Что такое квадрокоптер и как он работает

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Средства массовой информации склонны использовать термин «дрон» для обозначения того, что мы, любители радиоуправления, называем «квадрокоптер» или «мультиротор». В этой статье я поделюсь некоторыми своими идеями о том, что такое дроны и квадрокоптеры, и в чем между ними разница. И также поговорим о том, как летает квадрокоптер.

Что такое квадрокоптер?

Квадрокоптер — это тип мультикоптера с 4 роторами. Из-за уникальной конструкции квадрокоптеры более экономичны и их проще собрать, как небольшую радиоуправляемую модель. Квадрокоптер также обеспечивает относительно стабильные летные характеристики, что делает его идеальным для таких задач, как наблюдение и аэрофотосъемка. (К слову купить квадрокоптер dji можно перейдя по ссылке).

Квадрокоптеры существуют разных размеров. От маленького, размером с ладонь, до чего-то достаточно большого, чтобы вместить пассажира.

Как летает квадрокоптер?

На обычном вертолете есть один большой винт, обеспечивающий всю подъемную силу, и маленький хвостовой винт, чтобы компенсировать боковой крутящий момент, который вращает корпус вертолета в направлении, противоположном направлению несущего винта.

По мере того, как основной винт сталкивается с большим сопротивлением воздуха, крутящий момент, вращающий корпус вертолета, увеличивается, и хвостовой винт должен работать сильнее, чтобы поддерживать направление.

В отличие от вертолета, квадрокоптер имеет четыре ротора, которые работают вместе, создавая восходящую тягу. Каждый ротор обеспечивает 1/4 подъемной силы, поэтому мы можем использовать более дешевые и менее мощные двигатели. Движение квадрокоптера управляется изменением скорости (относительной тяги) каждого ротора.

Эти роторы обычно выровнены в виде квадрата, два из которых расположены в противоположных диагональных углах квадрата и вращаются по часовой стрелке (CW), а два других вращаются против часовой стрелки (CCW).

Если бы все винты вращались в одном направлении, аппарат вращался бы так же, как обычный вертолет без хвостового винта.

Если вы уменьшите мощность пары двигателей по часовой стрелке на 50% и одновременно увеличите мощность на 50% для пары против часовой стрелки, коптер будет создавать ту же общую тягу вверх и будет поддерживать высоту. Но крутящий момент, работающий на аппарат теперь на 100% будет больше в направлении по часовой стрелке (в отличие от двигателей с более высокой скоростью), и поэтому ваш квадрокоптер будет двигаться вправо.

Чтобы поддерживать равновесие, квадрокоптер должен постоянно снимать показания датчиков и регулировать скорость каждого ротора, чтобы поддерживать свой уровень.

Обычно эти корректировки выполняются автономно сложной системой управления квадрокоптера, чтобы оставаться в равновесии. У квадрокоптера есть четыре управляемые степени свободы: рыскание, крен, тангаж и высота. Каждой степенью свободы можно управлять, регулируя тягу каждого ротора.

• Рыскание (поворот влево и вправо) управляется увеличением или уменьшением скорости двух моторов, которые вращаются в одном направлении (т.е. пара по часовой стрелке).
• Крен (наклон влево и вправо) контролируется увеличением скорости двигателя с левой или правой стороны и уменьшением с противоположной стороны.
• Тангаж (наклон вперед и назад) управляется так же, как и крен, с помощью двигателей спереди и сзади.

Когда квадрокоптер наклоняется, вектор силы разделяется на горизонтальную и вертикальную составляющие. Это вызывает две вещи: во-первых, квадрокоптер начинает двигаться в направлении, противоположном направлению вновь созданного горизонтального компонента. Во-вторых, поскольку вектор силы был разделен, вертикальная составляющая будет меньше, в результате чего квадрокоптер начнет падать. Чтобы предотвратить падение квадрокоптера, тяга каждого ротора должна быть увеличена для компенсации.

Все, что нам, пилотам на земле, нужно сделать, это сказать квадрокоптеру, в какую сторону лететь. Более продвинутые коптеры порой оснащены GPS и дополнительным оборудованием/программным обеспечением для выполнения автономных полетов.

Что такое дрон и отличие его от квадрокоптера

Слово «дрон» используется для описания любого беспилотного летающего аппарата, обычно имеющего камеру для потоковой передачи видео оператору. Дрон также известен как БПЛА (беспилотный летательный аппарат).

Дроны активно используются в военных действиях для разведки позиций противника, а порой и для нанесения ударов по нему, если мы говорим о специальных военных дронах, таких как, например турецкая модель «Байрактар», которая успешно применяется нашей героической украинской армией в борьбе с российскими ордынцами.

Дроны гораздо совершеннее обычных квадрокоптеров, к тому же они работают по другому принципу, по сути, многие военные дроны своей конструкцией более похожи на самолеты, чем вертолеты, единственное общее между ними то, что дроны и квадрокоптеры – беспилотники, то есть управляются операторами с земли.

В целом существуем множество разнообразных моделей как дронов, так и коптеров с разными техническими характеристиками.

Перевод с английского.