Найти тему
Цифровой Океан

Основные технологии дрон-рейсинга

Оглавление

Первые квадрокоптеры имели пластмассовые рамы, но пилоты быстро перешли на углеволокно. Конструкцию стягивают стальными винтами с наивысшим классом прочности.

Рассказываем, какие еще технологии применяются в производстве дронов

Дрон-рейсинг напоминает «Формулу-1» 1970‑х годов: за рулем болидов горячие головы, а революционные изобретения и прорывные технологии рождаются в гаражах, чтобы после «уйти в народ».

  • Именно такая творче­ская атмосфера создает плавильный котел идей, которые меняют целые индустрии.

При этом раз в неделю летчики встречаются на очной тренировке в спортивном комплексе, где устанавливают ворота и флаги, чтобы отработать элементы в боевом режиме.

-2

БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Сферы применения: грузовые и пассажирские коптеры, электромобили, роботы

Гоночный квадрокоптер весом около 550 грамм разгоняется от 0 до 200 километров в час всего за 2 секунды — ​гораздо быстрее, чем автомобиль «Формулы‑1». Пилот контролирует полет аппарата с точностью до сантиметра: дрон может влететь в форточку на скорости 100 км/ч, развернуться практически на месте и вылететь в окно.

  • Секрет потрясающей динамики и маневренности кроется в огромной тяговооруженности: силовая установка квадрокоптера создает в 10–15 раз больше тяги, чем весит сам аппарат.

В электродвигателях гоночных дронов нет щеток. Ток между обмотками переключается не механически, как обычно, а с помощью цифровых регуляторов. Благодаря этому решению мотор состоит всего из трех деталей: ротора, статора и вала. Корпуса двигателей делают из легких сплавов алюминия и магния, в конструкции ротора используют мощные неодимовые магниты.

-3

Четыре мотора диаметром по 2,5 сантиметра имеют суммарную мощность около 5 лошадиных сил — ​больше, чем у 50-кубового мопеда. Скорость вращения пропеллера достигает 40 000 оборотов в минуту.

-4

ТОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОВООРУЖЕННОСТИ

Сферы применения: каршеринг, дроншеринг и все виды общественного электротранспорта

Литий-полимерные аккумуляторы — ​это топливные баки дронов. Спортивные батареи отличаются от тех, что стоят в смартфонах и ноутбуках, способностью быстро отдавать большие токи моторам, когда пилот толкает вверх ручку газа.

Аккумулятор дрона состоит из 4–6 соединенных литий-полимерных ячеек, поэтому напряжение в бортовой сети достигает 24 вольт.

Масса батареи прямо пропорциональна ее емкости. Чтобы добиться лучшей динамики, пилоты стремятся брать на борт как можно меньше «топ­лива»: ровно столько, чтобы хватило на гонку. Параллельно идет борьба за повышение экономичности двигателей.

-5

ЛЕГКИЕ И ДЕШЕВЫЕ ­РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сферы применения: бытовая техника, туристическое снаряжение, личный транспорт

Также как команды «Формулы‑1» выбирают подходящие шины для каждого заезда, пилоты FPV-дронов постоянно экспериментируют с пропеллерами.

  • В зависимости от количества лопастей и их угла атаки аппарат может либо развивать большую максимальную скорость ценой потери «резкости» управления, либо, наоборот, становиться более медленным, но отзывчивым.

На скорости вращения 40 000 оборотов не последнюю роль играет инерция. Легкий пропеллер быстрее набирает скорость, да и «максималка» у него выше. С другой стороны, винты гоночных дронов нельзя делать из чего-то дорогого.

-6

В дрон-рейсинге они считаются расходным материалом, так как ломаются при каждом падении, поэтому пилотам приходится заказывать их мешками.

-7

УПРАВЛЕНИЕ С ВИДОМ ОТ ПЕРВОГО ЛИЦА

Сферы применения: дистанционно управляемые роботы и дроны военного и гражданского назначения

Авиамоделисты прошлого века управляли своими самолетами, наблюдая за полетами с земли. Но, для того чтобы контролировать маленький квадрокоптер на скорости выше 100 км/ч, пилоту нужно обязательно «посадить себя за штурвал» с помощью курсовой видеокамеры и очков FPV (First Person View, «вид от первого лица»).

-8

Если посмотреть на дрон сбоку, можно заметить, что курсовая видеокамера направлена под углом вверх. Дело в том, что аппарат летит вперед, сильно опустив нос, чтобы по максимуму использовать тягу пропеллеров для ускорения. Сама камера не цифровая, а аналоговая.

Качество изображения скромное, как у бюджетных камер видеонаблюдения. Зато аналоговые системы не имеют задержки при передаче сигнала, что крайне важно на скоростях под 200 км/ч.

Чтобы оградить себя от отвлекающих факторов, пилоты используют FPV-очки. В небольшом шлеме помещается дисплей (моно), на который поступает сигнал с камеры дрона, и увеличивающие линзы для глаз. На дисплей также выводится телеметрия: данные о скорости, высоте, заряде аккумулятора, токопотреблении. Похожее управление от первого лица используется на спасательных роботах, служащих в опасных зонах.

