Что такое квадрокоптер?

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 (принцип работы)

Полезное видео на тему: «Принцип работы квадрокоптера»

Квадрокоптеры с дальностью полета 5000 м

В этой категории представлены недорогие беспилотники, которые все же сильно превосходят стандартные квадрокоптеры по дальности полета и могут удовлетворить потребности профессионалов.

Yuneec Typhoon H

Это дорогая модель по сравнению с 3DR. В комплекте идет камера, способная снимать в 4K, а система крепления обеспечивает обзор на 360 градусов. Радиус действия квадрокоптера – до 1600 м, максимальная скорость – 70 км/ч, а время полета – 25 минут. Характеристики достойные, поэтому и цена дрона немалая – от 100 тысяч рублей.

GoPro Karma

Компактный аппарат, который не похвастается высокими характеристиками: дальность действия – до 1000 м, максимальная скорость – 54 км/ч, а время полета – до 20 минут. Karma адаптирован только для экшн-камер GoPro. В пульт управления дроном встроен пятидюймовый экран. Стоимость аппарата – от 100 тысяч рублей, что некоторые считают необоснованным, однако GoPro Karma отлично подойдет для новичков, благодаря простому управлению.

За покупку дронов, летающих на такие большие расстояния, придется отдать немалую сумму. Решение о покупке стоит обдумать и взвесить. Такие квадрокоптеры покупают люди, четко понимающие для каких целей нужен столь дорогой аппарат.

Выбор дроны с дальностью в 5 км небольшой. На рынке в этой категории безоговорочно лидирует компания DJI, которая представляет следующие модели:

1. DJI Phantom 4
2. DJI Phantom 4 Pro
3. DJI Inspire 1

Phantom 4

Самый простой дрон из списка. Приобрести его можно примерно за 110 тысяч рублей. И он стоит этих денег, потому что способен летать практически до получаса и развивать скорость в 72 км/ч. Камера, входящая в стоимость, снимает в разрешении 4K, а стабильность и плавность изображения обеспечит специальная система крепления камеры.

Phantom 4 Pro

Модификация предыдущей модели. Цена выше не на много – на 10-15 тысяч рублей. Покупатели переплачивают за дополнительную камеру, направленную назад, и за боковые инфракрасные датчики. Благодаря этим изменениям, столкновения с препятствиями практически невозможны. Phantom 4 Pro имеет датчики внизу, которые контролируют высоту полета и поверхность под летательным аппаратом.

DJI Inspire 1

В отличие от предыдущих моделей в Inspire 1 подвес и камера заменяемые. Его предельная скорость такая же – 72 км/ч, а вот время полета ниже – 15 минту. Назвать более-менее точную стоимость не получиться, потому что этот дрон продается в разных комплектациях. Пределы ценового диапазона – 110-180 тысяч рублей. Чаще всего в комплекте идут камеры Zenmuse X3, но беспилотник также поддерживает X5.

В этом разделе представлены модели для самых требовательных покупателей. В этой категории компания DJI конкурирует с двумя сильными моделями.

Но практически все комплектующие надо будет или заказывать индивидуально, что выйдет очень дорого, или же делать самостоятельно, а это может осилить крайне ограниченное количество людей по всему миру. В целом, даже квадрокоптер с дальностью полета в 50 км также реален, но вся проблема упирается в комплектующие.

Найти все это в свободной продаже, да ещё и так, чтобы комплектующие мощно было хоть как-то установить на самодельный коптер – сложная задача. Рекомендуется попросить помощи у специалистов, работающих в этом направлении. Многие люди готовы помочь, особенно когда они могут поучаствовать в настолько глобальной и сложной задаче, ведь мало управлять летательным аппаратом, надо чтобы и действие камеры квадрокоптера также распространялось на требуемый радиус.

Какие бывают?

В настоящее время рынок бытовых беспилотников предлагает огромное количество мультикоптеров (дронов), но в целом их можно разделить на три большие группы: Для Новичков/Любительские/Профессиональные.

Для новичков – подходят как детям, так и взрослым с целью первого ознакомления и обучения. Как правило, оснащены микропроцессором,  6-осевым гироскопом и простейшим барометрическим сенсором для обеспечения удержания высоты.

Любительские – для пилотов уже имеющих опыт владения БПЛА. Больше подходят для конкретного применения. Например для аэросъемки, либо для спортивных состязаний, таких как дрон-рейсинг. Дроны этой группы могут иметь автономные функции полёта и съёмки.

