Квадроко́птер або квадро́тор — літальний апарат, різновид вертольота чи мультикоптера з чотирма несними гвинтами[1].
Невеликі розміри, маневреність і здатність зависати на місці роблять його ефективним для польотів за складним маршрутом.
Хоча квадрокоптери почали розроблятися в 1920-і, а особливо в 1950-і роки, вони не могли конкурувати зі звичайними вертольотами чи конвертопланами. Поширення квадрокоптерів відбулося тільки з 2000-х років, коли розвиток мікроелектроніки дозволив реалізувати квадрокоптери в формі БПЛА або дронів.
Квадрокоптери мають широкий спектр застосувань від аерофотозйомки до доставки вантажів.
Дизайн
Квадрокоптер — це апарат, важчий за повітря, здатний до вертикального зльоту і посадки, який рухається в повітрі чотирма гвинтами, розташованими в одній площині. На відміну від звичайних вертольотів, квадрокоптер може змінювати швидкість обертання кожного гвинта, чим і забезпечується його політ. Два з них обертаються за годинниковою стрілкою, два — проти, що дозволяє не тільки рухати апарат у горизонтальній чи вертикальній площині, а й нахиляти його в різні боки[2].
Типово квадрокоптери — це невеликі безпілотні апарати. Основною частиною квадрокоптера є рама з чотирма подовженнями, на кінцях яких кріпляться гвинти. Каркас апарата легкий і при цьому жорсткий, у ньому розміщуються акумулятор для живлення електродвигунів постійного струму з гвинтами, плата контролера, різні датчики (гіроскоп, акселерометр, барометр, відеокамера тощо) та сигнальні вогні. Акумулятор зазвичай розташовується в нижній частині апарата задля його стабільності під час польоту. Двигуни розташовані на однаковій відстані від центру[2].
Людина, що керує безпілотним квадрокоптером за допомогою віддаленого пульта, називається оператором. Зв'язок з оператором відбувається через Bluetooth і/або Wi-Fi. Квадрокоптер може мати автоматизовані системи зльоту/посадки, що не потребують контролю з боку людини. Деякі квадрокоптери також здатні літати цілком автономно[3].
Історія
Перший квадрокоптер розробив у 1920 році французький інженер Етьєн Омніген. Його пілотований апарат під назвою Oehmichen 2 здійснив 1000 успішних польотів і пролетів найдовшу відстань у 360 метрів[2] 1924 року[3].
Впродовж 1954—1957 років у США розроблялися проєкти квадрокоптерів цивільного та воєнного призначення[4]. В 1956 році американець молдовсього походження Георгій Ботезат побудував пілотований квадрокоптер Convertawings Model A, де зміна тяги гвинтів використовувалася, щоб контролювати крен, тангаж і поворот апарата[3]. Конструкція включала два двигуни, що приводили в рух чотири гвинта. Це також був перший квадрокоптер такої конструкції, що продемонстрував успішний політ вперед. Однак, розробку було припинено через відсутність замовлень[5]. Нездійснений проєкт Convertawings Model E пропонував політ дальністю 300 миль і вантажопідйомність у 4,9 т.[6]
У 1950-х і 1960-х роках розроблялися «літаючі платформи» і пов'язаний з ними «літаючий джип» — одномісний квадрокоптер, призначений для розвідувальних місій, як VZ-6 чи Model 59H AirGeep. Вони були менші за гелікоптери, могли успішно приземлятися на ґрунт і літати серед міської забудови. Проте, одномісність таких апаратів обмежувала дії пілота, який повинен був крім бою/розвідки керувати квадрокоптером. Вони могли мати лише невеликі гвинти та паливні баки і демонстрували погану стабільність у вітряну погоду. Тому більші, але місткіші, вертольоти виявилися перспективнішими[7].
Широке застосування квадрокоптерів розпочалося тільки в XXI ст. як безпілотних апаратів[2]. Їхня популярність зумовлена потребою в маневрених апаратах та можливістю зависання на місці. Конструкція з чотирма гвинтами дозволяє квадрокоптеру бути відносно простим за конструкцією, але при цьому дуже надійним і маневреними, як жодні інші апарати[8]. На початку 2000-х років квадрокоптери розглядалися передусім як засіб аерофотозйомки для рятувальних місій, боротьби зі злочинністю, зйомки масових заходів[8].
Приблизно з 2005 по 2010 рік прогрес в електроніці дозволив виробляти дешеві легкі контролери польоту, акселерометри, системи глобального позиціонування та відеокамери. Це забезпечило будівництво малих квадрокоптерів навіть аматорами[9][10] з доступних деталей, таких як Arduino[3].
