26.12.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~12 мин.

Устройство и принцип работы квадрокоптера

Рама

Это главная деталь, к которой присоединяются все детали и элементы квадрокоптера. Если вы надумаете сделать квадрокоптер самостоятельно или собрать из готовых деталей то можете приобрести готовую раму от одного из производителей, так и сделать её самому.

Рама должна соединить в себе такие критерии как прочность, и лёгкость. В ней, как правило, есть необходимые отверстия для прокладки проводов. Они характеризуются такими критериями как вес, расстояние между моторами, диаметр труб, максимальный взлетный вес,материал рамы. Большинство рам складные, для удобства транспортировки.

Основные материалы из которых делается рама это карбон, алюминий, стекловолокно.

Контроллер

Одной самой важной деталью устройства квадрокоптера является его контроллер. К нему с помощью шлейфа подключаются барометр ,GPS, акселерометр и все моторы. Контроллер обеспечивает функцию координации, управления, стабилизации квадрокоптера в полёте и управление им.

Чем большей функциональностью напичкана плата тем более разнообразен будет полёт квадрокоптера. Наилучшими считаются Naza откомпании DJI.

Моторы

Моторы крепятся к раме квадрокоптера, всего 4 мотора. Функция моторов крутить пропеллеры, и лётные характеристики напрямую зависят от тяги мотора. Они имеют различные габариты, потребляемую мощность, то есть ток. Двигатели квадрокоптера бывают коллекторными и бесколлекторными.

При выборе необходимо выбирать 2 левосторонних и 2 правосторонних мотора.

Моторы коллекторного типа устанавливаются в большинстве своём для простых квадрокоптеров, они являются недорогими и подходят для лёгких аппаратов, так как им не хватает тяги. Мало того они быстро выходят из строя.

Моторы коллекторного типа с редуктором устанавливаются на большие квадрокоптеры и готовы выдерживать аппараты потяжелее. Способны поддерживать хорошую тягу и мощность. Они часто перегреваются и шестерни выходят из строя.

Бесколлекторные моторы. Устанавливаются на дорогие модели. Обеспечивают отличную тягу, долгую производительность, хорошую управляемость и стабильность полёта. Стоимость и размеры двигателей превосходят коллекторные типы моторов.

Лучшие квадрокоптеры с камерой и трансляцией видео на пульт среднего уровня

Аккумулятор

При выборе аккумулятора квадрокоптера нужно учитывать его вес и отдачу. Но, как правило, чем меньше вес тем меньше ёмкость. И наоборот. Поэтому нужно найти компромисс. Сначала нужно определить токоотдачу, а после уже выбирать вес, чтоб не получилось так что квадрокоптер не сможет подняться.

Большим успехом пользуются литий-полимерные (LiPo) аккумуляторы. Отличаются они низким уровнем саморазрядки, возможностью пользования в большом диапазоне температур и стабильным разряжением.

Пропеллер

Это самая расходная деталь квадрокоптера. Он преобразовывает энергию мотора в подъёмную силу. Пропеллеры бывают двух видов, как и моторы, против часовой стрелки и по часовой стрелке. Самое главное учитывать при выборе их размер и угол наклона лопасти. Так же они бывают двухлопастные и трёхлопастные. КПД у первых намного лучше.

Советуем взять несколько разных комплектов пропеллеров, ведь показатели будут разные.

ESC — Electronic Speed Control (Электронный регулятор скорости)

Функцией регулятора служит передача оборотов на мотор. Стоит обратить внимание на алгоритмы быстрого отклика. Точная и быстрая реакция на команды полетного контроллера приводят к улучшению стабильности и управляемости мультикоптера, особенно при ветре.

Стоит учитывать: Рекомендованное напряжение питания, максимальный ток, тип аккумулятора, длина, ширина, вес.

Все детали продаются в магазинах, изготовлены они из различных материалов на любой вкус. Вот в принципе и всё что хотелось рассказать о строении квадрокоптера.

Будем рады, если нажмете на любую из кнопок:

Квадрокоптер – это летательный аппарат небольших размеров, имеющий 4 пропеллера, приводящих его в движение. Собрать простой летательный аппарат с четырьмя винтами из запчастей, сможет даже школьник, но для того, чтобы ему это сделать в первую очередь необходимо узнать каково устройство квадрокоптера и что он из себя представляет.