Курсовые камеры помогают не только пилотам, но и судьям. По монитору наблюдатели сразу замечают, если кто-то срезал поворот или сделал неспортивный маневр
Курсовые камеры помогают не только пилотам, но и судьям. По монитору наблюдатели сразу замечают, если кто-то срезал поворот или сделал неспортивный маневр

ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ

Сферы применения: все виды летательных аппаратов, шагающие роботы, навигационное оборудование, смартфоны, носимые устройства

  • Идея летательного аппарата с четырьмя роторами появилась еще в 1920-е годы, однако до начала XXI века ее не удавалось полноценно реализовать. Для того чтобы автоматически регулировать тягу на четырех моторах, необходим компьютер с целым набором датчиков.

Современный полетный контроллер — ​это печатная плата размером всего 20 на 20 миллиметров. На ней расположен микроэлектромеханический гироскоп-акселерометр, похожий на тот, что есть в любом современном смартфоне. Это устройство позволяет аппарату удерживать заданный угол полета или балансировать при зависании. Кроме того, на плате устанавливают барометр. Благодаря ему дрон удерживает высоту с точностью до нескольких сантиметров, ориентируясь на атмосферное давление.

Микропроцессор обрабатывает данные со всех датчиков и автоматически отдает команды на замедление или ускорение отдельных моторов.

На плате полетного контроллера также есть «черный ящик» — ​небольшой модуль памяти, который хранит данные о полете и помогает находить ошибки в настройках.

-10

По сигналу в мессенджерах пилоты нередко спонтанно собираются ночью, чтобы полетать на безлюдных парковках, в парках и заброшенных зданиях

ГРУППОВАЯ УЧЕБНАЯ СИМУЛЯЦИЯ

Сферы применения: обучение управлению сложной техникой и командной работе

Гоночные дроны в управлении сильно отличаются даже от обычных «съемочных» квадрокоптеров. Аппараты для любительских полетов вроде DJI Mavic ограничивают предельные углы крена и пикирования, а также автоматически выравниваются при установке стиков пульта в нейтральное положение.

  • Гоночные квадрокоптеры не имеют никаких ограничений, благодаря чему могут совершать бочку, мертвую петлю и другие фигуры высшего пилотажа.

Обучение начинается с тренировок на симуляторе — ​курсант должен налетать минимум 10 часов в компьютерной игре с подключенной по USB аппаратурой управления. После такого вводного курса можно начинать самостоятельно летать на настоящем дроне, хотя даже пилоты-чемпионы не забрасывают тренажер.

-11

Два раза в неделю летчики Всероссийской лиги дрон-рейсинга собираются на онлайн-тренировки в Discord. Вместе с пилотами на сервере сидит инструктор, который наблюдает за экранами тренирующихся, анализирует виртуальную телеметрию с дронов и положение стиков на аппаратуре управления, дает советы.

-12

АНАТОМИЯ ДРОНА

Благодаря работе инженеров из разных индустрий медленные и тяжелые квадрокоптеры за 15 лет превратились в болиды, легко развивающие более 200 км/ч.

-13

1. Пропеллеры дронов, как правило, делают из поликарбоната. При падении такие лопасти не образуют острых осколков.

2. Антенны коптера используются для приема сигналов управления и передачи видеопотока, реализуемого с помощью камер.

3. Видеопередатчик высокой мощности от нагрева может терять нужную частоту. Для устойчивости связи модуль помещают в алюминиевый кейс с ребрами охлаждения.

4. Полетный контроллер позволяет дрону удерживать направление движения, скорость и высоту. Регулятор скорости под ним управляет вращением двигателей.

5. Бесколлекторные моторы под нагрузкой могут нагреваться до 100 градусов. Для охлаждения в двигателях предусмотрены специальные отверстия.

6. Аналоговая курсовая видеокамера имеет угол обзора порядка 130 градусов. Пилот видит препятствия не только на пути дрона, но и по бокам.

7. Детали карбоновой рамы вырезают из листов углепластика на станке с ЧПУ. В случае аварии пилот может быстро заменить поврежденную деталь прямо на летном поле.

...............................................................................................................................

«КОСМИЧЕСКАЯ ПРИЧУДА» SPACEX ХРОНОЛОГИЯ ЗАПУСКОВ И УБИЙСТВЕННЫЙ ПРОГНОЗ ДЛЯ ПЕРВЫХ КОЛОНИСТОВ МАРСА

Есть ли жизнь на Марсе? Скоро узнаем! История компании космического уровня.

...............................................................................................................................

Читайте новости про технологии и цифровизацию на нашем онлайн-портале digitalocean.ru и в соцсетях:

▪️ Telegram: t.me/digitaloceanru

▪️ Вконтакте: vk.com/digitalocean_ru

▪️ Яндекс.Дзен: zen.yandex.ru/digitalocean

▪️ YouTube: bit.ly/digitalocean_youtube

Для фанатов хрустящих страниц, пахнущих типографской краской — доступны все номера печатного «Цифрового океана» на Озоне: bit.ly/digitalocean_ozon