Внутреннее устройство БПЛА. Из чего состоит дрон и какие комплектующие ему нужны

  • 04.11.2024 г.
  • 867 просмотров.

Привязная система и БПЛА FYXL-XP02-200mБеспилотный летательный аппарат, коптер или дрон – это сложное техническое устройство с дистанционным управлением и широкими возможностями применения. В частности, беспилотники используют при проведении научных исследований и поисково-розыскных операций, для аэросъемки, обзора с воздуха и картографирования местности, организации соревнований, охраны объектов и доставки грузов.

Сегодня мы рассмотрим, из чего состоят дроны, какие функции выполняют разные их детали и какими элементами можно доукомплектовать такие устройства в зависимости от поставленных задач.

Из каких частей состоит дрон?

Современные модели БПЛА бывают конструкционно простыми, предназначенными для развлечений, и более сложными, рассчитанными на профессиональное применение и решение важных задач. Но хотя начинка дронов бывает разной, базовые элементы их конструкции остаются неизменными. Рассмотрим их подробнее.

Основа мультикоптера – рама

Именно к раме крепятся остальные компоненты коптера. Это основа, которая должна быть прочной и жесткой, устойчивой к вибрациям, ударам и эксплуатационным нагрузкам, стабильной и достаточно легкой, чтобы не утяжелять летательный аппарат. Иногда рама БПЛА бывает цельной, но чаще она состоит из множества деталей.

Обычно рамы делают из сочетания разных материалов: алюминиевых сплавов, пластика, углеродных волокон, стекловолокна и других композитов. Каждый материал дает раме определенные характеристики, и при грамотном соотношении материалов достигается сбалансированное сочетание их физических свойств.

Двигатели

От типа и характеристик моторов зависит производительность дрона и его функционал. В целом двигатели бывают коллекторными и бесколлекторными (бесщеточными). На современные БПЛА устанавливают именно бесколлекторные моторы, т.к. у них выше показатели мощности, срока службы, надежности и эффективности. К тому же, они отличаются хорошей динамикой и плавным ходом, способствуют стабильному полету без рывков и хорошо откликаются на управление, повышая маневренность мультикоптера.

Основными характеристиками двигателей БПЛА являются:

  • размеры;
  • скорость вращения (об/мин);
  • масса;
  • рабочее напряжение;
  • мощность – чем выше ее значение, тем легче беспилотник взлетает, лучше развивает скорость и маневрирует, и тем большей может быть его полезная нагрузка (вес камеры и остального оборудования на борту);
  • КПД;
  • уровень шума при работе.

Количество моторов бывает разным, например, у трикоптеров их 3, у квадрокоптеров – 4 (для лучшей стабильности и управляемости), у гексакоптеров – 6. Есть и другие варианты, в т. ч. мультикоптеры с увеличенным числом двигателей, рассчитанные на выполнение сложных маневров или транспортировку массивных грузов.

Пропеллеры (винты)

Привязной дрон HoverLiteКаждый мотор мультикоптера присоединяется к своему пропеллеру и приводит его в движение. Именно на эти элементы ложится основная нагрузка при работе дронов, поэтому они сильнее подвергаются износу и риску повреждений. Для защиты пропеллеров используют специальные аксессуары – устойчивые к ударам дуги или кожухи.

Винты обычно производятся из пластика или углеволокна и бывают:

  1. Стандартные – они находятся в передней части коптера и задают направление полета.
  2. Толкающие – находятся в задней части беспилотника и обеспечивают его движение вперед или назад, подавляя крутящие моменты при обычном полете.
  3. Низкошумные – обеспечивают более тихий полет, например, при аэросъемке.
  4. Разной формы – инженеры экспериментируют с конструкцией винтов, стремясь повысить стабильность полета, устойчивость и маневренность дрона.

Электронные регуляторы оборотов

Именно от этих компонентов зависит, с какой скоростью моторы будут вращать присоединенные к ним винты. При этом регуляторы задают обороты согласно командам, поступающим от полетного контроллера. Их миссия – поддерживать заданную величину скорости. Регуляторы имеют мощные полупроводниковые детали, способные качественно регулировать подаваемый на двигатели ток. Так достигается точное и плавное управление оборотами.

При выборе регуляторов оборотов (ESC, Electronic Speed Controllers) важны:

  • максимальный ток – от него зависит предельная мощность, выдаваемая моторами;
  • поддерживаемое напряжение;
  • совместимость с контроллером;
  • количество каналов для управления;
  • программное обеспечение, способность работать в разных режимах, автоматическое обновление ПО.