Устройство квадрокоптера

Современные модели – это беспилотные летательные аппараты, в большей степени выполняющие роль интересной игрушки. Но, несмотря на это, большой сегмент рынка занимают профессиональные модели, которые оснащаются цифровой камерой. Они служат заменой операторского крана и других сложных приспособлений, которые не так легко использовать внутри помещений со скованным пространством или на открытых территориях, где применение съемок с других летательных аппаратов невозможно.

Принцип работы квадрокоптера

Рама квадрокоптера

Эта составная часть выполняет роль основы, на которую крепятся все остальные элементы от аккумулятора до двигателей и светодиодов. Иногда рама может быть совмещена с наружной обшивкой – корпусом для уменьшения нагрузки на двигатели, путем снижения веса общей конструкции.

Обзор JJRC H37 ELFIE - недорогой селфи-дрон, клон знаменитого DOBBY

Ее изготавливают из полимеров или сплавов прочных, но легких. Кроме них широко используются стекловолокно, карбон и им подобные материалы, обеспечивающие максимальную жесткость конструкции. Несбалансированная рама будет портить траекторию не хуже сгоревшего двигателя, поэтому на нее нужно обращать пристальное внимание.

Чаще всего это крестовина по крайним точкам которой крепятся двигатели, а по центру – управляющий блок. Сверху и снизу она обычно укрывается корпусом, но есть модели, которые обходятся без него. Поэтому на нее будут крепиться все остальные элементы, в том числе и опорные шасси.

Плата управления квадрокоптером

Одним из самых интересных компонентов, которое имеет устройство квадрокоптера, является плата управления квадрокоптером. От работы этой маленькой запчасти зависит стабильность полета, и, по сути, она является мозгом летающего аппарата. Его программируют и в результате получают систему управления, работающую под руководством оператора. При помощи шлейфа она соединяется с каждым мотором и подает на него управляющий сигнал (запрограммированную команду). Чем большее количество сигналов сможет обрабатывать плата, тем больше трюков сможет выполнять дрон, а, значит, эффектнее будет полет.

Набор датчиков подключается именно сюда. Акселерометр, барометр и даже GPS передают ей свои показания, которые она должна обрабатывать. Здесь же формируется и обратная связь с оператором через передатчик, установленный на корпусе.

Двигатели квадрокоптера

Ввиду того что основная нагрузка приходится на двигатели, они являются одним из расходных материалов, которые обычно стоят на втором месте по «убиваемости» после винтов (пропеллеров). Если конструкция коптера разборная, то заменить их несложно, нужно лишь найти соответствующую модель, и молиться, чтобы подобные еще были в наличии. В противном случае придется менять сразу несколько, дабы не ухудшить полетные характеристики.

Больше всего проблем возникает с механическими частями двигателей. Если они открытые, внутрь может попасть мусор, например, песок при посадке, и повредить аппарат.

К каждому двигателю (всего 4) присоединяются пропеллеры по одному сверху или снизу в зависимости от конструкции.

Аккумулятор квадрокоптера

Важный элемент коптера – его аккумулятор. От его емкости (выражается в миллиампер часах) зависит, как высоко сможет подняться летательный аппарат, как долго и как далеко он сможет лететь. Миниатюрные модели держатся в воздухе не более 3-5 минут. Более продвинутые от 8 до 15. Абсолютного максимума достигает емкость у тех моделей, которые могут поднять в воздух 3-х или 4-баночный аккумулятор. Их полет продлится до 20 минут и более. При этом устройство также может питать камеру, подключенную к нему и не имеющую собственного аккумулятора.

Управление квадрокоптером

Особых сложностей в работе с аппаратом не возникает, если это хорошо спроектированное устройство с продуманной системой обработки сигналов, большим количеством датчиков и системой стабилизации на основе многоосевого гироскопа. Чем больше у него осей, тем аккуратнее будет управление и послушнее устройство квадрокоптера. При этом степень сложности может заключаться и в опытности оператора, занимающегося его перемещением в пространстве. Для этого используется аппаратура, иногда с трансмиттером и собственным аккумулятором (или питающаяся от батареек).

Обзор квадрокоптера cheerson cx 20

Купить квадрокоптеры DJI вы можете в нашем магазине — бесплатная доставка по России и СНГ, хорошие цены!

