Свечников Григорий Алексеевич

Мультироторные беспилотные летательные аппараты

Цели работы:

1. Изучить основные летные характеристики промышленных и самодельных моделей
2. Рассказать о постройке небольшого  квадрокоптера в домашних условиях
3. Определить стоимость  основных деталей
4. Сводный анализ ценовых и качественных показателей.
5. Рассказать о том , какие квадрокоптеры лучше -самодельные или заводские.

Введение:

Итак, зачем-же  нужны такие аппараты?

На сегодняшний день, по данным ведущей международной ассоциации беспилотных систем UVS International, малоразмерные беспилотные летательные аппараты (БПЛА) производят в 52 странах мира. Заинтересованные государственные ведомства и спецслужбы, функции которых связаны с охраной, контролем и мониторингом объектов, а также ликвидацией ЧС, а также фирмы, бизнес которых связан с получением пространственных данных, проявляют активный интерес к БПЛА.

БПЛА – это летательный аппарат без экипажа на борту, использующий аэродинамический принцип создания подъемной силы с помощью фиксированного или вращающегося крыла ,оснащенный двигателем и имеющий полезную нагрузку и продолжительность полета, достаточные для выполнения специальных задач.

История квадрокоптера:

Многовинтовые вертолёты разрабатывались ещё в первые годы вертолётостроения. Один из первых квадрокоптеров который реально оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был создан Георгием Ботезатом и испытан в 1922 году. $IMAGE

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.

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке, уже как беспилотные аппараты. Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании^[2]. Мультикоптеры удобны для недорогой аэрофото- икиносъёмки — громоздкая камера вынесена из зоны действия винтов. 

Принцип действия:

Многороторные  БПЛА относятся к аппаратам вертолетного типа классов «мини», «микро» и «нано». Такой аппарат представляет собой (рис. 1) радиоуправляемую летающую платформу с бесколлекторными двигателями с пропеллерами.ПЛАТФОРМА состоит из рамы, на которой монтируется основная плата управления и приемо-передатчик для связи с наземным комплексом. На лучах рамы монтируются бесколлекторные двигатели, каждым из которых управляет отдельный регулятор. На плате расположен специализированный процессор, который обрабатывает команды, полученные от аппаратуры радиосвязи, и управляет стабилизацией платформы в горизонтальной плоскости. Стабилизация достигается за счет получения данных об углах наклона с трех гироскопов и акселерометров. Система также может анализировать данные с датчика давления, установленного на основной плате и, обрабатывая их, «держать» аппарат на заданной оператором высоте. 

На некоторых моделях стоит GPS или ГЛОНАС приемник, позволяющий записывать маршрут полёта заранее, с компьютера, а также, возвращать аппарат в точку взлёта, в случае потери управляющего радиосигнала, или снимать параметры полёта оперативно или потом^[3].

 В настоящее время благодаря разработанному дополнительному оборудованию аппарат имеет возможность осуществлять фактически полуавтономные и автоматические полеты.

Мультикоптеры имеют 2 или более 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 путём изменения скорости вращения винтов. Например:

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

Первый аппарат с которого я начну это квадрокоптер  от компании  DJI – phantom 3

Технические характеристики:

 Итак, как же  построить квадрокоптер в домашних условиях.

Во первых нужно определиться с конфигурацией будущего квадрокоптера- в моем случае использовались : маленький , но довольно функциональный полетный контроллер-open pilot cc3d mini

двигатели dys 2300kv

регуляторы оборотов на 10A

аккумуляторы напряжением 11.1V и ёмкостью 2200mAh

аппаратура управления: fly sky T-6

Определившись с комплектацией квадрокоптера, я приступил к его сборке

Сначала я собрал основу , на которой будут крепиться все детали.

Далее измерил площадку и перенес эти размеры в программу sprint layout , для того , чтобы создать на этой основе плату распределения питания, стабилизатор напряжения для полетного контроллера и подсветку для квадрокоптера. После этого я изготовил плату ,”примерил” ее к квадрокоптеру и занялся укреплением двигателей и регуляторов к лучам. Припаял все компоненты на плату, закрепил на ней контроллер полета и приемник и проверил все на работоспособность.

Удостоверившись, что все работает, я собрал до конца раму и начал настраивать полетный контроллер.

Настройка проходила в несколько этапов

1. Установка программного обеспечения на  контроллер полета
2. Настройка гироскопов, компаса и акселерометра
3. Настройка регуляторов оборотов
4. Сохранение всех настроек
5. Подключение каналов радиоуправления
6. Калибровочные настройки

После всех этих манипуляций я совершил пробный взлет. Он прошел успешно.

сводный анализ ценовых и качественных показателей:

Выводы:

Подводя итоги , я могу сказать , что квадрокоптеры созданные вручную значительно опережают заводские по нескольким пунктам:

Во-первых -  их цена. Заводские квадрокоптеры значительно дороже самодельных  , хотя их характеристики максимально близки.

Во-вторых – возможность адаптации под конкретные и индивидуальные задачи например как счетчик Гейгера , видеокамеры , системы лазерного наведения и т.п..

       Ну и третий пункт -  это, конечно же, интерес и опыт,  который появляется во время           постройки подобных моделей.

Использованные ресурсы:

Квадрокоптер 1: https://www.kvadrokopter.pro/multicopters/dji-phantom-3-professional/

Квадрокоптер 2: http://mysku.ru/blog/china-stores/23587.html

Квадрокоптер 3: Длинная ссылка

Квадрокоптер 4: http://www.parkflyer.ru/ru/blogs/view_entry/11188/