Дрони коптерного типу: що це, як працюють і де застосовуються
Дрон коптерного типу — це безпілотник, який тримається в повітрі лише за рахунок тяги несучих гвинтів. Крила в нього немає: кожен гвинт обертає окремий мотор, а підйомну силу дає сукупна тяга всіх роторів. Звідси головна властивість класу — коптер злітає вертикально з невеликого майданчика і може зависнути в одній точці.
У мові військових і виробників для цього класу ходять кілька назв: «коптер», «мультикоптер», «мультиротор», «БПЛА мультироторного типу». Зазвичай ними називають той самий клас апаратів. Уточнення в назві говорить про кількість роторів: квадрокоптер має чотири, гексакоптер — шість, октокоптер — вісім.
Ключові ознаки апаратів цього класу:
У класичного квадрокоптера немає рулів, елеронів чи хвостового гвинта. Його керування зводиться до того, що польотний контролер постійно змінює оберти окремих моторів. Нижче — як це працює на прикладі чотирьох гвинтів.
Коли тяга гвинтів врівноважує вагу апарата, він зависає. Додати оберти всім моторам — коптер піднімається, зменшити — знижується.
Щоб полетіти вперед, контролер трохи знижує оберти передніх моторів і підвищує задніх. Апарат нахиляється, частина тяги стає горизонтальною — і він рушає в бік нахилу. Так само працює рух убік.
У квадрокоптера сусідні гвинти обертаються в протилежні боки, тому їхні реактивні моменти взаємно гасяться і корпус не крутить. Якщо пришвидшити пару гвинтів, що обертаються в один бік, і пригальмувати другу пару, баланс порушується — і коптер повертається навколо своєї осі.
Оператор не керує кожним мотором окремо — це робить польотний контролер. Він зчитує гіроскопи й акселерометри та безперервно коригує оберти, стабілізуючи апарат. Від налаштування контролера залежить, як дрон поводиться з важким вантажем. У VORON-10 геометрію рами та налаштування польотного контролера оптимізували саме під важкий боєприпас. Як влаштовані керування, зв'язок і навігація безпілотника загалом — у статті «Як працює БПЛА».
Різниця — у джерелі підйомної сили. У коптера її дають гвинти, тому він може зависнути, але швидко витрачає енергію. У літака її дає крило, тому він летить далі й довше, але не може зависнути. Докладно ми розібрали це в статті «БПЛА літакового типу: що це, будова і дальність».
На практиці різниця добре видна на цифрах. VORON-10 в ідеальних умовах тримається в повітрі 25 хвилин. Для крилатого ATOM у розвідувальному режимі заявлено до чотирьох годин патрулювання (цей режим зараз на стадії бета-тестування). Зате коптеру не потрібна катапульта, і він може роздивитися ціль, зависнувши над нею.
Дальність і час польоту в характеристиках — це значення, заявлені виробником. Чим дальність відрізняється від радіуса дії й дальності зв'язку, ми розібрали в статті «Дальність польоту БПЛА». У полі на ці значення впливають кілька речей.
Чим важчий вантаж, тим більше енергії йде просто на те, щоб утримувати апарат у повітрі, і тим менше її лишається на політ до цілі. На BOMBER-15 з батареєю 6S3P це добре видно: з бойовою частиною 1,5 кілограма робоча дальність становить 55–65 кілометрів, з трьома кілограмами — 45–50, з шістьма — 20–25. Те саме у VORON модифікації VX: 1,3 кілограма він доставляє на відстань до 40 кілометрів, а 2,5 — лише до 20.
Батарея визначає запас енергії на борту, але кожен додатковий елемент — це ще й вага. Тому виробники підбирають збірку під задачу: VORON-10 літає на батареї 6S4P, BOMBER-15 — на 6S3P.
FPV-дроном оператор керує за відео з борту, тому стабільна радіолінія для нього критична. Зв'язок слабшає з відстанню, рельєфом і перешкодами. Щоб тримати лінк у складних умовах, VORON-10 працює з керуванням ELRS у двох діапазонах (915–2400 МГц), підтримує технологію FHSS і ретранслятори: стабільний зв'язок до 24 кілометрів, із ретранслятором — до 35.
Коптер протистоїть вітру тягою моторів, тому сильний вітер, особливо зустрічний, з'їдає запас енергії. Для VORON-10 виробник прямо вказує: при вітрі понад 10 метрів за секунду тактичний радіус зменшується. Температурні межі теж задані: −20…+50 °C у VORON-10 і −20…+45 °C у BOMBER-15.
Підрозділи зазвичай поєднують обидва класи: крило знаходить ціль на дистанції, коптер працює по ній зблизька.
Безпілотник без крила, який тримається в повітрі завдяки тязі кількох гвинтів. Він злітає вертикально й може зависати, але літає менше за апарати літакового типу.
«Дрон» — загальна назва будь-якого безпілотника, зокрема й літакового типу. Квадрокоптер — один із видів дрона: коптер із чотирма гвинтами. Тобто кожен квадрокоптер є дроном, але не кожен дрон є квадрокоптером.
Типовий електричний коптер — десятки хвилин. Залежить від батареї, вантажу й погоди: VORON-10 в ідеальних умовах тримається в повітрі 25 хвилин, модифікація VX — 35.
Залежить від розмірів, моторів і батареї. FPV-дрон VORON-10 несе до 2,5 кілограма, важкий мультиротор BOMBER-15 — до шести. Що важчий вантаж, то коротша дальність.
Універсально кращого немає. Коптер виграє там, де потрібні вертикальний зліт, зависання й точна робота зблизька. Крило — там, де важливі дальність і тривалий політ.
FPV (first-person view) — керування «від першої особи»: оператор бачить картинку з камери дрона в окулярах чи на екрані й пілотує так, ніби сидить усередині. У військовій справі так керують, зокрема, ударними коптерами-камікадзе.
