Multikopteri ( eng. Multirotor , multi-copter, multi- rotor helicopter, long-term ) on helikopterikaavion mukaan rakennettu lentokone , jossa on kolme tai useampi roottori [1] .
Moniroottorihelikopterit kehitettiin helikopterin rakentamisen alkuvuosina. Yksi ensimmäisistä nelikoptereista ( eng. quadcopter , neliroottorihelikopteri ), joka todella nousi maasta ja pystyi pysymään ilmassa, loi George Botezat ja testattiin vuonna 1922. Näiden laitteiden haittana oli monimutkainen voimansiirto , joka välitti yhden moottorin pyörimisen useille potkureille. Häntäroottorin ja swashplate - keksintö lopetti nämä yritykset. Uusi kehitys alkoi 1950-luvulla, mutta asiat eivät edenneet prototyyppien pidemmälle.
Multikopterit saivat uuden syntymän 2000-luvulla, jo miehittämättöminä ajoneuvoina . Suunnittelun yksinkertaisuuden vuoksi kvadrokoptereita käytetään usein amatöörimallintamisessa [2] , ja ne ovat myös käteviä ilmakuvaukseen ja videokuvaukseen .
Curtiss-Wright VZ-7 on pohjimmiltaan nelikopteri
Curtiss-Wright X-19 -lentokone käyttää nelikopterin periaatetta nousussa ja laskussa
Hexacopter asennettavalla kannettavalla videokameralla
Hexakopteri ajoneuvomalli
Lokakopteri henkilökohtaisille lennoille
Audi Pop.Up Next , kaksipaikkainen miehittämätön lentävä autokonsepti, jonka ovat kehittäneet Audi AG , Airbus , Italdesign
Ohjausperiaatteen mukaan monikopterit ovat [3] :
Multikoptereissa on 3 tai useampia vakionousupotkuria ( ei ole kääntölevyä , toisin kuin yksi- ja kaksoispotkureissa). Jokaista ruuvia käyttää oma moottori. Puolet potkureista pyörii myötäpäivään, puolet vastapäivään, joten multikopteri ei tarvitse häntäroottoria . Ohjaa multikoptereita muuttamalla potkureiden pyörimisnopeutta (nopeudensäädin: UBEC, Universal Battery Eliminator Circuit [4] ). Esimerkiksi:
Mikroprosessorijärjestelmä muuttaa radio- ohjauskomennot moottorin komentoiksi. Vakaan leijumisen varmistamiseksi multikopterit on välttämättä varustettu kolmella gyroskoopilla , jotka kiinnittävät laitteen rullan . Aputyökaluna käytetään joskus myös kiihtyvyysmittaria , jonka tietojen avulla prosessori voi asettaa täysin vaaka-asennon, ja paineanturia , jonka avulla voit kiinnittää laitteen haluttuun korkeuteen. Luotainta käytetään myös automaattiseen laskeutumiseen ja matalan korkeuden ylläpitämiseen sekä lentämiseen esteiden ympäri. GPS-vastaanottimen avulla voit tallentaa lentoreitin etukäteen tietokoneelta, sekä palauttaa laitteen lentoonlähtöpisteeseen, jos ohjausradiosignaali katoaa, tai ottaa lentoparametrit nopeasti tai myöhemmin [ 5] .
Ruuvit voidaan asentaa suoraan moottorin akselille tai vaihteiston kautta .
Amatööri- ja ammattikäyttöön tarkoitetuissa multikoptereissa käytetään virtalähteenä keräily- ja harjattomia sähkömoottoreita sekä litiumpolymeeriakkuja [6] . Tämä asettaa tiettyjä rajoituksia lentoominaisuuksille: monikopterin tyypillinen massa on 1–4 kg ja lentoaika 10–30 minuuttia [7] [8] (30–50 minuuttia yksittäisillä kopioilla). Akun energiareservi mahdollistaa yksittäisten multikopterimallien lennon jopa 7-12 km, käytännössä kantama (maksimimatka, jonka ne voivat lentää ja sitten palata lentoonlähtöpisteeseen) rajoittuu yleensä näköetäisyyteen (100- 200 m käsiohjauksella) tai radio-ohjauslaitteiden ja videolinkin valikoima. Samaan aikaan tällaisten laitteiden parhaat näytteet, joissa käytetään radiosignaalin tehovahvistimia ja suunta-antennijärjestelmää, pystyvät tarjoamaan vakaan radio- ja videoyhteyden jopa 100 km:n etäisyydellä. Suurimman rajoituksen monikopterien kantamalle asettaa siten lentoaika.
