Что такое мультикоптеры?
31 октября 2014
Рубрика: ИТ-ресно.
Автор: .

multi_31_10_2014

На прошедшей в конце сентября этого года выставке ICTExpo 2014 многим посетителям запомнился экспонат – квадрокоптер для видеосъемки, который управлялся со смартфона, снимал в полете панораму выставки и передавал изображение на экран. В этом номере журнала, мы также рассказываем о том, что при съемках документального фильма «Узбекистан. Жемчужина песков», получившего признание миллионов зрителей, активно использовался многороторный беспилотный летательный аппарат, который позволил операторам снять необычные и красочные панорамы с «высоты птичьего полета».

multi_31_10_2014_1

Начиная с 2012 года начался бум бытовых беспилотных летательных аппаратов, которые имеют несколько двигателей. По количеству двигателей (роторов) их называют квадрокоптеры, пентакоптеры, гексакоптеры, октокоптеры и т.д. По современной классификации они имеют обобщенное название — мультикоптеры. Современные мультикоптеры представляют из себя мобильные программно-аппаратные комплексы, и это уже ИТ-ресно.

Мультикоптеры, история и принципы действия
Мультикоптер
(англ. Multirotor, multicopter — многороторный вертолет, многолет) — это летательный аппарат с произвольным количеством несущих винтов, вращающихся диагонально в противоположных направлениях. Двухвинтовые вертолеты к мультикоптерам, как правило, не относят.

Многовинтовые вертолеты разрабатывались еще в первые годы вертолетостроения. Первый квадрокоптер (англ. quadrocopter — четырехроторный вертолет), который реально оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был создан Георгием Ботезатом и испытан в 1922 году. Недостатком этих аппаратов была сложная трансмиссия, передававшая вращение одного мотора на несколько винтов. Изобретение хвостового винта и автомата перекоса положило конец этим попыткам. Новые разработки начались в 1950-е годы, но дальше прототипов дело не продвинулось.

multi_31_10_2014_2

Квадрокоптер Ботезата, 1923 год.

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке, уже как беспилотные аппараты. Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании. Мультикоптеры удобны для недорогой аэрофото- и киносъемки — громоздкая камера вынесена из зоны действия винтов.

Мультикоптеры имеют четное (от 4 до 12) число винтов постоянного шага (автомата перекоса, в отличие от одно- и двухвинтовых аппаратов, нет). Каждый винт приводится в движение собственным двигателем. Половина винтов вращается по часовой стрелке, половина — против, поэтому хвостовой винт мультикоптеру не нужен. Маневрируют мультикоптеры путем изменения скорости вращения винтов.

Например:

  • ускорить все винты — подъем;
  • ускорить винты с одной стороны и замедлить с другой — движение в сторону;
  • ускорить винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедлить вращающиеся против — поворот.

Микропроцессорная система переводит команды радиоуправления в команды двигателям. Чтобы обеспечить стабильное зависание, мультикоптеры в обязательном порядке снабжают тремя гироскопами, фиксирующими крен аппарата. Как вспомогательный инструмент, иногда также используется акселерометр, данные от которого позволяют процессору устанавливать абсолютно горизонтальное положение, и бародатчик, который позволяет фиксировать аппарат на нужной высоте. Также применяют сонар для автоматической посадки и удержания небольшой высоты, а также для облета препятствий. И самое главное — GPS-приемник, позволяющий записывать маршрут полета заранее, с компьютера, а также возвращать аппарат в точку взлета, в случае потери управляющего радиосигнала, или снимать параметры полета оперативно или потом.

multi_31_10_2014_3

Существуют также трех- и пятивинтовые вертолеты (три- и пентакоптеры). Один из моторов там располагается на нанизанной на ось подвижной платформе, угол поворота которой изменяется сервоприводом — так и осуществляется поворот аппарата вокруг своей оси. Отдельно стоит отметить экспериментальные аппараты: бикоптеры, квадрокоптеры с изменяемым шагом пропеллеров, квадрокоптеры с двигателями на импеллерах, однако они не получили какого-либо распространения.

