Что такое квадрокоптер

Квадрокоптер — это дистанционно пилотируемый летательный аппарат, силовая установка которого состоит из четырех двигателей и такого же количества пропеллеров. Роторы одной пары двигателей вращаются по часовой стрелке, двух других — в противоположном направлении. Полет таких аппаратов невозможен без эффективной системы стабилизации, управляемой бортовым компьютером.

Кто придумал и изобрел

Первые работы по созданию квадрокоптеров были проведены еще в 1900 году. Американец Георгий Александрович Ботезат сконструировал машину с четырьмя пропеллерами, приводимыми в движение одним двигателем. Во время испытаний квадрокоптер поднялся в воздух и пролетел расстояние в 1 км, поднявшись на высоту до 15 метров. Но, к сожалению, из-за ряда проблем разработка была отложена.

Первый современный квадрокоптер был разработан в 2006 году. Этот аппарат был представлен немецкой компанией MikroKopter. Дрон был оснащен микроконтроллером, который анализировал информацию с гироскопа, акселерометра и барометра. Немного позже был добавлен модуль GPS. БПЛА был ориентирован на профессионалов и стоил дорого, но программное обеспечение с открытым исходным кодом привело к появлению на рынке дешевых клонов. Это отрицательно сказалось на доходах компании. Код был закрыт, но было уже слишком поздно. Эта модель побудила других производителей электроники разработать гражданские беспилотники различных размеров и классов.

С появлением прочных и легких полимеров, небольших электродвигателей и особенно с потрясающими достижениями в области микроэлектроники стали возможны надежные и эффективные беспилотные мультироторные системы.

Зачем и для чего нужен

Назначение современного беспилотника очень широко и разнообразно. Он находит свое применение во многих областях, как для удовольствия, так и для работы:

• воздушные гонки и развлечения;
• профессиональная видеосъемка;
• видеонаблюдение и охрана объектов;
• спасательные операции;
• археология и картография;
• сельское хозяйство;
• охота и рыбалка;
• доставка мелких грузов.

В последние годы лучшие квадрокоптеры были направлены на решение многих нестандартных производственных задач. Чаще всего они используются там, где присутствие человека нежелательно или опасно — в шахтах и карьерах, при обследовании трубопроводов и высоких сооружений, в вулканических кратерах, при исследовании погодных явлений и т.д. У нас есть целый раздел, посвященный таким моделям. Для таких целей вам нужен квадрокоптер с камерой.

Как летает квадрокоптер

Принципы работы

Дрон оснащен 4 электродвигателями и таким же количеством пропеллеров. Два диагональных пропеллера вращаются по часовой стрелке (CW), два других (CCW) — против часовой стрелки. Интенсивность вращения и подъема определяет скорость и направление движения нашего дрона.

Если два правых двигателя вращаются быстрее, чем левые, они наклоняются и двигают машину влево. В противном случае это вызовет обратный эффект. Если задние пропеллеры вращаются сильнее, чем передние, дрон клюнет и полетит вперед. Если этого не произойдет, голова автомобиля поднимется. Маневры относительно вертикальной оси выполняются путем одновременного ускорения винтов CW с соответствующим торможением винтов CCW. Поворот в противоположном направлении требует ускорения группой CCW и замедления группой CW. Равномерное вращение заставит дрон взлетать или снижаться.

Основным электронным компонентом является полетный контроллер. Он отвечает на все команды, полученные приемником, и выдает команды блокам ESC, которые определяют тягу и скорость двигателей. Стабильность поддерживается гироскопом, который измеряет углы продольного наклона, крена и рысканья.

Виды управления

Для управления беспилотником чаще всего используется ручной пульт дистанционного управления. Они бывают разных форм и размеров, но всегда имеют два рычага (стика), которые управляют скоростью и направлением движения дрона. Поведение коптера в воздухе можно регулировать с помощью специальных кнопок на пульте дистанционного управления — триммеров. Функции управления описаны в этой статье. Ниже мы перечислим варианты управления.

Пульт со смартфоном

Если дрон оснащен бортовой камерой, на рукоятке пилота устанавливается мобильное устройство, отображающее всю воздушную обстановку. Эта комбинация чаще всего используется при полетах в режиме FPV.

Смартфон без ПДУ

Смартфон и специальное приложение позволяют обойтись вообще без пульта дистанционного управления. В этом случае связь поддерживается через WiFi. На экране мобильного устройства отображается изображение с бортовой камеры в реальном времени. Виртуальные выражения лиц палочек и команд рисуются на заднем плане. Несомненным преимуществом этого метода является минимальная стоимость комплекта, хотя пилоту придется заряжать свой мобильный гораздо чаще, чем обычно.

G-сенсора мобильного устройства

Третьим способом взаимодействия с дроном считается использование G-сенсора мобильного устройства, который отслеживает пространственную ориентацию смартфона оператора и перемещает дрон в аналогичное положение. Проще говоря, управление осуществляется путем наклона гаджета.