Видео обзор квадрокоптеров

Сегодня понятие дрон уже знакомо огромной молодежной аудитории. Эти функциональные устройства используются в разнообразных профессиональных сферах деятельности. В частности, сегодня дроны применяются при съемке телевизионных шоу, заменяя дорогие роботизированные подвесы для камер. Но как же устроен такой аппарат? Проведем краткий ликбез для тех, кто не совсем понимает, как устроен квадрокоптер, как он летает, и в чем его предназначение.

Небольшое разъяснение понятий

Что такое квадрокоптер или мультикоптер? Так называется летающее устройство с несколькими источниками подъемной силы. Это могут быть винтовые или реактивные двигатели. В случае с квадрокоптером — это четыре двигателя, у мультикоптера их число может доходить до 12.

Четырехугольная конструкция механически прочна и может быть сделана из легких материалов. А общее снижение массы коптера означает, что его аппаратную платформу можно сделать экономичнее, автономнее, улучшая функциональность аппарата. Сегодня это наиболее простая с точки программирования движения и технического построения схема.

Общие принципы построения

Квадрокоптер с камерой или самая простая модель строится на силовой раме. Это основная часть конструкции. На ее углах расположены ноги с крепящимися на них двигателями. Для удобства пользователей, на некоторых квадрокоптерах применяются поворотные блоки. Такие колена в основании ног обеспечивают электрический контакт и одновременно предлагают удобства владельцу механизма: дрон можно компактно сложить для легкости переноски.

Для облегчения посадки на раме снизу крепятся полозья. Их конструкция может быть самой разной. Дорогой квадрокоптер выглядит как вертолет, с прочными, металлическими полозьями. Дешевые модели могут оснащаться только тонкими насадками из резины, наклеенными прямо на раме.

Совет! Если квадрокоптер нужен для специальных работ с точным позиционированием и посадкой на неровную поверхность — рекомендуется выбрать изделие с тонкими ножками.

Силовая рама выполняет и декоративную функцию. Именно она является самой видимой частью конструкции. Форма рамы создает общий облик квадрокоптера. Каждый производитель старается, чтобы его устройство было не только функциональным, но и выглядело стильно, красиво, и хорошо продавалось при первом взгляде на фото. Поэтому рамы делаются самых разных форм, иногда с размерами, которые никак не говорят о габаритах внутренней начинки.

Как это летает

Принцип работы квадрокоптера достаточно прост: четыре двигателя на вынесенных ногах создают подъемную силу. Есть несколько стандартных режимов работы:

подъем с одновременным пуском двигателей;
наклон в стороны с изменением оборотов левой и правой пары двигателей;
спуск при подъемной силе меньше веса конструкции;
набор скорости по прямой изменением режимов работы передней и задней пары двигателей.

Уже по перечисленным пунктам понятно, что квадрокоптер работает по вертолетной схеме. Только вместо наклона вала лопастей, как это делается в крылатой машине, для формирования бокового вектора силы используется разница в показателях воздушных потоков по бокам дрона.

Сложнее понять, как квадрокоптер вращается на месте. Здесь снова поможет большой вертолет. Его основная лопасть, вращаясь в одну сторону, передает момент на корпус в обратном направлении. Чтобы компенсировать паразитное вращение, большой вертолет имеет лопасть на хвосте.

Коптер использует тот же принцип формирования обратного момента для собственного вращения. Его четыре винта работают парами. Двойки лопастей вращаются в разные стороны. При одинаковых оборотах возникающие моменты компенсируются. Когда нужно повернуть дрон вокруг оси — уменьшаются обороты двигателя одной из пар. Возникающий момент вращает всю конструкцию.

Основные функциональные элементы

Квадрокоптер достаточно прост по конструкции. Внутри декоративного корпуса на силовой раме расположены:

литий-ионная батарея;
электронная начинка;
радиомодули, трансмиттеры для работы с сигналами дистанционного управления;
блок датчиков;
блоки преобразования напряжения (уровня или частоты).

Главные, самые заметные узлы квадрокоптера распложены на выносных ногах. Это электродвигатели. В зависимости от класса модели это могут быть бесколлекторные частотно управляемые изделия. В простых коптерах применяются классические коллекторные двигатели. На их валах устанавливаются лопасти, формирующие нисходящий воздушный поток.

