Как работает дрон: основные компоненты дрона и их функции

Современные беспилотники — одно из наиболее удивительных и полезных достижений в области современных технологий. Сегодня практически все государства занимаются разработкой беспилотников собственного производства для использования в различных сферах и направлениях.

Что такое дрон

Область применения беспилотных летательных аппаратов сегодня достаточно широка и разнообразна. Эти аппараты сейчас используются практически повсеместно.

Своим появлением в многообразии и нынешнем виде дроны обязаны военным. Основная функция БПЛА заключается в сборе информации о локации, которую получали с воздуха. Прародитель современного беспилотника был разработан в тридцатые годы прошлого столетия. Он в своем виде мог представлять собой простой самолет на радиоуправлении для многоразового использования. Гораздо позже были созданы уже привычные многим модели со множеством пространственных датчиков и камер с высоким разрешением. Важно также иметь представление о том, как работает дрон.

Сегодня дроны активно используются в оборонной отрасли и разведке. Их активно и успешно эксплуатируют крупные компании для доставки посылок и прочих грузов.

В планах разработчиков имеется идея, которая предполагает создание беспилотников внушительных габаритов, чья архитектура предназначена для того, чтобы благодаря им можно было передавать сигнал интернета для отдаленных и труднодоступных районов.

БПЛА также заняли прочные позиции и в киноиндустрии. С их помощью ведутся съемки с воздуха в различных ракурсах.

Контроллер в работе беспилотника

Важной составляющей в системе работы дрона является контроллер. Он играет ключевую роль в процессе полета как такового. Это устройство применяется операторами для управления каждым движением квадрокоптера. Контроллер необходим как в момент его запуска и использования доступных навигационных возможностей, так и для его посадки при окончании полета. Сегодня рынок изобилует разнообразными модификациями контроллеров, и их создатели довольно часто экспериментируют в этой области.

Важно: Именно эти действия позволяют выявить недочеты в работе уже имеющихся в эксплуатации беспилотников и создать усовершенствованные модели.

Важность контроллера объясняется тем, что его задача состоит в установлении корректного канала связи с удаленным устройством и радиоволнами.

Основная масса дронов использует диапазон частот 2,4 ГГц, по большей части управление ими осуществляется благодаря беспроводной сети Wi-Fi для корректировки движения аппарата в пространстве. Дроны в большинстве своем имеют схожее техническое оснащение и комплектацию с современными гаджетами, которые активно используют в своей работе возможности интернета.

По функционалу современные смартфоны и drone очень схожи, т. к. в них имеются следующие общие компоненты системы:

• GPS;
• Wi-Fi;
• общие датчики.

Благодаря последним дрон может достаточно долго находиться в воздухе и самостоятельно ориентироваться по высоте, вектору движения и прочим важным процессам. Популярность устройства в современном высокотехнологичном мире очевидна и бесспорна. БПЛА может находиться в таких местах и проникать туда, где нет возможностей для присутствия человека. Они помогают в облете территорий в ситуациях, когда ведется поиск пропавших или заблудившихся людей.

Посадка также корректируется и полностью зависит от системы пропеллеров, которые установлены внутри, а датчики отвечают за такие параметры, как:

• скорость;
• высота;
• вращение двигателя.

Гаджет может автономно работать как интеллектуальный воздушный аппарат, который способен покрывать значительные расстояния при использовании мощных аккумуляторов, и вместе с этим имеет возможность для транслирования локальной информации.

Базовые принципы работы беспилотника

На первый взгляд принцип работы дрона кажется легким и простым, но в реальности это устройство несет в себе сложную технологию, которая берет за основу архитектуру создания аппарата. Основное отличие БПЛА от прочих летательных аппаратов заключается в том, что им не нужен пилот для совершения полетов: они практически полностью автономны.

По факту архитектура беспилотника базируется на слаженной работе специально разработанной системы, состоящей из пропеллеров, которые монтируются внутри дрона, что и делает его независимым. При условии, что какой-либо из двигателей, находящихся конструкции выйдет из строя, оно продолжит полет за счет поддержки группы пропеллеров.

Дроны, которые оснащены и укомплектованы для эксплуатации большим количеством двигателей, обладают повышенными способностями для улучшенного контроля высот и возможностей для несения значительных физических и динамических нагрузок на период полета. Пропеллеры-винты берут запас энергии от специального источника, и основная их масса содержит съемные батареи для нахождения в воздухе более длительное время.

Важно: Время полета может быть увеличено за счет использования мощных батарей в конструкции.

Комплектация и архитектура устройства

Современные дроны имеют два основных направления эксплуатации. Простые модификации чаще всего используются для развлечения в качестве игрушки. Если же аппарат содержит в конструкции более сложные элементы, то он задействуется уже как профессиональный инструмент. Качество полета с использованием специализированного БПЛА на 90 % зависит от навыков и умений оператора, который применяет контроллер по его прямому назначению. Но их общие характеристики выражаются в таких позициях, как:

• электромоторы;
• регуляторы оборотов;
• винты (пропеллеры);
• контроллер;
• рама.

Рама — база для дрона любого назначения. Она должна отвечать таким требованиям, как: легкость, устойчивость к повреждениям механического характера, долговечность. При производстве этого элемента используются различные по составу и характеристикам полимеры или иные более легкие сплавы.

Важно: Рама состоит из множества составных частей. Именно это и придает беспилотнику большую маневренность.

