Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен?

Людей всегда влекло к себе небо. Однако летательные аппараты, которые поднимают в воздух современного землянина, – это не совсем то, о чем он мечтает. Говорят, что в будущем человек настолько изменится, что научится левитации, а пока…

Впрочем, если уж не летать, то увидеть мир сверху и даже запечатлеть увиденное сегодня вполне реально. Это стало возможным благодаря мультикоптерам – дистанционно управляемым вертолетам с несколькими винтами. На таких устройствах устанавливаются мини-камеры, благодаря чему можно видеть землю с высоты, ощущая всю прелесть полета, и при этом вести съемку.

Квадрокоптер (коптер, квадролет) — 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.

Квадрокоптер DJI Mavic Air Fly More Combo
Квадрокоптер DJI Mavic Air Fly More Combo

Принцип действия квадрокоптера

Давайте разберемся с принципом действия подробнее. Квадрокоптер — это аэродинамически абсолютно нестабильный аппарат. Стабильным его полет делает бортовой компьютер или полетный контроллер.
Для того, чтобы дрон накренился, необходимо, чтобы два двигатели 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).

Как перемещается квадрокоптер
Как перемещается квадрокоптер (принцип работы)

Полезное видео на тему: «Принцип работы квадрокоптера»

Из истории создания квадрокоптеров

Своим появлением квадрокоптер (квадрон, как называли его в первой половине XX века) обязан российскому авиаконструктору Георгию Александровичу Ботезату. Правда, профессор Петроградского университета создавал его в США, где он тогда жил и трудился. Работу ученого финансировали ВВС Соединенных Штатов. В то время американцы планировали создание летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой. Изобретение Батезата пришлось как нельзя кстати.

В 1922 году появился первый квадрон, который не только поднялся над землей и оставался какое-то время в воздухе, но и поднял груз весом более четырехсот килограммов. Однако гениальное изобретение профессора Батезата оказалось преждевременным. В те годы на летательных аппаратах использовались лишь двигатели внутреннего сгорания, а потому на квадрон можно было «посадить» всего один мотор, который передавал крутящий момент всем четырем винтам посредством довольно сложной трансмиссии. К тому же аппарат мог летать только при наличии попутного ветра. Поэтому предпочтение в конце концов было отдано вертолету с дополнительным хвостовым винтом.

Первый квадрон - предшественник квадрокоптера
Первый квадрон — предшественник квадрокоптера

Время квадрокоптеров наступило лишь в XXI веке, когда они (мультикоптеры, дроны, беспилотники, БПЛА) стремительно вошли в нашу жизнь и стали широко применяться не только в армии или для иных государственных нужд, но и в быту. Благодаря уникальным возможностям и ценовой доступности «карманные» квадрокоптеры используются сегодня для съемки различных мероприятий, а также для «присутствия» в таких местах, куда человеку практически невозможно добраться.

Виды мультикоптеров

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;
  • Трикоптер
    Трикоптер
  • гексакоптеры – 6 винтов;
  • Гексакоптер
    Гексакоптер
  • октокоптеры – 8 винтов.
  • Октокоптер
    Октокоптер
Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен?

Чем обусловлено количество моторов на квадрокоптерах?

Во–первых безопасностью: при выходе из строя одного винта или мотора квадрокоптер рухнет на землю и разобьётся, гексакоптер сядет с минимальными повреждениями, октакоптер – 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 требуются батареи большей емкости.

На современных БПЛА применяются электромоторы двух типов — бесколлекторные и коллекторные. Последними оснащаются в основном бюджетные (самые дешевые и доступные) варианты моделей, профессиональные же дроны укомплектованы более дорогими и надежными бесколлекторными двигателями.

Виды современных моторов квадрокоптеров
Виды современных моторов, используемых
на квадрокоптерах

Из каких элементов состоят квадрокоптеры?

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.

Схема подключения квадрокоптера

Полетный контроллер — это мозг вашего аппарата, 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 со множества различных устройств и самостоятельно принимать решения о выборе наиболее оптимальной траектории полета, а также избегать столкновения с препятствиями. Такие контроллеры установлены на DJI Mavic Pro и DJI Spark.

Полетный контроллер

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).

Пульт управления квадрокоптером DJI Mavic Air Fly More Combo
Пульт управления квадрокоптером DJI Mavic Air Fly More Combo

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 квадрокоптером.

