Что такое микрокоптер?
В 2006 г. немецкие энтузиасты Holger Buss и Ingo Busker создали микрокоптер (mikrokopter), вокруг которого собралось большое сообщество увлеченных людей — моделистов, конструкторов, программистов. Уже в середине 2007 г., благодаря усилиям создателей и всего микрокоптерного сообщества MK уже устойчиво парил и проворно перемещался в воздухе.
Микрокоптер представляет собой радиоуправляемую летающую платформу с 4, 6, 8, 12 бесколлекторными двигателями с пропеллерами. В полете платформа занимает горизонтальное положение относительно поверхности земли, может зависать над определенным местом, перемещаться влево, вправо, вперед, назад, вверх и вниз. В настоящее время, благодаря разработанному дополнительному оборудованию микрокоптер имеет возможность осуществлять фактически полуавтономные полеты.
Конструкция и принцип действия микрокоптера
Каким образом летает микрокоптер?
Полет микрокоптера может быть рассмотрен на примере квадрокоптера (варианта аппарата с 4-мя моторами), аппараты с другим количеством моторов управляются таким же образом). У квадрокоптера пары пропеллеров вращаются в противоположном направлении. Передний и задний пропеллеры вращаются по часовой стрелке, в то время как левый и правый пропеллеры вращаются против часовой стрелки. Чтобы парить, все пропеллеры вращаются на одной скорости. Так как равное число пропеллеров вращаются одновременно в противоположные стороны, то силы между ними уравниваются и это позволяет квадрокоптеру устойчиво парить в воздухе, не вращаясь вокруг своей оси.
Чтобы лететь в каком-либо направлении, квадрокоптер должен выйти из баланса, для чего увеличивается скорость вращения пропеллеров, противоположных необходимому направлению движения. Это заставляет квадрокоптер наклониться и начать движение в этом направлении. Например: чтобы полететь вперед, задний пропеллер должен крутиться быстрее. Это называют "pitch" или "nick". В микрокоптерном сообществе слово "nick" используется как название для движения аппарата вперед или назад. Движения влево или вправо называют "rolls". Поворот на месте назван "yaw", на немецком языке — "gieren". Чтобы осуществить "yaw", нужно нарушить баланс скорости между передним/задним и левым/правым пропеллерами: чтобы повернуть аппарат вокруг своей оси по часовой стрелке, передний/задний пропеллеры должны вращаться быстрее, а левый/правый пропеллеры немного замедляться. Таким образом осуществляется поворот квадрокоптера по часовой стрелке с сохранением высоты, на которой находится аппарат.
Для обеспечения устойчивого полета необходим контроллер, главная задача которого состоит в том, чтобы управлять стабилизацией летающей платформы в воздухе в горизонтальном положении путем подачи управляющих сигналов двигателям. Он использует данные от нескольких датчиков и вычисляет скорость для каждого отдельного пропеллера. Контроллер также компенсирует внешние воздействия, такие как ветер, например.
Основные элементы конструкции микрокоптера:
1. Основная плата (FlightCtrl):
2. Контроллеры бесколлекторных двигателей (BL-Ctrl):
3. Бесколлекторные двигатели (BLmotors):
4. Рама:
5. LiPo аккумуляторная батарея
6. Пропеллеры
7. Радиоприемник
8. Передатчик
9. Соединительные провода, разъемы
Вышеуказанные элементы являются обязательными и при их наличии, сборке и настройке Вы будете иметь летающий аппарат, который сможет выполнять значительную часть от всех заложенных в микрокоптер возможностей.
Дополнительно микрокоптер может комплектоваться следующими элементами:
Плата навигации (NaviCtrl)
Плата GPS
Плата компаса
Плата OSD
Подвес камеры
Способы использования мультикоптера
Несомненно, для многих пользователей мультикоптеров главной целью является получение удовольствия во время полетов, однако существуют и «серьезные» (полезные) способы использования мультикоптеров, описанные ниже:
Видео и фотографирование с воздуха.
Мультикоптер может быть использован как дешевое и безопасное средство для получения фото и видео изображений с воздуха для многих целей, таких как:
- снимки археологических участков;
- видео и фотографии для топографической съемки как Google Earth или Maps;
снимки с воздуха актуальных новостей и событий для размещения в различных сервисах, таких как YouTube;
- инспекция крыш и труб;
снимки для создания 3D поверхностей (позиционирование камеры осуществляется при помощи возможностей основной платы);
- контроль популяций диких животных;
- контроль условий сельскохозяйственных угодий (полей).
Основная плата мультикоптеров обеспечивает управление подвесом камеры для получения стабильных снимков. Мультикоптер сам по себе достаточно стабилен, тихий и относительно недорогой аппарат, с небольшим энергопотреблением, не загрязняет окружающую среду, в сравнении с вертолетами, которые используются сегодня для получения видео и фото с воздуха. По опыту, мультикоптеры представляют меньшую опасность для людей, летая среди них, по сравнению с моделями вертолетов – пропеллеры мягче, скорость их полета меньше, чем у вертолетов.
Полетно-измерительная платформа
Без пилота на борту, мультикоптер может летать в места и на территории небезопасные для человека:
- загрязненные радиоактивным излучением;
- химически загрязненные;
- с загрязнением воздуха.
Помощь в обеспечении безопасности.
В случаях естественных или технологических катаклизмов, на территорию которых доступ людей ограничен в связи с пожаром, наводнением или землетрясением, мультикоптеры, как любые беспилотные аппараты, способные нести видеокамеру, могут быть использованы в качестве воздушной разведки для помощи в обследовании и нахождении потерпевших, а также для координации спасательных действий.
Небольшой полезный груз, который могут нести мультикоптеры (около 500-700 гр.) — еда, медицинские препараты и др. могут быть с помощью мультикоптеров переправлены людям, доступ спасателей к которым ограничен, а использование вертолетов невозможно и опасно.
Мультикоптеры могут обеспечивать мобильный беспроводной доступ к удаленным местам. Для этого необходимо использовать два мультикоптера, для обеспечения непрерывного обслуживания (с поочередной сменой и зарядкой батарей).
Имеется много других случаев, при которых снимки с воздуха, таких объектов как лесные и другие большие пожары, происшествия могут быть полезны для поддержки служб спасения и документирования нанесенного ущерба.
Строительство мостов.
Мультикоптеры могут быть использованы для протяжки первых тонких веревок через реки и каньоны, которые потом будут использованы для натяжения крепких мостовых тросов.
Установка объектов.
Возможные способы использования:
- установка отражателей радаров на лед для более легкого обнаружения льдин кораблями;
- исследование кратеров вулканов и размещение сенсоров предупреждения об извержениях.
Информирование:
В случае недоступности обычных каналов информирования населения, мультикоптеры могут применяться в качестве альтернативного способа информирования. Для примера: «Не пейте воду из этой реки – заболеете!». Для этого необходимо загрузить мультикоптеры листовками, которые они поднимут и донесут до необходимого места, после чего сбросят и ветер сделает остальное.
Проблемы, требующие разрешения:
- Увеличение полетного времени — при проведении спасательных операций требуется увеличение полетного времени, хотя бы до 45 минут;
- Увеличение всепогодности и дальности использования мультикоптеров;
- Автоматизация некоторых операций по применению мультикоптеров;
- Повышение безопасности — безопасное приземление при потере связи, защита пропеллеров и т.д.).