Цельная рама чаще всего характерна для дронов, которые используются в качестве игрушек.

Контроллер — самая важная часть системы — он вмещает в себя «мозги» любого дрона. Именно в нем происходит обработка основных сигналов и команд, которые поступают от оператора. Универсальность беспилотника, как и его итоговая стоимость зависит от способности контроллера обрабатывать как можно большее количество входящих команд.

Базовый контроллер включает в себя:

• главный процессор, который обеспечивает обработку команд, поступающих от оператора;
• гироскопический датчик, который отвечает за ориентацию и определение устройства в пространстве;
• альтиметр, который определяет высоту аппарата относительно поверхности;
• акселерометр, датчик, который отвечает за положение агрегата в плоскостях X, Y, Z;
• стрелку, указывающую вектор движения;
• Wi-Fi;
• ОЗУ.

Регулятор оборотов, основываясь на поступающих командах, выдает требуемую скорость.

Количество двигателей соответствует числу пропеллеров.

Важно: Двигатели и винты относятся к наиболее изнашиваемым комплектующим, которые входят в состав механизма.

Аккумуляторные элементы питания для дронов — важный элемент устройства и всей системы в целом, т. к. благодаря им и обеспечивается автономность квадрокоптера.

FPV

Наиболее популярными и востребованными сейчас являются FPV-дроны. Они содержат в своем устройстве такой компонент, как камера, а аббревиатура FPV в дословном переводе с английского означает «вид от первого лица». Для управления такими агрегатами необходимы специальные очки. Они дают эффект реального полета и полного погружения.

FPV — модифицированный беспилотный летательный аппарат, который оснащен камерой и системой передачи видеосигнала в реальном времени. Это позволяет оператору видеть «картинку» с камеры через очки. При наличии определенных навыков оператор может осуществлять управление таким аппаратом с максимальной точностью.

Ключевыми особенностями, которые выделяют FPV-дроны среди прочих беспилотных летательных аппаратов, являются:

• Возможность взаимодействия с устройством в режиме реального времени, т. к. они дают эффект полного погружения через возможность передачи видеосигнала с камеры на очки оператора или экраны управления — так пилот видит все, что попадает в обзор камеры.
• Дрон-рейсинг или адреналиновые состязания, в которых операторы маневрируют на сложных маршрутах, цель которых состоит в том, чтобы преодолевать препятствия и обойти соперников.
• Более высокая и точная маневренность, которая достигается благодаря специфической проектировке, где ключевым параметром является скорость. Спецификации этого параметра зависят от таких характеристик, как короткая диагональ, легкий вес и мощные двигатели.
• Персональный и уникальный дизайн — привлекательный аспект, который позволяет создавать индивидуальные конфигурации и дизайн. Операторы могут настраивать свои аппараты и подбирать необходимые компоненты и реализовывать тем самым свою индивидуальность путем самовыражения.
• Эксперименты притягивают новых пилотов для обмена знаниями и опытом, которым располагают более опытные коллеги. Энтузиасты регулярно тестируют новые технологии и инновации с целью модернизации такого показателя, как производительность.

Наиболее распространенные сферы применения FPV

FPV-дроны широко используются в различных областях:

1. Такой вид развлечения, как гонки FPV пользуется большой популярностью у поклонников и любителей дронов как соревновательный вид спорта.
2. Авиасъемка с использованием FPV — революционный прорыв в сфере фото- и видеоаэросъемки, который позволяет профессионалам делать захватывающие кадры. Этот вид съемки активно применяется в кинематографе, а также при продвижении объектов недвижимости, проведении геодезических исследований и прочего.
3. Операции по поиску и спасению с участием маневренных гаджетов позволяют получать видеоизображение в режиме реального времени, что является бесценным инструментом. Они способствуют быстрому осмотру больших территорий с высоты и обнаружению оказавшихся в чрезвычайной ситуации людей.
4. Безопасность с использованием FPV вышла на новый уровень благодаря наличию камер с высоким разрешением, которые эффективно используются для наблюдения. Они позволяют осуществлять контроль над значительными территориями и обеспечить качественную охрану периметра.
5. Сельское хозяйство и защита окружающей среды также прибегают к эксплуатации беспилотников данной модификации, которые укомплектовываются специализированными датчиками для мониторинга состояния сельскохозяйственных культур и обнаружения болезней растений, а также для оценки состояния почвы и наблюдения за изменениями окружающей среды.
6. FPV часто используются в сфере промышленности для диагностики состояния инфраструктуры, например, основной задачей является контроль за целостностью линий электропередач, а также мостов и трубопроводов.

Важно: Возможность трансляций осуществляется в двух форматах: аналоговом и цифровом.

Аналоговые трансляции характеризуется высокой скоростью и дальностью действия, но при слабом сигнале возможны определенные помехи. Плюсом здесь является низкая задержка и возможность принимать видео на значительном отдалении.

Цифровая же передача — новинка в мире FPV. Переход к такому стандарту позволяет оператору видеть яркое и детализированное изображение через очки в реальном времени без использования записей с экшен-камеры. Но здесь отмечается и ряд недостатков. Она плохо функционирует в сложных условиях, что является причиной задержки в процессе передачи изображения либо же его абсолютную потерю. Это влияет на способность к быстрому приему решений оператором.

Дроны прочно входят в жизнь современного человека и общества. Именно поэтому многие государства ужесточают законодательство, которое четко регламентирует возможности и сферы применения квадракоптеров различной модификации и назначения.