Понятие «дрон» очень обширно и включает в себя все беспилотные летательные аппараты (БПЛА), вне зависимости от конструкции (самолеты, коптеры) и особенностей конфигурации (количество винтов, типы двигателей и движителей). Слово заимствовано из английского языка, где оно шире всего используется для обозначения монотонных звуков.

Корни современных гражданских БПЛА уходят в середину XIX в. Естественно, тогдашние беспилотные летательные аппараты применялись в военных целях. И сейчас вооруженные силы ряда стран разрабатывают и успешно применяют беспилотники.

Вместе с этим активно растет и гражданское применение дронов. С их помощью осуществляется аэросъемка, монтажные работы, доставка грузов и а в ближайшем будущем предвидится и появление массовых моделей, способных перевозить людей.

Более того, интерес к дистанционно пилотируемым дронам распространился далеко за пределы военных ведомств и сообществ авиа-энтузиастов. Бюджетные массовые модели служат средством развлечения и даже предметом спортивного интереса. Рассмотрим же столь масштабное явление поближе.

О разнообразии

Так что же такое дрон? Термин выступает разговорной альтернативой аббревиатуре БПЛА и понятию, которое скрывается за ней. Впервые его употребил капитан американского ВМФ в 1936-ом году в отношении беспилотного самолета, который выступал в роли подвижной мишени во время учении по противовоздушной морской обороне.

Современные «этажерки с пропеллерами» это дроны в не меньшей степени, хоть их внешний вид кардинально отличается от очертаний самолета, потому что также являются беспилотными летательными аппаратами.

Современные дроны

Основой официальной классификации таких аппаратов выступают их технические характеристики: масса, «потолок» по высоте и скорость перемещения. Но различий гораздо больше.

Так, если в качестве движителей используются расположенные в горизонтальной плоскости, то устройство принято называть «коптер» с приставкой из греческого или латинского числительного. Следуя этим принципам, название квадрокоптер можно «расшифровать» как беспилотный летательный аппарат с четырьмя винтами. Таким же образом дрон с любым количеством винтов (более одного) называется мультикоптером.

Дроны в самолетных корпусах это что тогда? Тоже дроны, но их чаще называют просто бесплотниками или БПЛА. Но они применяются в основном военными службами и авиамоделистами.

Дроны в самолетных корпусах

Такие дроны также весьма разнообразны по габаритам, типам силовых установок (вплоть до пассивных планеров), методом запуска и ряду других характеристик. Это теоретическая база, необходимая, чтобы понимать, что такое дрон.

История и развитие

Популярность и сфера применения гражданских дронов растет с каждым днем, при том, что еще десять лет назад технологии оставались достоянием военной индустрии. Однако это обстоятельство не делает исторический путь дронов, что преодолели взлеты и падения, менее интересным и захватывающим.

Заря БПЛА

Первый летательный аппарат, подходящий под определение беспилотного, был сконструирован в 170 лет назад. Имя того, кто придумал концепцию, неизвестно. Солдаты австрийской армии создали начиненные взрывчаткой воздушные шары для атаки на Венецию. Эта идея не «пошла в массы» только потому, что дроны австрийцев в большинстве своем взорвались над их же позициями, причинив значительный ущерб.

Изобретение крылатых летательных аппаратов, однако, изменило ситуацию. Знаменитый первый полет братьев Райт произошел в 1900 году, а спустя 16 лет появился и первый радиоуправляемый летательный аппарат. Инженеры Ruston, Proctor and Co. (Растон, Проктор и Ко.) применили систему дистанционного управления, разработанную Николой Тесла, для создания самолета-бомбы Aerial Target.

самолет Aerial Target

Аппарат должен был применятся для противодействия немецким Цеппелинам, хотя его конструктор верил и в возможность атаки наземных целей. Однако после серии неудачных тестовых полетов проект был закрыт.