Познакомьтесь также с простейшей схемой устройства современного квадрокоптера:

Модули квадрокоптеров
Модули квадрокоптеров

Дополнительные модули

Современные модели помимо основных модулей содержат ряд вспомогательных таких 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
  • датчики контроля высоты и облета препятствий
  • Wi-Fi и Bluetooth модули
Сенсорные датчики DJI mavic Air
Сенсорные датчики DJI mavic Air

Различные расширения

Для чего нужен квадрокоптер

Активное развитие и внедрение коптеров 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.
Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен? Что такое квадрокоптер? Как он устроен и зачем нужен?

Рынок бытовых квадрокоптеров

Несмотря на огромное разнообразие бытовых беспилотников, их можно разделить на три основные группы:

  • Квадрокоптеры для новичков. С ними легко справляются даже дети, отчего такие БПЛА нередко называют игрушками. Однако данные гаджеты хорошо подходят и для взрослых, только начинающих осваивать дроны. Эти аппараты обычно имеют микропроцессор, в обязательном порядке — 6-осевой гироскоп, а также простейший барометрический сенсор (для удержания высоты);
  • Любительские мультикоптеры. Их, как правило, приобретают уже опытные специалисты, которым дроны нужны для решения конкретных задач, скажем, для съемки свадеб, организации воздушных состязаний и так далее. Такие беспилотники обычно оснащены автономными функциями полета и съемки;
  • БПЛА для профессионалов. Предназначены, как нетрудно догадаться, для использования в профессиональной сфере, и управляют ими только опытные пилоты. С помощью этих устройств выполняются спасательные операции, сложная аэросъемка, мониторинг земельных угодий и многое другое. Обладая всеми основными функциями, присущими современным мультикоптерам, такие аппараты оснащены высококачественными видеокамерами, отличной электронной начинкой, емкими аккумуляторами, что обеспечивает дальность полета и качественную съемку. Правда, и стоят профессиональные беспилотники соответственно.

Рекомендации по покупке квадрокоптера

Популярность дронов сегодня растет лавинообразно. Многие люди приобретают их просто для видео-селфи, которые можно выложить в Интернет, чтобы удивить и порадовать своих подписчиков в соцсети.

Сразу предупредим: при покупке беспилотника не соблазняйтесь его слишком низкой ценой. На современном рынке много подделок, которые стоят сравнительно дешево, но ведь и небольшую сумму жалко «выбросить на ветер».

Лидерами по оптимальному соотношению цены и качества являются сегодня квадролеты китайской фирмы DJI. Выбрать можно как профессиональные дроны (скажем, DJI Phantom 4 Pro), так и более простые, но очень качественные модели (к примеру, DJI Mavic Air). Цены на них сравнительно высоки, но можно быть уверенным: потраченные деньги окупят себя с лихвой. Большинство впечатляющих видео, которые вы смотрите на видеохостингах Интернета, сделаны как раз с помощью коптеров компании DJI.

При выборе конкретной модели нужно исходить из тех задач, которые вы хотите решать с помощью БПЛА. Например, видео с беспилотника может передаваться в режиме реального времени или же записываться на флеш-память. Первый вариант, разумеется, предоставляет куда больше возможностей по видеосъемке и видеомониторингу.

Дроны различаются и по количеству каналов управления: чем их больше – тем лучше. Новичкам посоветуем обратить внимание на наличие такой полезной функции гаджета, как Headless Mode, благодаря которой не нужно задумываться, где у квадрокоптера перед, а где зад.

Квадрокоптер
Квадрокоптер

Предпочтительнее также выбрать БПЛА с гироскопом: этот миниатюрный датчик контролирует положение дрона во время полета, обеспечивая ему завидную устойчивость, особенно при сильном ветре. В данном случае коптер просто зависает, благодаря чему уменьшается риск сноса его в сторону и столкновения с препятствием.

И, конечно же, огромное значение для любого дрона имеют дальность полета и продолжительность нахождения в воздухе.

Подборки лучших квадрокоптеров в различных ценовых диапазонах

Прежде чем сделать выбор и купить конкретную модель, рекомендуем ознакомиться с квадрокоптерами в разных ценовых категориях.

