Основные узлы и элементы БПЛА, или устройство дрона

Беспилотник является сложным техническим устройством, которое способно выполнять ряд задач в воздухе. С момента появления первых аппаратов прошло более ста лет, и за этот период дроны приобрели новые очертания, функции, модели и даже уникальный экстерьер. На старте своей истории дроны использовались только как военная техника, сейчас же спектр их применения значительно расширился, а вместе с тем и количество пользователей, эксплуатирующих устройства как в частных, так и в профессиональных целях. Беспилотники применяются в поисково-розыскных мероприятиях, с их участием устраиваются соревнования на скорость, они выступают в роли фотографа. Для каждой из целей можно подобрать наиболее подходящую модель, а для большего понимания будет полезно познакомиться с основными элементами беспилотника.

Функции беспилотника, что можно и нельзя

Одна из главных задач, которую должен решать каждый владелец дрона, это правильное включение и выключение устройства, эксплуатация, а как следствие и обеспечение безопасности. Возникает вопрос: можно ли оставлять дрон включенным без присмотра? Согласно известным фактам и опыту в данной сфере, категорически не рекомендуется оставлять дрон включенным без должного присмотра. Это связано с безопасностью и возможными негативными последствиями.

Внимание! Если оставлять дрон включенным на протяжении длительного времени, то это может привести к излишнему износу его компонентов и электроники. Постоянная нагрузка на батарею может сократить ее срок службы и повлиять на производительность аппарата. Также возникает риск перегрева, что может привести к повреждению самого дрона.

Компоненты дрона, такие как моторы, электронная плата и сенсоры, могут быть подвержены износу при продолжительной работе. Длительное использование без присмотра может привести к поломке и высоким расходам на ремонт или замену компонентов. Это важно знать и учитывать каждому владельцу дрона. Чтобы сохранять дрон в рабочем состоянии, следует включать его только перед началом полета и выключать после завершения. Это обеспечит длительный срок службы и хорошую производительность вашего дрона.

В конечном итоге, безопасность и сохранение качественного состояния дрона – важные задачи для любого пилота. Необходимо знать, осознавать и учитывать все риски, связанные с неправильным использованием и оставлением дрона включенным без необходимого присмотра. А теперь рассмотрим основные элементы устройства.

Фундамент беспилотника – рама

При сборке дронов обычно используют комбинацию различных материалов для рамы с целью достижения оптимального баланса между прочностью, жесткостью и другими характеристиками. Например, в рамах могут применяться алюминиевые элементы для обеспечения прочности и стабильности, а также углеродные волокна для уменьшения веса и увеличения жесткости в ключевых областях. Это позволяет создать легкую и прочную конструкцию, способную выдерживать высокие нагрузки и обеспечивать контроль над дроном. Кроме того, некоторые рамы могут включать элементы из пластика или других композитных материалов для улучшения амортизации и снижения вибраций. Такие комбинации материалов обеспечивают также более эффективное использование ресурсов, так как каждый материал придает раме определенные свойства, необходимые для оптимальной работы дрона. Использование композитных материалов, таких как карбоновые волокна или стекловолокно, предоставляет дополнительные преимущества конструкции рамы дрона.

Моторы

Моторы на дронах представляют собой ключевой элемент, определяющий их производительность и функциональные возможности в воздухе. Обычно они бывают двух типов: коллекторные и бесколлекторные. Бесколлекторные моторы, также известные как бесщеточные, становятся всё более популярными благодаря своей высокой мощности, эффективности и долговечности. Они характеризуются надежностью и плавностью хода, что особенно важно для стабильного и плавного полета. Моторы имеют различные маркировки, включающие в себя информацию о диаметре, длине, количестве оборотов в минуту (об/мин), а также о максимальной мощности и энергопотреблении. Различные модели моторов могут иметь разные характеристики, такие как крутящий момент, вес, рабочее напряжение и эффективность, что позволяет выбирать оптимальный вариант в зависимости от требований к дрону и его назначения.

В каждой ситуации важен свой тип полета, который обеспечивается среди прочего за счет характеристик моторов. К примеру, для гонок на дронах лучше выбирать бесколлекторные моторы, так как они гарантируют высокую мощность и отличную динамичность. Такие моторы обеспечивают быстрый отклик на управление и позволяют дрону легко маневрировать в воздухе, что особенно важно для соревнований с высокой скоростью и сложными трассами. С другой стороны, для съемки лучше использовать моторы с более низкой мощностью и плавной работой. Такие моторы обеспечивают стабильный и плавный полет, что позволяет съемочному оборудованию записывать стабильные и качественные видеоматериалы без дрожания и тряски.

У дронов обычно бывает от одного до четырех моторов, в зависимости от их конструкции и назначения. Например, квадрокоптеры имеют четыре мотора, что обеспечивает им стабильность и управляемость в воздухе. Трикоптеры, соответственно, оснащены тремя моторами, а гексакоптеры – шестью. Однако существуют и другие конфигурации, включая дроны с большим количеством моторов для более сложных маневров или носящие более тяжелые грузы.

