Маркете

Купить DJI Spark Fly More Combo на Яндекс Маркете

Оцените статью
Поделиться с друзьями
Appliances-Expert.com
Добавить комментарий