Дрони: які бувають і як працюють

Як влаштований дрон? За яким принципом працює? Для всіх, хто хоч трохи цікавиться робототехнікою, це актуальні питання. У свою чергу пропонуємо на них максимально докладні відповіді. Отже, почнемо із самого початку.

Що таке дрон?

Так називають літальні апарати, керовані або людиною дистанційно за допомогою пульта, або за допомогою бортового комп'ютера (останні призначені для виконання військових або інших спеціальних завдань). Термін «дрон» спочатку виник, швидше, як жартівливе прізвисько і не був повноцінним науковим поняттям. Дронами (у перекладі з англійської «трутень») ще минулого століття називали авіаційну техніку через специфічний шум двигунів, що нагадував гул бджолиного вулика. Нині цей термін використовується в основному в публіцистиці; у професійних колах популярніші поняття «безпілотний літальний апарат» або просто «безпілотник».

Види дронів

Сучасні моделі безпілотників дуже різноманітні. Між собою вони відрізняються насамперед своїм призначенням. Наприклад, бувають комерційні дрони (ще їх називають цивільними). Ці літальні апарати виконують суспільно корисні функції – перевозять вантажі, удобрюють поля, допомагають у будівництві будівель, наукових дослідженнях тощо. Інша велика категорія дронів – споживчі. Сюди входять різні іграшкові дрони. Вони призначені для розваги на дозвіллі, за допомогою яких можна, наприклад, влаштувати справжні перегони або знімати цікаві відео з висоти пташиного польоту. Третя велика група включає військові або бойові безпілотники. Вони характеризуються складнішою конструкцією і здатні виконувати набагато більше функцій порівняно з іншими своїми «побратимами». Зазначимо, що далі у цій статті розглядатимуться дрони саме перших двох категорій. Як уже говорилося вище, військові моделі дуже відрізняються і їх краще розглядати окремо.

У 2014 році Федеральне управління цивільної авіації США розділило дрони за класами. Кожен клас відповідає класу повітряного простору, де безпілотник здатний літати. Так, клас G включає апарати, здатні піднятися на висоту до 360 метрів. До класів В, С, D відносяться дрони, що літають на висоті до 3000 метрів. Клас А - це безпілотники, що підкорили висоту від 5400 до 18000 метрів над землею.

З яких елементів складається дрон?

Звичайно, кожен безпілотник по-своєму унікальний, але є кілька основних елементів, які присутні в конструкції будь-якого такого пристрою. Серед них:

рама;
польотний контролер;
двигуни;
пропелери;
регулятори оборотів;
акумулятори.

Рама- це основа будь-якого безпілотника. До неї кріпляться решта елементів. Від того, наскільки вона міцна та надійна, залежить загальний термін експлуатації дрону. Виготовляють раму із полімерів або сплавів легких металів. Також можуть використовувати карбон або інші матеріали, що відрізняються легкістю та міцністю одночасно.

Політний контролерє, по суті, "мозком" дрону. Він приймає сигнали, що походять від пульта управління (або бортового комп'ютера) і перенаправляє їх у двигуни або інші елементи конструкції. Чим більше сигналів здатний прийняти контролер, тим більше функцій здатний виконати дрон загалом. У свою чергу, на кількість сигналів, що приймаються, впливає кількість датчиків, вбудованих в польотний контролер.

У різних дронів польотний контролер може складатися з різних елементів, але все ж таки є певний базовий набір, обов'язковий для будь-якого безпілотника. Він включає в себе:

головний процесор - приймає та обробляє команди;
барометр (датчик, що визначає висоту польоту апарату);
акселерометр (пристрій, що вимірює прискорення апарату);
гіроскоп (датчик, що визначає положення дрона у просторі);
стрілка напряму (вказує напрям, у якому має летіти дрон);
GPS-навігатор (визначає географічне положення дрону);
Wi-Fi;

Двигуни, пропелери та регулятори оборотів.Елементи конструкції, що відповідають за політ дрону. Зазвичай конструкцією передбачено чотири двигуни, кожен із яких приєднаний до пропелерів. Регулятори оборотів задають швидкість дрона, виходячи з даних, отриманих від польотного контролера.

Акумулятори.Очевидно, що цей елемент конструкції забезпечує функціонування всіх елементів дрону. Від ємності акумулятора також залежить максимальна висота, на яку здатний піднятися безпілотник. Більшість комерційних та споживчих дронів не відрізняється великими розмірами, акумулятори, вбудовані в них, також невеликі. Через це не вдається забезпечити значної тривалості їхнього польоту. Вирішення цієї проблеми є однією з пріоритетних на даний момент.

Як літає дрон?

Комерційні та споживчі дрони в переважній більшості управляються за допомогою пульта (серед військових зустрічаються і повністю автоматизовані). Пульт налаштований на певні канали (мінімальна їх кількість - чотири), через які спрямовує сигнали до польотного контролера дрону. Останній, обробивши сигнал, перенаправляє його на регулятор оборотів, який задає дрону потрібну швидкість шляхом обертання пропелерів.

До речі, всі пропелери дрона обертаються в різних напрямках (одна пара за годинниковою стрілкою, інша проти неї). Лише так можна забезпечити максимальну стабільність польоту. Параметри обертання пропелерів визначають специфіку польоту. Наприклад, якщо всі гвинти працюють з однаковою швидкістю – апарат злітає. Якщо один із пропелерів працює швидше - дрон злегка нахиляється і рухається в заданому напрямку. Якщо ж одразу два пропелери заробили швидше – дрон повертається у заданий ними бік.

Як післямова

З описаного вище стає зрозуміло, що принцип роботи дрону досить простий. Маючи достатні знання в інженерії, можна створити власний безпілотник в домашніх умовах. Знову ж таки, підкреслимо, що тільки людина з добрими інженерними навичками зможе впоратися з цим завданням. Для таких фахівців, до речі, є навіть спеціальний ресурс (ecalc.ch), що дозволяє спроектувати макет дрону та продумати принцип його дії в режимі он-лайн.

Розповісти друзям