Только пульт

В этом случае пульт дистанционного управления имеет свой собственный встроенный экран. Вся телеметрия может быть считана без использования смартфона. Это опция для дорогих моделей.

Особенности

Конструкция коптера требует установки 4 двигателей и такого же количества пропеллеров. Это отличает его от других мультикоптеров — гексакоптеров и октокоптеров (модели с 6 и 8 лучами и пропеллерами).

Два двигателя вращаются по часовой стрелке (CW), а другая пара вращается против часовой стрелки (CCW). Эта комбинация предназначена для компенсации крутящего момента и обеспечения постоянной стабильности.

Относительная дешевизна компонентов, надежность и небольшие размеры — вот основные преимущества лучших современных коптеров. Они обладают отличной маневренностью и большой полезной нагрузкой, которой достаточно для перевозки трехосевой стабилизированной подвески и полетной камеры.

Стоит отметить отличную простоту обслуживания таких машин. Дрон легко разбирается, и почти все запасные части можно заказать в магазинах.

Лучшие характеристики современных квадрокоптеров

Mavic Pro Platinum

Грузоподъемность зависит от соотношения силы, создаваемой винтомоторной группой, и собственного веса машины. Относительно большие квадрокоптеры имеют отличные характеристики. Например, характеристики Phantom 4 позволяют использовать эту модель для доставки посылок потребителям.

Радиус полета

Дальность зависит от стабильности системы связи, емкости аккумулятора и режима движения, выбранного пилотом. Дальность действия лучших моделей DJI (при идеальных погодных условиях) составляет 5-7 км.

GPS система

Наличие GPS практически обязательно. Спутниковая система способна с высокой точностью определить местонахождение дрона и не позволит ему потеряться. Кроме того, он может следовать маршруту, проложенному пилотом на карте.

Самые современные самолеты нашего времени способны летать на высоте до 5 000 метров. Полет в верхних слоях атмосферы сопровождается разрежением и понижением температуры воздуха. В лучших моделях эти проблемы компенсируются большими пропеллерами и автономной системой отопления.

Большое время полета

Время полета зависит от емкости батареи и эффективности ВМГ. Лидеры рынка поддерживают этот параметр на уровне, близком к одному часу.

Наличие камер высокого формата

Все современные дроны оснащены стабилизированной камерой 4K или Full HD, установленной на носу или снизу. Он используется не только для съемки красивых видеороликов и фотографий, но и для FPV-полетов.

Датчики обнаружения препятствий

Избегание препятствий поддерживается набором оптических камер и ультразвуковых сонаров, которые обнаруживают препятствия на расстоянии до 20-30 м. Высота полета также контролируется с помощью оптики и инфракрасного датчика.

Блок OSD генерирует и передает всю телеметрическую информацию, которая отображается на экране ПДУ над основным изображением.

Из чего состоит

Этой теме посвящена отдельная статья на нашем сайте. В этом разделе мы лишь перечислим компоненты БПЛА и кратко опишем присущие им задачи.

Структура включает в себя:

• рама — на ней крепятся все компоненты;
• Контроллер (бортовой компьютер) — он обрабатывает информацию от других компонентов дрона и отдает команды его силовым компонентам;
• Электронные регуляторы скорости (ESC) — создают управляющий ток для каждого двигателя;
• Электродвигатели — являются частью двигательной установки. Недорогие коллекторные двигатели устанавливаются в машины бюджетного класса. В тяжелых и продвинутых моделях используются довольно дорогие безмоторные двигатели;
• Пропеллеры — их вращение создает подъемную силу. Наиболее расходные части БПЛА;
• Приемник — принимает радиосигналы от панели управления и передает их на бортовой компьютер;
• Аккумулятор — является единственным источником питания для всех компонентов.

У нас есть руководство о том, как и из чего собрать квадрокоптер самостоятельно.

Виды коптеров

Для новичков

Процесс обучения сопровождается множеством несчастных случаев, поэтому первый коптер для начинающих должен иметь достаточно прочный корпус, чтобы выдержать падения и удары. Большой плюс, если он может летать в помещении (не защищенном от непогоды). Стоит такая машина недорого — несколько десятков долларов. Двигатели являются коллекторными. Хорошо, если дрон имеет двойную стоимость и может выполнять воздушную акробатику в старшем режиме. Таким образом, не нужно будет покупать новый дрон после того, как пилот приобретет начальные знания. Достаточно дальности полета 30-50 метров. Аккумулятор должен обеспечить 8-10 минут в воздухе. Для начала мы рекомендуем выбрать складную Eachine E58 или JJRC H8 Mini.

Любительские модели

В последние годы появилось несколько полноценных летательных аппаратов любительского класса. Как правило, видеокамеры таких машин имеют разрешение не менее 720P и хорошо стабилизированы. Предельная дальность видеосъемки и полета достигает 1 км. Время нахождения самолета в воздухе составляет 20-25 минут. На таком квадрокоптере установлены двигатели BC, которые могут разогнать аппарат до 50-70 км/ч, и даже модуль GPS. Стоимость одного комплекта (с пилотом) — 150-300 долларов.