Профессиональные – подходят исключительно для опытных пилотов, которые используют возможности мультикоптеров (дронов) в профессиональной сфере. Например, профессиональная фото и видео съёмка, геодезия, мониторинг угодий, трафика, в спасательных операциях и т.д. В большинстве случаев дроны имеют автономные функции полёта и съёмки. Электронная начинка собирается из высокоточных современных систем обеспечивающих удаление на большие расстояния, а питание позволяет проводить значительно большее времени в полёте. Характерным отличием таких мультикоптеров является их цена.

Для более полного ознакомления с беспилотными системами рекомендуем тему «Что такое дрон?».

Виды квадорокоптеров по используемым источникам питания

Квадрокоптеры на бензиновой основе

Квадрокоптеры с двигателями внутреннего сгорания решают одновременно два главных вопроса в литий-ионных аккумуляторах. Продолжительность полета в такой разновидности при некоторых обстоятельствах может достигать солидных трех часов. Более того, топливные запасы для таких двигателей можно пополнять в любые моменты, причем всего лишь нескольких минут.

Однако о компактности в таких случаях можно позабыть, поскольку бензиновые двигатели обладают внушительной массой и габаритами. Но самым основным недостатком в таких летательных аппаратах является оглушительный шум, который издают двигатели в процессе перерабатывания ими топлива. Кроме того, в случае авиакрушения, да еще в неблагоприятной обстановке, может образоваться потенциальная опасность для окружающих, поскольку бензин является легко воспламеняемым веществом.

Квадрокоптеры на гибридной основе

Такая разновидность квадрокоптеров обладает на своих бортах одновременно двумя двигателями — бензиновым и электрическим. Каждый из них занимается выполнением своих ролей в полете. Так, двигатель внутреннего сгорания занимается набором высоты и скоростью. Тогда как электрическому двигателю остается заниматься маневренностью и поворотами.

Квадрокоптеры на водородной основе

Такая разновидность дронов была разработана не так давно. Да и вообще чрезвычайно малая численность компаний занимается разработками квадрокоптеров на водородных топливных элементах.

Квадрокоптеры такого типа собрали все достоинства других моделей. Среди них долгая продолжительность полета (приблизительно четыре часа), а также быстрая дозаправка топливом. Кроме того, они не издают излишних шумов и не вредят окружающей среде как в случаях с бензиновыми квадрокоптерами. Единственным недостатком, присущим этим аппаратам, является их колоссальная стоимость, которая может отпугнуть большую часть потенциальных покупателей.

Квадрокоптеры на солнечных батареях

Такая разновидность квадрокоптеров практически ничем не отличается от обычных. В них также имеются литий-ионные аккумуляторы, но с добавлением солнечной панели. Теоретически такие летательные аппараты должны быть фаворитами среди прочих дронов, поскольку они обладают практически неограниченной длительностью полета, и нет необходимости все время их дозаряжать.

Причина популярности

С учетом такой шумихи вокруг подобных устройств многие удивляются почему некоторые люди готовы инвестировать сотни и тысячи долларов в небольшие летающие машины. Грубо говоря, применение их в развлекательной и туристической индустрии просто неограниченны.

Каждый, кто касается работы в кинопроизводстве, фотоиндустрии и даже продаже недвижимости, теперь должен обзавестись своим собственным квадрокоптером, чтобы иметь возможность предложить клиенту отснятый фото и видео материал.

Владельцы ресторанов также пришли к тому, что производят подачу своих блюд клиентам квадрокоптерами вместо использования обычных официантов, ведь они могут доставлять еду или небольшие грузы на отдаленные расстояния менее, чем за 15 минут.

Их также используют журналисты, которые с их помощью создают невероятно реалистичные репортажи из зон стихийных бедствий и военных конфликтов без неоправданной опасности для собственной жизни.

Спортивные фанаты следуют их примеру и также снимают видео любимых игр с уникальных точек обозрения, а некоторые из них умудряются даже заработать на подобных материалах.

Главное в этих устройствах то, что их стоимость снижается изо дня в день. Еще недавно любительский дрон можно было купить за 60 USD, а профессиональный за 3000 USD, в то время как сейчас подобные модели можно купить уже за полцены. Поэтому следить за обновлениями на рынке особенно увлекательно.

Кроме того, при желании можно самостоятельно собрать дома аналогичную конструкцию. Для этого необходимо лишь обзавестись соответствующей инструкцией и комплектующими деталями, в чем поможет интернет. Это в свою очередь позволит существенно сэкономить средства.

Как работает и летает квадрокоптер

Принцип работы квадрокоптера довольно простой. Двигатели в количестве четырех штук и более, расположенные на лучах рамы аппарата, создают при включении подъемную силу, и дрон отрывается от земли. Режимов действия у моторов предусмотрено несколько:

• одновременный запуск всех двигателей — непосредственно для взлета;
• наклон в стороны — скорость вращения левой или правой пары моторов при этом меняется;
• снижение оборотов двигателей для уменьшения подъемной силы, в таком режиме дрон идет на посадку;
• набор скорости достигается за счет изменения вращения задней или передней пары моторов.

В целом схема устройства дрона очень похожа на вертолетную. Но если большая летательная машина маневрирует за счет наклона вала лопастей, то коптер изменяет положение в пространстве благодаря разнице воздушных потоков по бокам. Для вращения на месте нужно уменьшить обороты одной из пар двигателей, в таком случае возникнет обратный момент, и вся конструкция сможет закрутиться вокруг оси.

Чем меньше лопастей у винтов дрона, тем он быстрее

Как работает квадрокоптер с камерой

Наибольший интерес представляют дроны со встроенной или подвесной камерой, их возможности самые широкие. По внутреннему устройству такие аппараты практически не отличаются от простейших моделей. Разница состоит в том, что в основном блоке на силовой раме предусмотрен еще и небольшой видеодатчик либо крепления для фиксации внешней фототехники.

Камеры дронов из разных ценовых категорий отличаются по возможностям. Речь идет не только о качестве изображения, но и о функционале. Например, дорогие камеры оснащаются настраиваемым фокусом, а также поворотным механизмом. Их можно направлять в разные стороны, при этом не меняя положение самого дрона в пространстве.

Передавать видео и фото в реальном времени дроны могут на небольшое расстояние до 1 км

Бюджетные коптеры с камерой отправляют фото и видео непосредственно на мобильное устройство оператора. Более дорогие модели поддерживают карты памяти, позволяющие не только сохранять изображения, но и программировать маршрут и схему поведения дрона.

Совет! Если нужен квадрокоптер с камерой для проведения профессиональной съемки, лучше выбирать устройство с внешней фототехникой на подвесе.

На какой частоте работает квадрокоптер

Почти все дроны поддерживают управление через радиопульт. Существует несколько типов передатчиков и приемников и основных частот:

1. 900 Мгц. Дрон не сможет улететь далеко т владельца, но при этом сигнал без затруднений пройдет через препятствия на коротких расстояниях. Связь не потеряется, если между оператором и коптером окажутся деревья.
2. 1,2 Ггц. Такие дроны предназначены для полетов на длинные дистанции. Сигнал также легко проходит через препятствия и твердые предметы, антенна на пульте в случае поломки легко поддается ремонту и замене.
3. 2,4 Ггц. Через плотные объекты сигнал проходит плохо — связь может прерываться. Но при этом отпускать дрон можно на расстояние около 1 км и больше. Главное, проводить полеты на открытой местности без близко расположенных строений и деревьев.

Как правило, при покупке коптера приходится выбирать между дальностью и качеством сигнала. Чем шире радиус действия дрона, тем выше вероятность, что связь с ним прервется при возникновении на пути каких-либо препятствий.

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.

Будущее беспилотных перевозок

В настоящее время разработчики стремятся к созданию целой авиационной системы, которая будет способна обеспечить круглосуточную транспортировку людей со средним достатком. По сути, речь идет о внедрении новой разновидности общественного транспорта.

Также в этом контексте речь может идти о расширении и модернизации транспортно-служебной инфраструктуры в большинстве развитых стран мира. Такие перспективы видятся вполне реальными в ближайшие 10 лет для экономически развитых государств. В частности, речь идет о Китае, США, Японии, России, ОАЭ и пр.

https://youtube.com/watch?v=Hy3oXxBvDPc

Если вы нашли этот обзор захватывающим, полезным и интересным, поделитесь им с друзьями и знакомыми в соцсетях. Также приглашаем вас подписаться на наши обзорные циклы и следить за актуальными, интересными событиями в мире гражданской авиации. До новых встреч!

Виды управления

Квадракоптер имеет различные способы управления, чаще используется пульт. В зависимости от модели аппарата, пульт бывает разных размеров и формы, однако абсолютно все пульты имеют два рычага, с помощью которых устанавливается скорость и направление полета квадрокоптера. Для регулировки поведения беспилотника в воздухе, на пульте имеются специальные кнопки – триммеры. Рассмотрим основные варианты возможного управления.

Использование смартфона при управлении беспилотника

Смартфон позволяет контролировать воздушную обстановку. Для этого на держатель пульта устанавливается гаджет, на экране которого отображается обстановка полета дрона, такая комбинация используется в режиме FPV.

Возможность установки специального мобильного приложения позволит отказаться от управления пульта полностью, обмен данными обеспечивается стабильной связью WiFi. Такой метод позволяет отображать на экране смартфона видео с бортовой камеры беспилотника, в режиме реального времени. Безусловным плюсом такого управления будут низкие затраты на комплект, но число подзарядок мобильного устройства значительно вырастит.

Управление с помощью G-сенсор смартфона

Управление таким способом позволяет изменять движение дрона с помощью наклона мобильного устройства. В процессе взаимодействия гаджета с квадракоптером происходит отслеживание пространственной ориентации, что позволяет переводить беспилотник в аналогичное положение смартфона.

Дистанционный пульт управления

Наличие встроенного экрана в пульте, позволяет отслеживать всю воздушную обстановку без применения гаджетов. Этот способ управления является самым удобным, но встречается у более дорогих моделей.

5 Xiaomi MiTu Minidrone 720p

• Размеры: 91х91х38 мм
• Разрешение видеосъемки: 720р
• Время полета: до 10 мин.

С точки зрения съемки здесь никаких суперспособностей: те же 720р и жестко вмонтированная в корпус камера. Управление — через Wi-Fi и смартфон, но есть нюанс: поддерживается диапазон 5.8 ГГц. Можно управлять и с помощью Bluetooth-геймпада, но радиус полета будет сильно ограничен.

Квадрокоптер имеет автоматические режимы взлета, посадки и удержания высоты. Если найдете еще одного владельца MiTu Minidrone, не забудьте опробовать режим воздушного боя: чтобы победить, нужно подлететь к сопернику сзади и «выстрелить». Вполне подходящий вариант для тех, кто хочет полетать в собственное удовольствие и ищет для этого квадрокоптер с камерой, хороший и недорогой.

Какие проблемы мешают развитию беспилотных перевозок сегодня?

В настоящее время к числу наиболее существенных проблем технического характера можно отнести поиск новых технологий АКБ высокой мощности. В идеале такие батареи должны иметь оптимизированное соотношение собственного веса к емкости, а также долговечности и токоотдаче. Пока что современные коптеры для человека способны летать до 23-25 минут на максимальной скорости 130 км/ч, что специалисты считают неплохим, но не удовлетворительным показателем.

Другая проблема заключается в организации. В большинстве мировых государств действуют очень жесткие правила в отношении воздушного транспорта и его эксплуатации. Эти правила были определены и закреплены в законодательстве большинства стран в соответствии с требованиями к безопасности и антитеррористическим законодательством.

По сути, это две основные проблемы глобального масштаба, которые хоть и ограничивают, но не пугают разработчиков инновационных воздушных систем для перевозки людей. В последние годы такие беспилотники стали предметом активного изучения и внедрения во многих странах мира. В этом отношении не отстают и отечественные конструкторы.

Безопасность

Это один из ключевых вопросов, которым разработчики крупногабаритных коптеров уделяют особое внимание. Конструкция мини-квадов, как показала практика, обеспечивает ему прекрасные летные характеристики

Даже при сильных столкновениях или внезапном падении добротно собранные квадрики на радиоуправлении сохраняют свою целостность.

В их более крупных аналогах для человека планируется внедрить компенсаторные антиаварийные механизмы, которые снизят риски падений, а также получения существенных повреждений и травм пассажиров при нештатных ситуациях.

Кроме того, совершенствующееся из года в год ПО исключит человеческий фактор, автоматизируя полеты, составляя быстрые и безопасные маршруты, и обеспечивая адекватную ситуации реакцию коптера.

Разработка специальных полетных контроллерных плат и средств управления идет полным ходом. Центральный процессор, интегрированный в такие платы, будет способен обрабатывать множество задач одновременно и контролировать различные летные параметры в реальном времени.

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.

Выводы

Среди миниатюрных квадрокоптеров наш выбор остановился на Syma X11C. Он привлекает своей дешевизной и установленной на борту видеокамерой. Звание лучшего квадрокоптера c камерой на борту поделили между собой Phantom 4 Pro, Mavic Pro и Inspire 2 от компании DJI. У этих моделей впечатление от качества съемки усиливается обилием интеллектуальных режимов. Лучшим дроном для гонок мы считаем Walkera F210. Эта модель выделяется способностью совершать полет в перевернутом положении. Лучшее соотношение цены и качества демонстрирует французская модель Parrot Bebop 2. Надеемся мы помогли вам и ответили на вопрос какой квадрокоптер лучше.

mykvadrocopter.ru

Вас приветствует команда mykvadrocopter.ru! Наше хобби — дроны. Здесь мы описываем их модели, характеристики, делимся новостями и выкладываем инструкции по применению. Вступайте в наше сообщество любителей дронов в Контакте.