Nämä rajoitukset johtavat siihen, että monikoptereita käytetään yleensä "lyhyen kantaman" laitteina : amatöörilennoilla lähellä itseään, valokuvaamiseen ja videokuvaukseen lähellä olevista kohteista ja niin edelleen (vertailun vuoksi miehittämättömät lentokoneet , joissa on vastaavanlainen akku kapasiteetti voi lentää 10-15 km lentokorkeudessa 1-2 km).
Keskikokoisten ja kantokykyisten multikopterimallien nostama hyötykuorma on 500 g - 2-3 kg, mikä mahdollistaa pienen valokuva- tai videokameran nostamisen ilmaan ( halvemmissa malleissa yleensä toimintakamera tai järjestelmäkamerat ammattimaiset). On olemassa myös melko suuria multikoptereita, joiden roottorien lukumäärä on luokkaa 6-8 (heksa- ja oktokopterit), jotka pystyvät nostamaan jopa 20-30 kg painavan kuorman ilmaan. Kantavuuden lisäämiseksi käytetään roottorien koaksiaalista järjestelyä, joka esimerkiksi heksakopterin tapauksessa antaa 12 moottoria ja 12 potkuria, jotka sijaitsevat pareittain 6 kannatinpalkissa .
Multikopterin lentonopeus voi olla nollasta (kiinteä leijuminen pisteessä) 100-110 km/h.
Tarjolla on myös kolmen ja viiden roottorin helikoptereita ( kolmi- ja pentakoptereita). Yksi siellä olevista moottoreista sijaitsee akselille kiristetyllä liikkuvalla alustalla, jonka pyörimiskulmaa muuttaa servokäyttö - näin laite pyörii akselinsa ympäri [9] . Erikseen kannattaa huomioida kokeelliset laitteet: bikopterit, nelikopterit vaihtelevan nousun potkurilla, nelikopterit, joissa on moottoreita juoksupyörillä , mutta ne eivät ole saaneet jakelua.
Multikoptereita on useita tyyppejä potkureiden sijoittelun suhteessa liikeakseliin ja niiden pyörimissuunnan mukaan:
Monikopterien nykyaikainen käyttö on hyvin monipuolista: leluista, tavaroiden toimituksista , amatöörikuva- ja videolaitteista matkustaja- ja rahtiajoneuvoihin ja taisteluroboteihin [ 10 ] [11] [12] [13] .
Multikopterit ovat käteviä edulliseen ilmakuvaukseen ja kuvaamiseen - iso kamera otetaan pois potkurien alueelta .
Nelikopteri AirRobot AR 100-B
Miniatyyri nelikopteri, jossa on kaukosäädin ja mahdollisuus asentaa tabletti videosignaalin vastaanottimeksi
Ammattimainen valokuvauksen nelikopteri digikameran kiinnikkeillä
Nelikopteri ympäröivän tilan visuaaliseen valvontaan lainvalvontaviranomaisille "Griffin-41"
Kokeellinen nelikopteri "Ehang 184"
Volokopterin prototyyppi "2X"
Viime aikoina on ilmestynyt pienoisnelikoptereita, jotka mahtuvat käteen ( Walkera Ladybird , WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop jne.). Ne ovat käytännössä turvallisia (laitteen massa on alle 100 g), samalla niiden avulla voit saada perustaidot lentämään moniroottorilaitteella, koska niiden ohjausperiaate ei eroa. Tämän kokoisia nelikoptereita on mahdollista lentää kotona vaarantamatta vahingoittaa ihmisiä tai esineitä. Jotkut mallit kiihtyvät vaikuttavaan 26 m/s [14] , niillä on korkea kuvanlaatu ja niitä ohjataan yli 3,5 km:n etäisyydeltä.
Trikopteri
USB -lataava mininelikopteri
Pieni nelikopteri infrapunaohjauksella
Robbe Blue Arrow Nano Loop Quadcopter
Pieni nelikopteri kaukosäätimellä
Lokakopteri lennossa
Parrot AR.Drone 2.0 -nelikopteri Wi-Fi-ohjauksella älypuhelimilla/tableteilla kaukosäätimen sijaan
Toisin kuin lentokone , joka pystyy liukumaan moottori sammutettuna, tai helikopteri, joka pystyy laskeutumaan autorotaatiolla , monikopteri on täysin hallitsematon, kun moottorit tai virta on sammutettu. Nelikopteri voi ylläpitää vakautta, jos jokin moottoreista pettää. Heksakopteri tai oktokopteri voi lisäksi tehdä pehmeän laskun yhdellä tyhjäkäyntimoottorilla, mutta ei kaikissa tapauksissa (esim. jos ainakin yksi terä katkeaa, epätasapainosta johtuva tärinä lisääntyy niin paljon, että säädin lakkaa toimimasta ja laite putoaa hallitsemattomasti). Mutta on jo olemassa kokeellisia nelikoptereita, jotka voivat vakauttaa lennon ja laskeutua, jos yksi moottoreista katoaa [15] .