Профессиональные

Лучшие профессиональные дроны имеют массу режимов полета. На помощь пилоту приходит и спутниковая навигация, которая определяет положение коптера с сантиметровой точностью. VMG оснащен электродвигателями БК и большими гребными винтами. Съемка ведется с помощью аэрофотоаппарата в формате 4K. Изображения сохраняются на карте памяти или передаются на расстояние в несколько километров в режиме FPV. Контрольное оборудование поддерживает 2 частотных диапазона — 2,4 и 5,8 ГГц. Для систем безопасности доступны все типы датчиков, включая оптические, инфракрасные и ультрафиолетовые.

Гоночные коптеры

Мы завершаем этот раздел кратким описанием гоночных моделей. Батарея таких квадрокоптеров имеет высокое выходное напряжение. Это позволяет быстро менять скорость движения, делая поведение воздушного гонщика очень подвижным и динамичным. Дальность контролируемого полета достигает 500-1000 м, предельная скорость — 100-120 км/ч. Младшие режимы полета предназначены для новичков, старшие — для опытных пилотов. Ситуации на маршруте отображаются на экране или в линзах видеоочков.

Лучшие производители квадрокоптеров

Лидеры -китайские компании

Первая из них — DJI Technology Co, чья продукция отличается высочайшим качеством и возможностями. Не остался в стороне и Walker, известный своими гоночными моделями. Под маркой Syma выпускается широкий ассортимент бюджетных машин. Компания Zerotech производит успешный дрон для селфи Dobby. Eachine E016H Mini — лучшая миниатюрная модель.

Европейские производители

Из европейских производителей следует упомянуть французскую компанию Parrot, которая выпустила два интересных аппарата в серии Bepop и делает дрон Anafi с 4K аэрофотокамерой. Первая модель от компании 3DRobotics (США) называется Solo. На нем можно перевозить оборудование GoPro.

Русские компании

Российские квадрокоптеры производят компании «ДРОНЕСТРОЙ», Copter Express, «Пилотаж», TSC ARMAIR и другие.

В каком виде можно купить

Если вы хотите купить дрон, вы быстро обнаружите, что один и тот же дрон продается в разных комбинациях и по разным ценам.

RTF (ready to fly)

Беспилотники класса RTF (готовые к полету). Эти машины требуют только предварительной настройки компаса и гироскопа. Название RTF ясно указывает на то, что все компоненты, необходимые для быстрого запуска, включены. Эта версия рекомендуется для начинающих пилотов.

BNF (Bind-and-Fly)

Второй комплект называется BNF (Bind-and-Fly). В этом комплекте нет пульта дистанционного управления. Пульт дистанционного управления должен работать с уже имеющимся у вас пультом дистанционного управления или должен быть приобретен отдельно.

ARF (Almost Ready to Fly)

Пользователи, желающие собрать БПЛА самостоятельно, могут приобрести комплект Quadcopter KIT. Иногда другое название набора — ARF (Almost Ready to Fly). Комплект поставляется с пультом дистанционного управления или без него. Квадрокоптер приобретается в разобранном виде.

Цены на квадрокоптеры в 2019 году

Стоимость самых простых дронов невысока — около 20 долларов. Небольшой летательный аппарат с камерой обойдется покупателю в $100-150. Исключением из правил является DJI Spark, цена которого на сайте производителя составляет $399.

Складные селфи-дроны известных моделей стоят около $150. Их клоны продаются гораздо дешевле.

Цены на топовые аппараты DJI практически недостижимы для среднего российского покупателя. Mavic 2 Pro и Phantom 4 Pro V2.0 продаются по цене 1 499 долларов США. Там же можно приобрести и Mavic Air. Его стоимость составляет 799 долларов США.

Законодательство

Все полеты в Российской Федерации регулируются двумя документами — Авиационным кодексом и Федеральными правилами использования воздушного пространства. Законодательство гласит, что:

• Для пролета над скоплением людей требуется специальное разрешение;
• Запрещается пролетать над закрытыми объектами;
• Вы не можете подниматься выше 150 метров.

Если квадрокоптер весит 30 кг и более, он должен быть зарегистрирован. БПЛА меньшего веса должны эксплуатироваться лицензированными пилотами, получившими разрешение на полеты от местных властей. То же самое относится и к видеосъемке в населенных пунктах. В приграничных районах (полоса 25 км) разрешение выдается органами ФСБ.

Лихачей штрафуют на несколько тысяч рублей. Если сторонний пилот нанесет своим дроном значительный материальный ущерб или травмирует людей, то за такие действия он может попасть в тюрьму. Подробную статью о регистрации дронов в Российской Федерации, которую мы обновляем, можно найти здесь.

Заключение

Квадрокоптеры, имеют богатую историю и возможности, и, по нашему мнению, станут неотъемлемой частью жизни современных людей.