Концепцию подхватили вооруженные силы США и уже через год состоялись успешные испытания автоматического аэроплана Хьютта-Сперри. Продвинутая версия вышла в массовое производство в 1918-ом, но не успела побывать в бою.

Спустя четыре года, в 1922-ом, прошли испытания квадрокоптера конструкции Георгия Ботезата. Но развитие вертолетостроения и технологическая сложность решения, найденного русско-американским авиаконструктором, пресекли дальнейшее развитие мультикоптеров вплоть до XXI века.

XX век

Беспилотники самолетного типа, меж тем, продолжили развиваться во время Второй Мировой и Холодной войны. Продолжительное время такие аппараты считались ненадежным новшеством, особенно в сравнении с актуальными моделями пилотируемых самолетов. Общеизвестно применение БПЛА вооруженными силами СССР и США в ходе Холодной Войны, но подробности остаются засекреченными, а доступные сведения противоречивы.

Фактическое военное применение дронов произошло в 1982 году, когда Израиль применили беспилотники вместе с пилотируемыми боевыми машинами для атаки на сирийский флот. В ходе операции дроны выполняли несколько функций:

  1. Разведывание вражеских позиций.
  2. Нарушение коммуникаций.
  3. Отвлечение огня для защиты пилотов.

Технология была не нова, но способ ее применения для повышения полевой эффективности авиации и других типов войск всколыхнул мировой интерес. Военные разработки в области БПЛА ведутся и сейчас.

Блестящая современность

Прорыв гражданского применения дронов приходится на 2006 год. Начиная с этого времени компактные и маневренные аппараты применяются для

  1. Помощи во время бедствий
  2. Наблюдений за государственными границами.
  3. Борьбы с лесными пожарами.
  4. Инспекций коммерческой инфраструктуры (трубопровод и прочее).
  5. Обработку посевов.

Примечательно, что дрон пошел в массы не в формате самолета, а в виде беспилотника-мультикоптера. Технологические решения, как это часто случается, мигрировали из военного сектора в гражданский.

Бум дронов

Использование дронов в качестве развлечения (любительское моделирование, фотосъемка, спортивные состязания) началось даже позже, с выходом первой серийной потребительской модели. Последующий рост популярности аппаратов такого типа приобрел лавинообразный темп. Такого бума дронов следовало ожидать, учитывая популярность видео- и фотосъемок среди потребителей. К примеру, выручка одного ведущего производителя DJI в 2013 году составила 130 млн. долларов, а уже в следующем – 500 млн.

Поэтому сейчас под понятием «дрон» чаще всего подразумеваются именно потребительские беспилотники в формате квадрокоптера. Спрос рождает предложение, и соответствующий сегмент рынка разросся до значительных масштабов. Множество производителей предлагают огромное разнообразие моделей, начиная миниатюрными весом в десяток грамм и заканчивая мощными моделями для аэросъемки.

Принцип работы и конструктивные особенности дронов

Наиболее распространенный тип дронов выглядит как «летающая этажерка» и состоит из

  1. Четырех (шести, восьми и более) несущих «лучей», на которых расположены двигатели и пропеллеры.
  2. Центральной части, в которой расположен полетный контроллер, устройства для приема-передачи сигналов.
  3. Посадочных стоек, которые могут быть съемными и крепятся к центральной части корпуса.

Внутреннее устройство гораздо сложнее. Основой аппарата выступает полетный контроллер. В нем сосредоточены датчики высоты, гироскопы, система управления контроллерами оборотов двигателей, модули памяти с программным обеспечением, управление питанием и другие элементы, необходимые для стабильного полета.

конструкция дрона

Полетный контроллер подключается к центральной плате – связующему звену всех узлов. К ней же подключается аккумулятор, GPS модуль, приемники и передатчики радиосигналов управления, платы управления оборотов двигателей и другие компоненты.

Полетный контроллер – основной управляющий узел, в то время как контроллеры оборотов двигателя в связке с самими моторами – исполнительные узлы. Собственно перемещение аппарата в пространстве происходит благодаря изменению скорости вращения определенных двигателей в определенное время.

