Multicopter ( eng. Multirotor, multicopter , multi- rotor helicopter, long-term ) är ett flygplan byggt enligt ett helikopterschema , med tre eller flera rotorer [1] .
Helikoptrar med flera rotorer utvecklades under de första åren av helikopterkonstruktion. En av de första quadrocoptrarna ( eng. quadcopter , fyrrotorshelikopter ), som faktiskt tog fart och kunde stanna i luften, skapades av George Botezat och testades 1922. Nackdelen med dessa enheter var en komplex transmission , som överförde rotationen av en motor till flera propellrar. Uppfinningen av stjärtrotorn och swashplate satte stopp för dessa försök. Ny utveckling började på 1950-talet, men saker gick inte längre än prototyper.
Multikoptrar fick en ny födelse på 2000-talet, redan som obemannade fordon . På grund av enkelheten i designen används quadrocoptrar ofta i amatörmodellering [2] , och är också lämpliga för flygfotografering och videofotografering .
Curtiss-Wright VZ-7 är i grunden en quadcopter
Curtiss -Wright X-19 flygplan använder principen om en quadrocopter under start och landning
Hexacopter med monterbar bärbar videokamera
Hexacopter fordonsmodell
Octocopter för privatflyg
Audi Pop.Up Next , ett tvåsitsigt obemannat flygande bilkoncept utvecklat av Audi AG , Airbus , Italdesign
Enligt kontrollprincipen är multikoptrar [3] :
Multikoptrar har 3 eller fler propellrar med konstant stigning ( det finns ingen swashplate , till skillnad från enkla och dubbla propellrar). Varje skruv drivs av sin egen motor. Hälften av propellrarna roterar medurs, hälften moturs, så multikoptern behöver ingen svansrotor . Manövrera multikoptrar genom att ändra propellrarnas rotationshastighet (hastighetsregulator: UBEC, Universal Battery Eliminator Circuit [4] ). Till exempel:
Mikroprocessorsystemet översätter radiostyrningskommandon till motorkommandon. För att säkerställa stabil svävning är multikoptrar nödvändigtvis utrustade med tre gyroskop som fixerar enhetens rulle . Som ett hjälpverktyg används ibland också en accelerometer , vars data gör det möjligt för processorn att ställa in en absolut horisontell position och en trycksensor , som låter dig fixera enheten på önskad höjd. Även ekolod används för automatisk landning och bibehållande av låg höjd, samt för att flyga runt hinder. Användningen av en GPS-mottagare gör det möjligt för dig att spela in flygvägen i förväg från en dator, samt returnera enheten till startpunkten i händelse av förlust av kontrollradiosignalen, eller ta flygparametrar snabbt eller senare [ 5] .
Skruvarna kan monteras direkt på motoraxeln eller genom en växellåda .
Amatörer och professionella multikoptrar använder samlare och borstlösa elmotorer och litiumpolymerbatterier som strömkälla [6] . Detta medför vissa restriktioner för flygegenskaper: den typiska massan för en multikopter är från 1 till 4 kg, med en flygtid på 10 till 30 minuter [7] [8] (30–50 minuter för unika enstaka exemplar). Batterienergireserven tillåter individuella modeller av multikoptrar att flyga upp till 7-12 km, i praktiken är räckvidden (den maximala sträckan de kan flyga och sedan återvända till startpunkten) vanligtvis begränsad till siktlinje (100- 200 m med manuell styrning) eller utbudet av radiostyrningsutrustning och videolänk. Samtidigt kan de bästa proverna av sådan utrustning, med hjälp av radiosignaleffektförstärkare och ett system med riktade antenner, tillhandahålla stabil radiokontroll och videolänk på avstånd upp till 100 km. Den största begränsningen av räckvidden för multikoptrar är alltså flygtiden.
Dessa begränsningar leder till det faktum att multikoptrar vanligtvis används som "kortdistans" enheter : för amatörflyg nära en själv, för foto- och videoinspelning av närliggande objekt, och så vidare (för jämförelse, obemannade flygplan med ett batteri av en liknande kapacitet kan flyga 10— 15 km på en flyghöjd av 1-2 km).
Nyttolasten som lyfts av modeller av multikoptrar av medelstorlek och bärkapacitet är från 500 g till 2-3 kg, vilket gör att du kan lyfta en liten foto- eller videokamera i luften (vanligtvis en actionkamera i billigare modeller, eller SLR-kameror i professionella). Det finns också ganska stora modeller av multikoptrar, med antalet rotorer i storleksordningen 6-8 (hexa- och oktokoptrar), som kan lyfta en last som väger upp till 20-30 kg i luften. För att öka bärförmågan används ett koaxiellt arrangemang av rotorerna, vilket i fallet med en hexacopter ger till exempel 12 motorer och 12 propellrar placerade i par på 6 bärbalkar .
Flyghastigheten för en multikopter kan vara från noll (fast svävning vid en punkt) till 100-110 km/h.
Det finns också tre- och femrotors helikoptrar ( tri- och pentakoptrar). En av motorerna där är placerad på en rörlig plattform uppträdd på en axel, vars rotationsvinkel ändras av en servodrivning - det är så apparaten roterar runt sin axel [9] . Separat är det värt att notera experimentella enheter: bikoptrar, quadrocoptrar med propellrar med variabel stigning , quadrocoptrar med motorer på pumphjul , men de har inte fått någon distribution.
