Що таке квадрокоптер, історія і сучасність, класифікація квадрокоптерів

Мультикоптер (Multicopter, багатороторний вертоліт) - це літальний апарат з довільною кількістю несучих гвинтів, що обертаються діагонально в протилежних напрямках. Двох гвинтові вертольоти до мультикоптерів, як правило, не відносять. Мультигвинтові вертольоти розроблялися ще в перші роки вертольотобудування. Перший квадрокоптер (Quadrocopter - чотирьохроторний вертоліт), який реально відірвався від землі і міг триматися в повітрі, був створений Георгієм Ботезату і випробуваний в 1922 році.
Недоліком цих апаратів була складна трансмісія, що передавала обертання одного мотора на кілька гвинтів. Винахід хвостового гвинта і автомата перекосу поклало край цим спробам. Нові розробки почалися в 1950 - і роки, але далі прототипів справа не просунулася. Нове народження мультикоптери отримали в XXI столітті, вже як безпілотні апарати. Завдяки простоті конструкції квадрокоптери часто використовуються в аматорському моделюванні. Мультикоптери мають парне (від 4 до 12) число гвинтів постійного кроку (автомата перекосу, на відміну від одно- і двохгвинтових апаратів, немає). Кожен гвинт приводиться в рух власним двигуном. Половина гвинтів обертається за годинниковою стрілкою, половина - проти, тому хвостовий гвинт мультикоптеру не потрібен. Маневрують мультикоптери шляхом зміни швидкості обертання гвинтів. Наприклад:
• прискорити всі гвинти - підйом;
• прискорити гвинти з одного боку і уповільнити з іншого - рух у бік;
• прискорити гвинти, що обертаються за годинниковою стрілкою, і уповільнити обертові проти - поворот.
Мікропроцесорна система переводить команди радіоуправління в команди двигунам. Щоб забезпечити стабільне зависання, Мультикоптер в обовязковому порядку постачають трьома гіроскопами, що фіксують крен апарату. Як допоміжний інструмент, іноді, також використовується акселерометр, дані від якого дозволяють процесору встановлювати абсолютно горизонтальне положення, і бародатчик, який дозволяє фіксувати апарат на потрібній висоті. Також, застосовують сонар для автоматичної посадки і утримання невеликої висоти, а також для обльоту перешкод. І найголовніше - GPS-приймач, що дозволяє записувати маршрут польоту заздалегідь, з комп’ютера, а також, повертати апарат в точку зльоту, в разі втрати керуючого радіосигналу, або знімати параметри польоту оперативно чи потім.
Існують також трьох- і пятигвинтові вертольоти (три- і пентакоптери). Один з моторів там розташовується на нанизаній на вісь рухомій платформі, кут повороту якої змінюється сервоприводом - так і здійснюється поворот апарату навколо своєї осі. Окремо варто відзначити експериментальні апарати :. Бікоптери, квадрокоптера із змінним кроком пропелерів, квадрокоптера з двигунами на Імпелери, проте вони не отримали якогось розповсюдження.
Для створення квадрокоптера в домашніх умовах. Для цього необхідні:
• Польотний контролер
• Рама
• гвинтокорилої група
• Пульт управління
Сучасне начиння мультикоптерів це в основному безколекторні електродвигуни та літій-полімерні акумулятори як джерело енергії. Це накладає певні обмеження на їх польотні характеристики: типова маса мультикоптера становить від 1 до 4 кг, при часу польоту від 10 до 30 хвилин (30-50 хвилин у унікальних одиничних екземплярів). Корисний вантаж середнього розміру і вантажопідйомності - від 500 г до 2-3 кг, що дозволяє підняти в повітря невелику фото або відеокамеру (зазвичай GoPro в більш дешевих моделях, або дзеркальні камери в професійних). Існують і досить великі моделі мультикоптерів, з кількістю роторів близько 6-8 (гекса і октокоптери), здатні підняти в повітря вантаж масою до 20-30 кг. Для збільшення вантажопідйомності застосовують співвісними розташування несучих роторів, що у разі гексакоптера, наприклад, дає 12 моторів і 12 пропелерів, розташованих попарно на 6 несучих променях. Швидкість польоту Мультикоптер може бути від нуля (нерухоме висіння в точці) до 100-110 км / год. Запас енергії батарей дозволяє окремим моделям Мультикоптер відлітати на відстань до 7-12 км, на практиці ж радіус дії (максимальна відстань, на яке вони здатні відлетіти з наступним поверненням в точку зльоту) зазвичай обмежена прямою видимістю (100-200 м при ручному управлінні) або дальністю дії апаратури радіоуправління і відезв’язку. При цьому кращі зразки подібної апаратури, що використовують підсилювачі потужності радіосигналу і систему спрямованих антен, здатні забезпечувати стабільні радіоуправління і відеозв’язок на відстані до 100 км. Таким чином, максимальне обмеження на радіус дії мультикоптера накладає саме час польоту.
Ці обмеження призводять до того, що мультикоптери зазвичай використовуються як апарати «ближнього радіусу дії»: для аматорських польотів недалеко від себе, для фото-відеозйомки близько розташованих об’єктів і т. д. Для порівняння, безпілотні літаки з акумулятором аналогічної ємності можуть відлітати на 10-15 км при висоті польоту 1-2 км.
На відміну від літака, який здатний планувати з вимкненим двигуном, або вертольота, який здатний сісти за допомогою авторотації, мультикоптер при відключенні моторів або електроживлення, повністю некерований. Квадрокоптер при відмові одного з двигунів може зберігати стабілізацію, гексакоптер або октокоптер, в принципі, може зробити м’яку посадку з одним непрацюючим мотором, однак 100% розраховувати на це не можна (наприклад, при розриві хоча б однієї лопаті, вібрація через дисбаланс збільшується настільки , що контролер перестає працювати, як наслідок, некероване падіння). Але вже існують експериментальні квадрокоптерb, які можуть стабілізувати політ і зробити посадку при втраті одного з двигунів.
Враховуючи те, що мультикоптер має чималу масу, жорсткий корпус і швидко оборотні пропелери, його падіння на людей або автотранспорт може призвести до негативних наслідків. Тому польоти над людьми або автодорогами категорично не рекомендуються. Вкрай бажано планувати траєкторію польоту так, щоб у разі необхідності (наприклад, при розрядці батареї) внизу було місце для безпечної посадки.
Важливий і людський фактор. Сучасний польотний контролер за складністю налаштування і кількістю польотних режимів майже не поступається настільному комп’ютерe. Неуважне читання документації, відсутність виконання необхідних дій (наприклад, калібрування компаса при налаштуванні) можуть привести до некерованого польоту і втрати апарата. Виліт апарату за радіус дії пульта за відсутності режиму GPS-повернення також є однією з причин втрат апаратів.
В останній рік з’явилися мініатюрні квадрокоптери, що поміщаються на долоні (Walkera, WLtoys V929). Вони практично безпечні (маса апарату близько 40 г), в той же час, дозволяють отримати основні навички польоту на мультіроторному апараті, так як принцип їх управління нічим не відрізняється. Квадрокоптери такого розміру можливо запускати будинку, не ризикуючи завдати шкоди людям або предметам. Покупка саме такого апарату рекомендується новачкам для першого знайомства з квадрокоптера.