Полетный контроллер – бортовой компьютер беспилотника

Полётный контроллер Holybro Pixhawk 6X + RPi CM4 base + PM03D + Raspberry Pi 4

Это «мозг» беспилотника, запрограммированный на обработку команд и сигналов, поступающих с пульта наземного пилота. Контроллер интерпретирует данные, поступающие от приемника, монитора АКБ и датчиков на борту. Также он взаимодействует с регуляторами оборотов, контролирует работу моторов и направляет множество других команд – например, по управлению режимом автопилота, работе камеры или включению других опций.

Универсальность беспилотника во многом зависит от того, сколько сигналов способен обрабатывать его полетный контроллер. Для подачи управляющих сигналов на каждый из моторов используется шлейф. Чтобы повысить стабильность полета, контроллер тщательно виброизолируют. Высококлассные модели полетных контроллеров поставляют со встроенной виброизоляцией.

Приемник (ресивер)

Этот компонент принимает сигналы, посылаемые беспилотнику через контроллер, и обычно имеет 4–5 каналов.

Передатчик

Он также имеет 4–5 каналов, но уже передает сигналы от контроллера к БПЛА для выдачи необходимых команд.

Датчики

К контроллеру могут подсоединяться и передавать свои показания разные датчики, например:

  • GPS-навигатор для автоматического определения местоположения;
  • гироскопы, определяющие положение летательного аппарата в пространстве;
  • барометр для определения высоты полета;
  • акселерометр для анализа ускорения в 3 плоскостях;
  • Аккумулятор 12S1P 44,4 Вольт 22 А*ч Li-ion 22000mah, Semi-solid, мод. EP 7СWi-Fi для связи с планшетом, компьютером, смартфоном.

Аккумуляторная батарея

АКБ – это источник питания, снабжающий энергией все элементы беспилотника: двигатели, электронику, вспомогательные энергозависимые устройства. В качестве бортовых аккумуляторов используют легкие и емкие модели подвидов Li-ion и Li-Polymer, способные отдавать в нагрузку большие токи и не перегреваться при этом.

В привязных системах мультикоптеров применяют наземные АКБ. Соответственно, они могут быть более тяжелыми и емкими, чтобы обеспечивать БПЛА большую автономность. Конечно, привязные аппараты не предназначены для полетов на большие расстояния, но отлично подходят для работы над конкретными объектами.

Что влияет на продолжительность полета БПЛА?

Длительность полета дрона на 1 заряде АКБ зависит от емкости батареи, энергопотребления двигателей и остальных энергозависимых устройств, режима полета и массы беспилотника вместе с навесным оборудованием. Мини-дроны с небольшими аккумуляторными блоками летают до 3–5 минут, после чего АКБ нужно менять. Любительские коптеры в среднем находятся в воздухе до 15 минут, а профессиональные – до 30 минут.

К категории долголетов относятся привязные БПЛА с наземными зарядными станциями. В отличие от коптеров с бортовыми АКБ, их полет может длиться свыше 24 часов. Такие БПЛА используют для мониторинга территории, съемки определенного объекта или местности и в целом для работы в режиме зависания в воздухе.

Аппаратура для видеосъемки

RPi Camera (E) WaveShare - Камера ночного видения для Raspberry PiДля съемки фото и видео дроны оснащают встроенными и подвесными камерами. С их помощью можно вести любительскую и профессиональную аэросъемку. Камеры надежно фиксируют и защищают от вибраций подвесы – подвижные механизмы шарнирного типа.

Получаемая картинка с помощью технологии FPV («взгляд от первого лица») по сети Wi-Fi передается на устройство вывода, и оператор может снимать фото или видео, ориентируясь на получаемое изображение. Дальность связи при FPV-съемке может достигать 5 км, но чаще всего составляет 500–1000 м.

Дополнительные комплектующие для улучшения дрона

Для модернизации беспилотника и улучшения его характеристик, в зависимости от поставленных задач, используют разные компоненты. Например, можно доукомплектовать дрон посадочным шасси, камерой с высоким разрешением, более мощными моторами, усовершенствованными пропеллерами, емкой и мощной батареей, зацепами для грузов, подвесами и держателями для навесного оборудования. Хороший ассортимент комплектующих для FPV дронов представлен в интернет-магазине Shura-Master.ru.

Ранее в нашем блоге вышла статья о полутвердых батареях (Semi-solid Drone Battery) для квадрокоптеров.

Следующая
Полутвердая или полутвердотельная аккумуляторная батарея, как правильно?
Полутвердая или полутвердотельная аккумуляторная батарея, как правильно?

Еще может быть интересно...