Det finns flera typer av multikoptrar beroende på propellrarnas placering i förhållande till rörelseaxeln och beroende på deras rotationsriktning:
Den moderna användningen av multikoptrar är mycket varierande: från leksaker, leverans av varor , amatörfoto- och videoutrustning till passagerar- och lastfordon och stridsrobotar [ 10] [11] [12] [13] .
Multikoptrar är bekväma för billig flygfotografering och filmning - en skrymmande kamera tas ut från propellrarnas område .
Quadcopter AirRobot AR 100-B
Miniatyr quadcopter, med en fjärrkontroll med möjlighet att installera en surfplatta som en videosignalmottagare
Professionell fotograferingsquadcopter med digitalkamerafästen
Quadcopter för visuell kontroll av det omgivande utrymmet för brottsbekämpande myndigheter "Griffin-41"
Experimentell quadrocopter "Ehang 184"
Prototyp Volocopter "2X"
Nyligen har det dykt upp miniatyr quadrocopters som passar i din handflata ( Walkera Ladybird , WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop , etc.). De är praktiskt taget säkra (enhetens massa är mindre än 100 g), samtidigt låter de dig få de grundläggande färdigheterna att flyga på en multirotorenhet, eftersom principen för deras kontroll inte är annorlunda. Det är möjligt att flyga quadcoptrar av denna storlek hemma utan att riskera att skada människor eller föremål. Vissa modeller accelererar till imponerande 26 m/s [14] , har hög bildkvalitet och styrs på mer än 3,5 km avstånd.
Tricopter
USB- laddning mini quadcopter
Mini quadcopter med IR -kontroll
Robbe Blue Arrow Nano Loop Quadcopter
Mini quadcopter med fjärrkontroll
Oktokopter under flygning
Parrot AR.Drone 2.0 quadcopter med Wi-Fi-kontroll med smartphones/surfplattor istället för en fjärrkontroll
Till skillnad från ett flygplan , som kan glida med motorn avstängd, eller en helikopter, som kan landa med autorotation , är en multikopter helt okontrollerbar när motorerna eller strömmen är avstängda. Quadcoptern kan upprätthålla stabilisering om en av motorerna går sönder. En hexacopter eller oktokopter kan dessutom göra en mjuklandning med en tomgångsmotor, men inte i alla fall (till exempel om minst ett blad går sönder ökar vibrationerna på grund av obalans så mycket att styrenheten slutar fungera, och enheten hamnar i ett okontrollerat fall). Men det finns redan experimentella quadrocoptrar som kan stabilisera flygningen och landa om en av motorerna tappas [15] .
Med tanke på att multikoptern har en betydande massa, en stel kropp och snabbt roterande propellrar, kan dess kollision med människor eller fordon leda till negativa konsekvenser. Därför rekommenderas inte att flyga över människor eller vägar. Det är lämpligt att planera flygvägen så att det vid behov (till exempel när batteriet börjar ta slut) finns en plats nedanför för en säker landning.
Den mänskliga faktorn är också viktig. En modern flygkontroller, när det gäller komplexiteten i inställningar och antalet flyglägen, är nästan lika bra som en stationär dator . Ouppmärksam läsning av dokumentationen, underlåtenhet att utföra nödvändiga åtgärder (till exempel kalibrering av kompassen under installationen) kan leda till okontrollerad flygning och förlust av enheten. Avgång av enheten utanför fjärrkontrollens räckvidd i avsaknad av GPS-returläge är också en av orsakerna till förlusten av enheter.
Av säkerhetsskäl är vissa modeller av fjärrstyrda multikoptrar utrustade med redundanta navigations- och positioneringssystem, delar av intelligent robotik som hjälper flygplanet att självständigt fastställa hinder på flygvägen och flyga runt dem, skyddskåpor för propellrar eller hela flygplanet och oberoende återgå till startplatsen om styrsignalen tappas [11 ] [6] [16] [17] .
I Ryska federationen har ett tillståndsförfarande upprättats för flygningar av alla obemannade flygfarkoster utan undantag. Artikel 33 i den ryska federationens luftkod bestämmer vilka UAV som är föremål för registrering och vilka som ska redovisas, men för närvarande finns det inga rättsliga konsekvenser för medborgare som inte registrerar/registrerar obemannade flygfarkoster. För flygningar utan tillstånd att använda luftrummet (IWP) föreskrivs ansvar enligt art. 11.4 i koden för administrativa brott - för individer, böter på upp till 50 000 rubel, upp till 150 000 rubel. för tjänstemän och upp till 300 000 rubel. för juridiska personer. För att få tillstånd för en TTI inom befolkade områden måste en ansökan om TTI lämnas in till den lokala regeringen i förväg , där färdplanen ska anges. Samtidigt finns det restriktioner - i tid och inom territorium (förbjudna zoner och flygbegränsade zoner). Till exempel är flygningar nära flygplatser , militära och andra skyddade anläggningar, kriminalvårdsinstitutioner definitivt förbjudna , och under 2018 FIFA World Cup införde Federal Air Transport Agency restriktioner för TRP över städerna där mästerskapet hölls från 1 juni till juli 17, 2018 [18]
Foto- eller videoinspelning med obemannade flygfarkoster regleras separat. Att fotografera från luften syftar på flygarbete, även när det gäller att ta konstnärliga fotografier. I enlighet med gällande lagstiftning kräver sådan filmning:
Efter att inspelningen är klar överförs det filmade materialet till den regionala FSB för hävande av sekretess och efterföljande användning i allmän egendom [19] .
| Flygplan | |
|---|---|
| Planerare | |
| Rotary-vingad | |
| Aerostatisk | |
| Aerodynamisk | |
| Raketdynamik | |
| Övrig | |