Основы принципа работы
К одним из самых простых с точки зрения конструкций летательных аппаратов относят квадрокоптеры. Стандартная компоновка предполагает наличие 4 электрических двигателей, на каждом из которых закреплён свой воздушный винт. Подъёмная тяга создаётся вращением винтов, два из которых работают по часовой стрелке, а два в противоположенном направлении.
С точки зрения аэродинамики квадрокоптер совершенно нестабильное летательное средство. Отсутствие крыльев требует от встроенного компьютера, чтобы он стабилизировал положение дрона исключительно воздушными винтами. Замедляя или ускоряя часть из них, можно добиться поворота, ускорения или замедления полёта. А стабилизируя работу всех одновременно — добиться зависания в конкретной точке. Ускорение происходит по следующему принципу: передние два двигателя немного замедляют свою работу, чтобы аппарат немного накренился вперёд. Одновременно с этим задние моторы резко ускоряются. Квадрокоптер стремительно набирает скорость и движется вперёд. Поворот происходит по похожему принципу, только на этот раз замедляются и ускоряются боковые моторы.
Разнообразие мультикоптеров
На данный момент промышленность производит очень большое разнообразие коптеров. Но их можно разделить на несколько категорий: — трикоптеры, имеют всего 3 рабочих мотора; — классические квадрокоптеры; — гексакоптеры с увеличенным количеством винтов до 6; — самые сложные и тяжёлые октокоптеры, могут похвастать 8 двигателями.
Зачем так много электрических моторов? Всё в надёжности конструкции, пока она находится в воздухе. Для примера можно посмотреть видео, где тяжёлый октокоптер в рабочими 5 двигателями без негативных последствий совершает посадку на ровную площадку. Гексакоптер при тех же условиях с единственным вышедшим из работы двигателем совершит аварийную посадку с минимальными повреждениями. Остальные модели просто рухнут с высоты.
Из чего состоит квадрокоптер?
На самом деле даже небольшой летательный аппарат состоит из множества важных и ответственных деталей. Но, для простоты понимания конструкцию можно разделить на следующие составляющие: — радиоприёмный и принимаемый блок управления; — электрическая батарея; — компьютер или контролер полёта; — рама с электрическими моторами; — направленные воздушные винты; — регуляторы скорости вращения винтов.
Стоит подробнее разобрать некоторые из компонентов, чтобы иметь полное представление о работе летательного аппарата. Так, полётный контроллер – компьютеризированное устройство, способное самостоятельно выполнять все тонкие функции по стабилизации полёта. Каждую секунду контроллер обрабатывает невероятное количество информации, поступающей со множества датчиков. К стандартным датчикам смело можно отнести следующие: датчик давления атмосферы контролирует высоту полёта; магнитный компас, помогающий ориентироваться в пространстве; гироскоп, удерживающий горизонтальное положение и другие, не менее важные датчики угловых скоростей.
Как происходит управление
Большинство датчиков радиоуправления, через которые происходит управление коптером, работают на стандартной для них частоте 2,4 ГГц. Полученные команды от передающего устройства встроенным компьютером обрабатываются и передаются на электрические двигатели. Но делает он это не напрямую, а через специально созданный регулятор оборотов. Современные модели имеют и другие дополнительные полезные функции: встроенные датчик GPS, помогающий очень точно определить положение квадрокоптера, встроенная видеокамера, передающая изображение на планшет, мобильный телефон или специальный шлем пилота. Сама камера имеет стабилизацию, защищающую от вибрации, создаваемой воздушными винтами во время совершения резких манёвров, чтобы видео картинка всегда оставалась максимально стабильной и качественной на экране.
Качественные модели летательных аппаратов имеют специальные датчики, помогающие коптеру не сталкиваться с препятствиями, и безопасно их облетать.
Мирное использования беспилотников
Совсем недавно в Дубае прототип беспилотного такси Ehang 184 смог доставить своего первого пассажира в заранее указанное место. Запаса хода хватает всего на 30 минут полёта. Но рабочая модель доказала, что в будущем такие беспилотные модели смогут частично заменить наземный транспорт. Управление происходит полностью автоматически, человеку необходимо только указать место посадки на встроенном планшете.
Самое перспективное направление для дронов это хозяйственная деятельность. Они способны намного быстрее собирать необходимую информацию из воздуха, контролировать состояние растений в любой части поля, показывать текущую ситуацию на оживлённых участках дорог. Помогать в слежке за миграцией диких животных и быстро находить потерявшиеся суда в открытом море или океане.
Развлекательная сфера уже стремительно завоевала своих любителей простых в управлении летательных средств. Так в 2020 году планируется провести первые в мире официальные гонки на квадрокоптерах. Чаще всего это самостоятельно собранные модели или доработанные промышленные образцы, способные развить скорость до 150 км/ч на открытых участках.
Профессиональная и любительская съёмка с квадрокоптера популярна практически по всему миру. Человеку стали доступны далёкие достопримечательности с высоты птичьего полета. Качество фото и видео техники позволяет использовать отснятый материал даже в фильмах.
Грузоперевозки на дронах превратились из разряда фантастики во вполне реальное событие. Ещё в 2016 году компания Amazon успешно протестировала такой способ доставки посылок. А на данный момент беспилотники Draco-2 уже могут поднять в воздух и перемещать грузы общим весом до 2 тонн.
Военное использование беспилотников
Конечно, технологии беспилотных летательных аппаратов не могли миновать вооруженные силы разных стран мира и уже довольно давно используются для решения боевых задач. Большинство из них связано с разведкой, для обеспечения охраны войск. Однако примерно четверть от общего числа заданий — задачи по боевому поражению. По своему функционалу БПЛА, по крайней мере на сегодняшний день, не способны полностью заменить авиацию, однако органично дополняют и расширяют ее функционал.
Военные дроны серьезно отличаются от бытовых квадрокоптеров. Например, тяжелый стелс-беспилотник «Охотник», который проходит испытания в российской армии выполнен как «летающее крыло» с реактивным двигателем. Его взлетная масса составляет более 20 тонн, а по размерам он сопоставим с современным боевым самолетом.