На нашем сайте представлены цены на квадрокоптеры во всех популярных диапазонах: от 1000 руб. до 1 млн. руб. Выбрать интересующий вас порог стоимости коптера вы можете в соответствующем разделе по ссылке, либо нажав на кнопку «Цены» в верхнем меню сайта.

Ниже представлены ссылки на подборки квадрокоптеров не выше определенной стоимости:

Можно ли собрать квадрокоптер самостоятельно?

Обычно такую задачу ставят перед собой опытные специалисты, которых не устраивает дальность полета дрона, продолжительность его нахождения в воздухе или другие параметры. В этом случае мастер либо начинает модернизировать купленный мультикоптер, либо рискует собирать квадрокоптер самостоятельно – с нуля (благо современный рынок запчастей позволяет приобрести практически все, что для этого нужно).

Для такого занятия требуются знание электроники и устройства беспилотников, профессиональные навыки пайки. Не помешают усидчивость и терпение, поскольку подобная работа может занять несколько месяцев.

Но, даже обладая всеми перечисленными качествами, стоит серьезно подумать, прежде чем приступить к выполнению этой нелегкой задачи. Ведь перед вами могут встать непреодолимые препятствия в виде несовместимости компонентов, невозможности что-то достать и так далее. Как утверждают опытные пользователи БПЛА, проще, надежнее и даже выгоднее (не стоит забывать о гарантии на коптер) все-таки купить дрон. А если что-то в нем не устраивает, можно в крайнем случае сделать апгрейд гаджета.

Малые БПЛА и современное российское законодательство

Беспилотники – отнюдь не безобидные игрушки. Используя их, например, можно намеренно и незаметно следить за человеком или же случайно создать аварийную ситуацию в городе. По этой причине, приобретая дрон, нужно знать следующее:

  • мультикоптеры весом от 250 граммов (без уточнения назначения аппарата) подлежат обязательной регистрации, при этом у пользователя должна быть соответствующая полетная лицензия. В дальнейшем планируется снабжать каждый дрон специальной RFID-меткой, которая позволит оперативно осуществлять контроль за его использованием;
  • необходимо каждый раз получать разрешение на БПЛА-пилотирование в определенных случаях, например, во время демонстрации;
  • запрещено запускать беспилотники над закрытыми объектами, а также поднимать их на высоту более 150 метров;
  • мультикоптеры весом свыше 30 килограммов приравниваются к частным самолетам, а потому постановка их на учет отвечает требованиям гражданской авиации. Владельца такого аппарата могут, к примеру, лишить права управлять им по причине судимости или пристрастия к наркотикам.

Использование дрона без разрешительных документов может привести к солидным штрафам, а в случае серьезных последствий – даже к тюремному заключению.

Имеются данные, что регистрация бытовых беспилотников будет проходить упрощенно — через Интернет, на сайте uavreg.ru. Поэтому рекомендуем посетить данный ресурс и периодически заглядывать на него в дальнейшем. Другие законы и нормативные акты о квадрокоптерах (дронах) в РФ можете почитать в нашей рубрике по ссылке.

Полезное видео на тему: «Чиновники запретили полеты квадрокоптеров без регистрации»

Заключение

Малые мультикоптеры, и в первую очередь квадролеты, становятся неотъемлемой частью жизни современного россиянина. Популярность их растет из года в год. По прогнозам аналитиков, объем мирового рынка этих беспилотников в 2035 году составит не менее 200 миллиардов долларов США, из которых свыше 40 миллиардов придется на долю России. К этому времени на руках наших соотечественников будет не меньше 100 тысяч БПЛА.

Если вы хотите ознакомиться с лучшими современным квадрокоптерами, рекомендуем вам посмотреть наши популярные обзоры:

1. Обзор и рейтинг ТОП 5 лучших квадрокоптеров с камерой в 2019 году.
2. Обзор и рейтинг ТОП 10 лучших квадрокоптеров с камерой в 2019 году.

 
Ниже представлены цены на популярные квадрокоптеры (в списке только надежные и проверенные интернет-магазины с хорошими отзывами на Яндекс.Маркете):

Нажмите на ссылку выбранного вами варианта, чтобы увидеть подробные характеристики и комплектацию квадрокоптера.




 
Полезное видео на тему: «Как научиться управлять квадрокоптером»

Смотрите также: «Что такое дрон и какие бывают разновидности?»

Будем рады вашим вопросам в комментариях ниже!