Так, для полета вперед увеличивается скорость вращения задних винтов, а передних – остается неизменной или немного уменьшается, в зависимости от обстоятельств. Одновременное изменение скорости вращения всех движителей приводит к набору или потере высоты.

Это весьма приблизительная схема, потому что в действительности полетный контроллер, получая команды с пульта управления, учитывает множество факторов (положение аппарата относительно горизонта, текущее ускорение, высоту и еще порядка 170 параметров).

Необходимость в одновременной работе множества электронных компонентов и двигателей вкупе с ограничениями по массе выступают в роли главных аспектов, ограничивающих автономность полета гражданских дронов минутами.

Кроме самого квадрокоптера для полетов необходимо и другое оборудование. Как минимум – пульт управления. Он может быть самостоятельным устройством с передатчиком-приемником сигналов или своеобразным дополнением к мобильному телефону. В последнем случае экран смартфона используется для управления аппаратом во время полета и трансляции видео.

Пульт управления дроном

Значительное место среди систем управления дронами занимают очки для вида от первого лица (FVP). Эту опцию поддерживают не все аппараты. Применение этого аксессуара позволяет точнее управлять полетом и глубже погрузиться в сопутствующие ощущения. Именно поэтому FVP модели применяются в гонках дронов. В этой дисциплине уже успели сформироваться международные состязания.

Для программирования сложных маршрутов, работы с программным обеспечением аппарата или его встроенной памятью понадобится также компьютер. Существует и масса конструктивных дополнений: стабилизирующие подвесы для камер, сменные моторы и винты, аккумуляторы увеличенной емкости, съемная защита пропеллеров и другие конструктивные находки инженеров.

Таким образом, минимально необходимый набор для полетов включает в себя квадрокоптер и пульт управления. Базовые элементы позволят только летать и снимать видео, если аппарат снабжен встроенной камерой.

Производители предлагают RTF (ready-to-fly, готовый к полету) комплекты, которые можно поднимать в воздух «из коробки».

Самостоятельная постройка

Те, кто не удовлетворены базовыми характеристиками или функциональными особенностями серийных моделей или просто ищут кого бы такого построить, предпочитают наборы для сборки своего дрона. Они дешевле готовых аппаратов и позволяют самостоятельно конфигурировать построенный аппарат, летать с отдельно приобретенным пультом управления и снабжать собственный квадрокоптер «обвесом» под свои нужды.

сборка дрона своими руками

Наиболее увлеченные энтузиасты и вовсе проектируют и строят свои БПЛА самостоятельно, использую только базовые узлы, которые невозможно произвести самостоятельно. Как правило, это полетный контроллер и блоки управления двигателями с самостоятельно записанным ПО.

Возможности дронов

Функциональный спектр квадрокоптеров постоянно расширяется. В настоящее время они способны транслировать потоковое видео со встроенных камер, следовать заданным маршрутам, возвращаться в точку взлета при потере управления, транспортировать оборудование и нести функциональное снаряжение (к примеру, бензопилу для подрезки растительности на высоте) и даже вооружение.

Однако перспективы развития значительно шире. Сейчас активно и небезуспешно ведутся разработки дронов для перевозки пассажиров, работы в стесненных пространствах, поиска пропавших людей и множества других операций.

Исходя из вышеприведенного, можно сделать вывод, что все дроны это обширный во времени технологический пласт. БПЛА прошли долгий и извилистый путь от взрывных воздушных шаров сомнительной эффективности до компактных и эффективных устройств со значительным потенциалом. И кто знает, где его границы.

Что такое дрон?
Рейтинг 5/5 (1 голосов)

Об авторе

Виталий Орехов

Специалист по дронам, квадрокоптерам и робототехнике. Окончил МГТУ имени Баумана в 2006 году.

Оставьте свой комментарий