Умная начинка

Как гласит распространенное мнение в среде специалистов по аэродинамике, заставить летать сегодня можно даже кирпич. И квадрокоптер точно соответствует данному утверждению. Модель полностью управляется электроникой. Без нее добиться предсказуемого поведения летающей конструкции в воздухе было бы невозможно.

Главную роль в работе электронной системы управления квадрокоптером играет гироскоп. Именно этот датчик определяет крен в воздухе. На основании его показаний регулируется работа двигателей для стабилизации коптера в полете. Современные гироскопы способны определить изменение позиции конструкции в 6 степенях свободы.

Немалую роль играют и другие датчики системы. Именно они обеспечивают удобство управления летающей машиной и полезный функционал.

Акселерометр. При помощи контроля ускорения дрон отслеживает свое смещение. Это дает возможность машине зависать в заданной оператором точке, поддерживая высоту. Дорогие модели способны отслеживать смещение ветром, возвращаясь на исходную позицию.
Барометр. Очень полезный датчик для устройств с хорошей высотой подъема и автономностью. Оператору достаточно задать высоту полета (минимум или максимум) или зависания.
Сонар. Пара из ультразвукового излучателя и приемника, устанавливаемая в дорогих моделях, значительно снижает аварийность. Дрон может самостоятельно контролировать процесс автоматизированной посадки, обходить препятствия, останавливаться перед стенами. Сонар может работать в паре с акселерометром, помогать соблюдать точную высоту зависания.
GPS модуль. Присутствует в моделях специального назначения или дорогих развлекательных устройствах. По сигналам этого датчика дрон определяет свое местоположение. Оператор может задать траекторию полета, формировать модель патрулирования и многое другое.
Камера. Сегодня популярность такого оснащения непрерывно растет. Современные камеры при малом энергопотреблении могут предложить хорошее качество картинки. В зависимости от стоимости коптера, предлагается разный функционал. Камера дрона может смотреть только вперед или оснащаться поворотным и фокусирующим механизмом.

Все данные, поступающие с датчиков, обрабатываются центральным процессором. Большинство солидных производителей коптеров создают собственные решения. В дешевых дронах устанавливаются простые чипы, вся программа в которые записывается без возможности изменения.

Дорогие модели строятся с использованием флеш памяти. Владелец в некоторой степени может программировать коптер, задавая модели поведения, схемы движения и многое другое.

Средства управления коптером

Когда уже понятно, как такая штука, как квадрокоптер, устроена и летает, необходимо остановиться на операторе. Ведь летающей машинкой нужно управлять. И желательно это делать комфортно, удобно и точно. Сегодня оператору предлагается несколько вариантов.

Пульт управления, работающий по радиоканалу. Такое устройство не предусматривает обратной связи с дроном. С его помощью регулируют высоту и повороты в полете. Для этого на пульте установлены два отдельных джойстика. Один предназначен для уменьшения и увеличения высоты, другой — для плавного управления поворотами. На пульте также размещаются несколько функциональных кнопок. Например, зависание, автоматическая посадка, разворот. Главное достоинство радиопульта в большой дальности работы, а недостаток – сигнал можно перехватить или заглушить.
Смартфон. Управлять дроном с мобильного телефона можно только в пределах действия WiFi трансмиттера. Для обычных смартфонов дальность составляет до 100 метров без преград на пути сигнала. Если в области полета есть устойчивый прием беспроводной сети глобальных провайдеров интернета, дальность управляемого полета дрона может быть неограниченной. Программы управления со смартфона могут также получать видеосигнал с камеры квадрокоптера.

Важно! Для дронов специального назначения создаются собственные программные комплексы. Они предусматривают максимальную обратную связь. Можно не только составить график полета и описать выполнение задач, но и получать данные в реальном времени об их исполнении. Конечно, такие программные комплексы отображают картинку с камеры коптера.

Сегодня в розничной продаже легко купить дрон любого класса. Это может быть недорогая игрушка размером с ладонь для развлечений в помещении. И даже такой маленький квадрокоптер сегодня оснащается веб-камерой, общается со смартфоном и умеет зависать. Легко приобрести и дорогую, грузоподъемную и функциональную модель. Главное — правильно очертить круг ее задач и приготовиться к денежным тратам.