В настоящее время возможно создание квадрокоптера в домашних условиях. Для этого необходимы:

  • полетный контроллер;
  • рама;
  • винтомоторная группа;
  • пульт управления.

Современные мультикоптеры используют бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии. Это накладывает определенные ограничения на их полетные характеристики: типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг при времени полета от 10 до 30 минут (30–50 минут у уникальных единичных экземпляров). Поднимаемый полезный груз моделями мультикоптеров среднего размера и грузоподъемности — от 500 г до 2–3 кг, что позволяет поднять в воздух небольшую фото- или видеокамеру (обычно GoPro в более дешевых моделях, либо зеркальные камеры в профессиональных).

Существуют и достаточно крупные модели мультикоптеров, с количеством роторов порядка 6–8 (гекса и октокоптеры), способные поднять в воздух груз массой до 20–30 кг. Для увеличения грузоподъемности применяют соосное расположение несущих роторов, что в случае гексакоптера, например, дает 12 моторов и 12 пропеллеров, расположенных попарно на 6 несущих лучах. Скорость полета мультикоптера может быть от нуля (неподвижное висение в точке) до 100–110 км/ч. Запас энергии батарей позволяет отдельным моделям мультикоптеров улетать на расстояние до 7–12 км, на практике же радиус действия (максимальное расстояние, на которое они способны улететь с последующим возвратом в точку взлета) обычно ограничено прямой видимостью (100–200 м при ручном управлении) либо дальностью действия аппаратуры радиоуправления и видеолинка. При этом лучшие образцы подобной аппаратуры, использующие усилители мощности радиосигнала и систему направленных антенн, способны обеспечивать стабильные радиоуправление и видеолинк на расстояния до 100 км. Таким образом, наибольшее ограничение на радиус действия мультикоптеров накладывает именно время полета.

Эти ограничения приводят к тому, что мультикоптеры обычно используются как аппараты «ближнего радиуса действия»: для любительских полетов недалеко от себя, для фото- и видеосъемки близко расположенных объектов и т. д. Для сравнения, беспилотные самолеты с аккумулятором аналогичной емкости могут улетать на 10–15 км при высоте полета 1–2 км.

Безопасность полета
В отличие от самолета, который способен планировать с выключенным двигателем, или вертолета, который способен сесть с помощью авторотации, мультикоптер при отключении моторов или электропитания полностью неуправляем. Квадрокоптер при отказе одного из двигателей полностью неспособен к полету, гексакоптер или октокоптер, в принципе, может совершить мягкую посадку с одним неработающим мотором, однако 100% рассчитывать на это нельзя (например, при разрыве хотя бы одной лопасти вибрация из-за дисбаланса увеличивается настолько, что контроллер перестает работать, как следствие, неуправляемое падение). Но уже существуют экспериментальные квадрокоптеры, которые могут стабилизировать полет и совершить посадку при потере одного из двигателей.

Учитывая то, что мультикоптер имеет немалую массу, жесткий корпус и быстро вращающиеся пропеллеры, его падение на людей или автотранспорт может привести к негативным последствиям. Поэтому полеты над людьми или автодорогами категорически не рекомендуются. Крайне желательно планировать траекторию полета так, чтобы в случае необходимости (например, при разрядке батареи) внизу было место для безопасной посадки.

Важен и человеческий фактор. Современный полетный контроллер по сложности настройки и количеству полетных режимов почти не уступает настольному компьютеру. Невнимательное чтение документации, отсутствие выполнения необходимых действий (например, калибровки компаса при настройке) могут привести к неуправляемому полету и потере аппарата. Вылет аппарата за радиус действия пульта при отсутствии режима GPS-возврата также является одной из причин потерь аппаратов.

multi_31_10_2014_4

В последний год появились миниатюрные квадрокоптеры, умещающиеся на ладони (Walkera Ladybird, WLtoys V929 и пр). Они практически безопасны (масса аппарата около 40 г), в то же время позволяют получить основные навыки полета на мультироторном аппарате, так как принцип их управления ничем не отличается. Квадрокоптеры такого размера возможно запускать дома, не рискуя нанести вред людям или предметам.

multi_31_10_2014_5

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Мультикоптер

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте