Как работи дрона?

безпилотни летателни

Всеки човек, който започне да се интересува сериозно от дронове, има желание да научи за това как работят и летят. За вътрешната структура на дроновете и принципите на тяхното функциониране - в материала iot.ru.

От какви части се състои дронът?

Съвременните модели безпилотни летателни апарати могат да бъдат толкова прости, колкото са предназначени предимно за развлекателни цели, както и сложни компоненти, които могат да превърнат тези самолети в наистина професионални устройства.

Въпреки че вътрешността на дрона може да се различава при различните модели, основните компоненти винаги са едни и същи. По принцип всеки дрон може да бъде разделен на следните части (вижте фигурата по-долу):

работи

Основните елементи на дрона. Източник: rc-like.ru

Рамката е основата на дрона, към която са прикрепени всички негови съставни елементи. Основната задача на разработчиците при производството на рамката е да превърнат дрона в удароустойчиво, леко и трайно устройство.

безпилотни летателни

Дрон рамка. Източник: kvadrokopters.com

Рамката обикновено е направена от полимери или здрави, но леки сплави. Освен това активно се използват въглерод, фибростъкло и други материали, които могат да осигурят максимална структурна твърдост.

По принцип рамката се състои от много части (по-рядко от една част), което позволява по-голяма маневреност и лекота на управление. Той също има дупки, през които се полага електрическото окабеляване. Той свързва полетния контролер с всички останали части на дрона.

Контролерът на полета е „мозъкът“ на дрона. Той е програмиран да обработва различни сигнали, идващи от дистанционното управление на оператора и монтираните на него сензори. Колкото повече сигнали може да обработи контролерът, толкова по-гъвкав е дронът. Полетният контролер е свързан към всеки от четирите двигателя с помощта на контур, който ви позволява да изпращате контролни сигнали (програмирани команди) към тях.

работи

Свързване на полетния контролер към компонентите на дрона. Източник: kvadrokopters.com

Тъй като стабилността на целия полет зависи от работата на полетния контролер, при създаването на безпилотни самолети разработчиците активно използват различни методи, които позволяват на тези елементи да максимизират вибрационната изолация. Като цяло, колкото по-добре контролерът е изолиран от вибрации, толкова по-стабилно ще лети дронът. Наскоро бяха пуснати контролери за полети от висок клас с вградена вибрационна изолация.

Набор от различни сензори (GPS, жироскопи, барометър, акселерометър и др.) Са свързани към полетния контролер, които предават своите показания към него. Обратната връзка с оператора се осъществява чрез специален предавател, инсталиран на корпуса. В зависимост от получените показания операторът променя параметрите на полета на дрона. Ако полетният контролер на дрона е достатъчно „умен“, тогава въз основа на показанията на сензорите и вградените в него алгоритми на програмата той може самостоятелно да променя параметрите на полета на безпилотния апарат, без да прибягва до помощта на оператора.

Окончателният състав на полетния контролер зависи от цената на дрона. Най-простите безпилотни летателни апарати могат да контролират само въртенето на двигателите в зависимост от входящите команди, докато най-напредналите могат например да се върнат независимо до стартовата точка. Основният състав на полетния контролер е както следва:

Основен процесор - отговорен за обработката на команди

Жироскоп - сензор за определяне на позицията на дрона в пространството

Борометър - устройство, което определя височината на устройството

Акселерометър - устройство, което анализира ускорението на устройство в три равнини (x, y, z).

Стрелка за посока - показва посоката, в която дронът трябва да лети (разположен в един от ъглите на основата на дъската)

GPS навигатор - определя местоположението на дрона

Квадрокоптерни двигатели, витла и регулатори

Всеки мотор (има общо 4) се свързва с едно витло и го задвижва със скоростта, генерирана от регулаторите на скоростта. Регулаторът на оборотите задава скоростта въз основа на команди от контролера на полета.

безпилотни летателни

Трябва да се отбележи, че витлата и двигателите са най-бързо износващите се части на дрона, тъй като по време на полета му основният товар пада върху тях. Нещо повече, в случай на различни аварийни ситуации, включително падане на безпилотни летателни апарати, отворените части на конструкцията, към които принадлежат витлата, се разрушават първо. Ето защо разработчиците на безпилотни летателни апарати препоръчват на новодошлите да купуват превозни средства, оборудвани със специална защита на витлото. Това могат да бъдат дъги или капаци, които са устойчиви на удар и предпазват витлата от повреди.

безпилотни летателни

Дрон двигатели. Източник: kvadrokopters.com

Дрон батерии

Друг важен елемент на дрона, както по принцип на всяко автономно устройство, е батерията. Капацитетът му (изразен в милиампера в час) определя максималната надморска височина, която дронът може да изкачи, както и обхвата и времето за полет. Въз основа на това разработчиците на дронове също обръщат много внимание на батерията.

безпилотни летателни апарати

Дрон батерия. Източник: kvadrokopters.com

Всички безпилотни батерии са сравнително тежки, така че конструкцията за монтирането им трябва да е достатъчно здрава (още една причина рамката да е направена от надеждни и здрави материали).

Поради ниския капацитет и малкия размер на батерията, миниатюрните дронове могат да останат във въздуха за не повече от 3-5 минути. Аматьорските модели са в състояние да останат във въздуха за около 12-15 минути. Продължителността на полета на професионални безпилотни летателни апарати в автономен режим е не повече от половин час. Както можете да видите, времето за полет на дронове, в зависимост от размера и капацитета на батериите, сега е един от най-проблемните фактори в развитието на индустрията, но разработчиците и производителите на дронове обещават, че решението на това проблемът е въпрос на близко бъдеще.

Как лети дрон?

Характерът на движението на безпилотния апарат се контролира от дистанционно контролно табло, сигналите от което се изпращат към бордовия компютър на самолета. Към тези сигнали могат да се добавят необходимите корекции от инсталираните сензори.

безпилотни летателни

Контролер за дрон Turnigy 9x

Всеки контролер на безпилотен самолет е настроен на определен брой канали. Минималният брой на безпилотните канали е 4 (броят на осите под контрол се определя). Горната снимка идентифицира най-популярния хардуер за управление на безпилотни летателни апарати, Turnigy 9x. Той е популярен, тъй като има относително ниска цена (около 5000 рубли), но в същото време е доста функционален - 4 канала за основно управление и 5 допълнителни програмируеми канала.

След обработка на получените сигнали, полетните контролери на безпилотния апарат изпращат съответните инструкции на контролерите на скоростта и те от своя страна променят параметрите на въртене на витлата на самолета.

За да може дронът да лети балансирано и добре контролирано, витлата му се въртят в различни посоки по време на полета (едната двойка по посока на часовниковата стрелка, а другата обратно на часовниковата стрелка). Естеството на полета на дрона зависи от параметрите на въртенето на витлото:

Ако всички витла се въртят с еднаква скорост, самолетът излита

Ако един от витлата се върти по-бързо, дронът се накланя и се движи в съответната посока

Ако чифт витла започнат да се движат по-бързо, дървото се обръща в тази посока

работи

Схема на витлата при летене на дрон. Източник: kvadrokopters.com

Като цяло, въз основа на естеството и траекторията на движение на дрона, той може:

Движете се хоризонтално

Движете се напред-назад

Движете се наляво и надясно

В същото време някои модели са в състояние да се въртят на място и дори да изпълняват така наречените обръщания - обръщане на място около оста си.

Говорейки за скоростните характеристики на дрона, те се колебаят в зависимост от модела на устройството. В момента тези показатели са равни от нула (замръзване на място) до 100-150 км/ч.

Всички съвременни превозни средства са оборудвани със софтуер за безопасен полет. Ако батерията започне да се изтощава, дронът ще уведоми оператора за това и когато зарядът е близо до нула, системата за управление ще насочи дрона към мястото, откъдето е стартирал (вграденият GPS навигатор е отговарящ за ориентацията в пространството). Също така, софтуерът за сигурност позволява на безпилотния апарат да не излиза извън зоната на покритие на контролния панел (в момента тази зона може да бъде до няколко километра, в зависимост от модела на дрона)

Заснемане

новини

новини

Управление на дрона с очила. Източник: kvadrokopters.com

Разнообразието от дронове на пазара е впечатляващо в момента. Тя може да бъде малка за деца, и аматьорска с камера, и с функции на интелигентен полет, и професионална и състезателна. Масата на търтеите може да варира от няколкостотин грама до десет килограма, а размерите варират от 3 см до 2 метра в диаметър. Въпреки цялото разнообразие, както видяхме, общите принципи на работа на безпилотни летателни апарати са съвсем прости. Толкова просто, че сега голям брой радиолюбители събират безпилотни самолети у дома.

Все пак са необходими добри инженерни умения, за да създадете дрон със собствените си ръце. Първо, необходимо е да се извършат изчисления, които ще ви позволят да намерите оптималния баланс между масата на апарата, капацитет на батерията, мощност на двигателя и редица други важни параметри. Всички характеристики на дрона са взаимосвързани помежду си. Например, ако трябва да увеличите времето за полет, трябва да инсталирате по-мощна батерия, която ще изисква по-голям полезен товар и повече консумация на енергия от дрона.