Электронные регуляторы скорости

Электронные регуляторы скорости – это важные компоненты в системе управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА). Они отвечают за регулировку скорости вращения моторов и, следовательно, за управление движением БПЛА. Основная задача электронных регуляторов скорости – поддерживать заданное значение скорости вращения моторов. Для этого они используют сигналы от полетного контроллера, которые определяют необходимую скорость. Регуляторы скорости оснащены мощными полупроводниковыми компонентами, которые могут эффективно регулировать электрический ток, поступающий на моторы. Таким образом они позволяют достичь точного и плавного управления скоростью.

Электронные регуляторы скорости имеют несколько важных характеристик, которые необходимо учитывать при выборе подходящего регулятора для конкретного БПЛА. Одной из таких характеристик является максимальный ток, который может обрабатывать регулятор. Это определяет максимальную мощность, которую можно получить от моторов. Также важными параметрами являются поддерживаемое напряжение и количество каналов, которыми может управлять регулятор.

Полетный контроллер и приемник

Полетный контроллер и приемник – это ключевые элементы системы управления БПЛА. Они обеспечивают связь между оператором и БПЛА, а также контролируют и координируют все его движения. В данном разделе мы рассмотрим основные функции и принципы работы полетного контроллера и приемника.
Полетный контроллер – это устройство, которое выполняет вычислительные операции и принимает решения на основе информации, полученной от датчиков и оператора. Он отвечает за стабилизацию и управление полетом БПЛА. Полетные контроллеры обычно оснащены мощными процессорами и программным обеспечением, которые позволяют им обрабатывать большое количество данных в реальном времени.
Приемник – это устройство, которое принимает сигналы от пульта управления и передает их на полетный контроллер. Он является связующим звеном между оператором и БПЛА. Приемники обычно работают на радиочастотах и могут иметь различное количество каналов для передачи команд от пульта управления.
 

Батарея

Батарея – это источник питания для БПЛА. Она обеспечивает энергией все компоненты системы, включая моторы, электронику и другие устройства, входящие в комплектацию.

Одним из наиболее распространенных типов батарей для беспилотников являются литий-полимерные (LiPo) батареи. Такой тип аккумуляторов отличаются высокой энергетической плотностью, что позволяет получить большую емкость при относительно небольшом размере и весе. LiPo батареи также обладают высокой разрядной способностью, что позволяет им обеспечивать необходимое питание дрона.

Важными характеристиками батарей являются емкость и напряжение. Емкость определяет количество электрического заряда, которое батарея может хранить. Чем больше емкость, тем дольше аппарат сможет летать без подзарядки. Напряжение, в свою очередь, определяет силу тока, которое может выдаваться батареей.

Модуль навигации и управления

В структуре системы управления система навигации играет ключевую роль, обеспечивая автоматическое управление и оценку состояния БПЛА для настройки автопилота на нужные режимы полета. Выбор технических характеристик навигационной системы зависит от поставленных задач и может варьироваться в зависимости от применяемых принципов навигации. Существуют разные методы навигации, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Например, штурманский метод обеспечивает высокую точность наведения, но уступает в помехозащищенности. Метод расчета маршрута обеспечивает автономность, но имеет низкую точность, в то время как метод распознавания также автономен, но требует большого объема исходных данных.

Основная цель синтеза системы ориентации и навигации заключается в повышении точности определения навигационных и угловых параметров ориентации БПЛА. Для этого интегрированные навигационные системы могут включать в себя инерциальный модуль, магнитный компас, систему воздушных сигналов, высотомер, датчики температуры, а также энергонезависимую память для хранения настроек и программ полета.

Для расширения функционала базового комплекса навигационной системы могут использоваться оптические средства, электронная карта рельефа местности, а также навигационная система с обзорным методом. Развитие систем навигации БПЛА направлено на повышение точности, автономности и универсальности, а также на уменьшение энергопотребления и массогабаритных характеристик. Важным аспектом является также разработка алгоритмов комплексной обработки информации и использование современных технологий машинного зрения для дополнительного источника данных при отсутствии сигналов ГНСС.

Винты (пропеллеры)

Пропеллеры делятся на два основных типа: стандартные и толкающие. Стандартные пропеллеры устанавливаются в передней части дрона и отвечают за направление движения в воздухе. Они изготавливаются из различных материалов, таких как пластик или композитные материалы, и требуют постоянной проверки перед полетом для обнаружения повреждений или износа. Толкающие пропеллеры располагаются в задней части дрона и обеспечивают движение вперед и назад. Они также могут быть сделаны из пластика или композитных материалов и нуждаются в регулярной проверке перед полетом. Изучение и обслуживание пропеллеров не только повышают безопасность полета, но и позволяют более эффективно управлять и получать отклик.

Кроме того, существуют специальные низкошумные пропеллеры, такие как модель 8743 для квадрокоптеров серии DJI Mavic 2. Эти пропеллеры обладают теми же характеристиками, что и стандартные, и толкающие, но обеспечивают более тихий полет, что особенно важно при съемке видео и фото. Они также требуют тщательной проверки перед использованием.

Важно понимать, что выбор пропеллеров зависит от модели и целей использования дрона. Для некоторых задач может потребоваться определенный тип пропеллера для достижения оптимальных результатов. Поэтому при выборе пропеллеров необходимо учитывать как технические характеристики, так и особенности конкретного полетного задания.

При обладании подобной информацией вы готовы самостоятельно выбирать дрон для ваших целей, какие бы требования вы не предъявляли. Хорошего выбора!