Застосування
Аерозйомка. Завдяки маневреності, квадрокоптери здатні рухатися за складним маршрутом, що робить їх ефективними в моніторингу та відеофіксації різних подій і процесів. За їх допомогою складаються детальні карти рельєфу, відбувається тривимірне моделювання великих об'єктів і територій, аналіз місцевості на важкодоступних або недоступних іншим чином територіях[11].
Догляд за рослинами. Квадрокоптери використовуються для вибіркового обприскування рослин, доставляючи хімікати, наприклад, до хворих дерев, не зачіпаючи сусідні. За допомогою квадрокоптерів можна висаджувати рослини в ґрунт[11].
Доставка вантажів. Квадрокоптери ефективні в доставці товарів одразу до місця потреби. Станом на 2023 рік вантажопідйомність квадрокоптерів досягнула 100 кг[12].
Спорт. Квадрокоптери використовуються для змагань, мета яких полягає в керуванні дроном задля його проведення маршрутом, оминаючи перешкоди[13][14].
Війна. Квадрокоптери використовуються для розвідки, оцінки ушкоджень, точного наведення ударів артилерії. В деяких випадках такі дрони можуть використовуватися для ураження цілей, якщо оснащені невеликими боєприпасами або вибухівкою[15].
Див. також
Інтернет-ресурси
- UPenn GRASP Laboratory [Архівовано 2015-04-20 у Wayback Machine.]
- ETH Zurich Research on Quadrotors
- FAA UAS Model Aircraft Operations safety guidelines
- TED Raffaello D'Andrea: The astounding athletic power of quadcopters
Примітки
- ↑ Hoffman, G.; Huang, H.; Waslander, S.L.; Tomlin, C.J. (20–23 August 2007). «Quadrotor Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment» (PDF). In the Conference of the American Institute of Aeronautics and Astronautics. Hilton Head, South Carolina. Archived from the original (PDF) on 13 August 2010.
- ↑ а б в г Tatale, Omkar; Anekar, Nitinkumar Raghunath; Phatak, Supriya; Sarkale, Suraj (2019). Quadcopter: Design, Construction and Testing. International Journal for Research in Engineering Application & Management (IJREAM) (англ.). Т. 4.0. doi:10.18231/2454-9150.2018.1386. Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ а б в г Aina, Esther M.; Baiyeroju, Damilola A.; Fadare, David A.; Fadare, David E.; Falana, Ayodeji; Kazeem, Rasaq A.; Ikumapayi, Omolayo M.; Ogedengbe, Temitayo S.; Fadare, Dorcas A. (2024). UIQuad I: A Low-cost and Modular Surveillance Quadcopter. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. с. 11—17. doi:10.18178/ijmerr.13.1.11-17. Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ Convertawings Model F. Aviastar. Процитовано 26.09.2024.
- ↑ Convertawings Model "A" Quadrotor at the Cradle of Aviaton Museum. www.cradleofaviation.org (англ.). Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ Convertawings Model E Quadrotor helicopter. Vertical Flight Photo Gallery (укр.). Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ The Flying Platforms & Jeeps. web.archive.org. 24 жовтня 2011. Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ а б The Quadrotor’s Coming of Age – USC Viterbi School of Engineering. illumin.usc.edu. Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ Hoffmann, G.; Rajnarayan, D.G.; Waslander, S.L.; Dostal, D.; Jang, J.S.; Tomlin, C.J. (2004). The Stanford testbed of autonomous rotorcraft for multi agent control (STARMAC). IEEE. с. 12.E.4–121–10. doi:10.1109/DASC.2004.1390847. ISBN 978-0-7803-8539-9. Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ Büchi, Roland (2011). Fascination Quadrocopter (англ.). Books on Demand. ISBN 978-3-8423-6731-9.
- ↑ а б Використання дронів у сільському господарстві. DRONE CENTER (укр.). Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ McNabb, Miriam (8 жовтня 2023). Flying Basket Cargo Drone Has 100 KG Capacity. DRONELIFE (амер.). Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ Is Drone Racing the Sport of the Future?. Red Bull (англ.). 8 лютого 2021. Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ Drone Sport | World Air Sports Federation. www.fai.org (англ.). 20 липня 2017. Процитовано 26 вересня 2024.
- ↑ Застосування квадрокоптерів: революція в повітряній техніці. День за днем. 08.09.2023. Процитовано 26.09.2024.