Ottaen huomioon, että multikopterilla on huomattava massa, jäykkä runko ja nopeasti pyörivät potkurit, sen törmäys ihmisiin tai ajoneuvoihin voi johtaa kielteisiin seurauksiin. Siksi ihmisten tai teiden yli lentämistä ei suositella. Lentorata kannattaa suunnitella niin, että tarvittaessa (esim. akun ollessa vähissä) alla on paikka turvalliselle laskeutumiselle.
Myös inhimillinen tekijä on tärkeä. Nykyaikainen lennonohjain on asetusten monimutkaisuuden ja lentotilojen lukumäärän suhteen lähes yhtä hyvä kuin pöytätietokone . Asiakirjan huolimaton lukeminen, välttämättömien toimenpiteiden suorittamatta jättäminen (esimerkiksi kompassin kalibrointi asennuksen aikana) voivat johtaa hallitsemattomaan lentoon ja laitteen katoamiseen. Laitteen poistuminen kaukosäätimen kantaman ulkopuolelle GPS-palautustilan puuttuessa on myös yksi syy laitteiden katoamiseen.
Turvallisuussyistä jotkin kauko-ohjattujen monikopterimallit on varustettu redundanttisilla navigointi- ja paikannusjärjestelmillä, älykkään robotiikan elementeillä, jotka auttavat lentokonetta itsenäisesti määrittämään lentoreitin esteet ja lentää niiden ympäri, potkureiden tai koko lentokoneen suojakuorilla sekä itsenäisillä palaa laukaisupaikalle, jos ohjaussignaali katoaa [11 ] [6] [16] [17] .
Venäjän federaatiossa on otettu käyttöön lupamenettely poikkeuksetta kaikkien miehittämättömien ilma-alusten lennoille. Venäjän federaation lentosäännöstön 33 artiklassa määrätään, mitkä UAV:t on rekisteröitävä ja mitkä on otettava huomioon, mutta tällä hetkellä ei ole oikeudellisia seurauksia kansalaisille, jotka eivät rekisteröi / rekisteröi miehittämättömiä ilma-aluksia. Lennoista ilman ilmatilan käyttölupaa (IWP) on vastuussa pykälän 1 momentti. Hallintorikoslain 11.4 kohta - yksityishenkilöille sakko enintään 50 000 ruplaa, enintään 150 000 ruplaa. virkamiehille ja enintään 300 000 ruplaa. oikeushenkilöille. TTI:n luvan saamiseksi asutuilla alueilla on TTI-hakemus jätettävä etukäteen kunnalle , jossa on ilmoitettava lentosuunnitelma. Samaan aikaan on rajoituksia - ajallisesti ja alueellisesti (kieltoalueet ja lentorajoitusvyöhykkeet). Esimerkiksi lentokenttien , armeijan ja muiden suojeltujen laitosten, vankeuslaitosten lähellä olevat lennot ovat ehdottomasti kiellettyjä , ja vuoden 2018 jalkapallon MM-kisojen aikana Federal Air Transport Agency asetti TRP:lle rajoituksia kaupungeissa, joissa mestaruus järjestettiin 1.6.–7. 17. 2018 [18]
Valokuvausta tai videokuvausta miehittämättömillä ilma-aluksilla säännellään erikseen. Ilmasta kuvaaminen tarkoittaa ilmatyötä, myös taiteellisten valokuvien ottamisessa. Nykyisen lainsäädännön mukaan tällainen kuvaaminen edellyttää:
Kuvauksen päätyttyä kuvattu materiaali siirretään alueelliselle FSB:lle luokituksen poistamista ja myöhempää käyttöä varten julkisesti [19] .
Lentokoneet | |
---|---|
Suunnittelijat | |
Pyöriväsiipinen | |
Aerostaattinen | |
Aerodynaaminen | |
Rakettidynamiikka | |
Muut |