Multicopter ( eng. Multirotor, multicopter , multi- rotor helicopter, long-term ) es un avión construido según un esquema de helicóptero , con tres o más rotores [1] .
Los helicópteros multirrotor se desarrollaron en los primeros años de la construcción de helicópteros. Uno de los primeros quadrocópteros ( ing. quadcopter , helicóptero de cuatro rotores ), que realmente despegaba del suelo y podía permanecer en el aire, fue creado por George Botezat y probado en 1922. La desventaja de estos dispositivos era una transmisión compleja , que transmitía la rotación de un motor a varias hélices. La invención del rotor de cola y del plato cíclico puso fin a estos intentos. Los nuevos desarrollos comenzaron en la década de 1950, pero las cosas no progresaron más allá de los prototipos.
Los multicópteros recibieron un nuevo nacimiento en el siglo XXI, ya como vehículos no tripulados . Debido a la simplicidad del diseño, los cuadricópteros se utilizan a menudo en el modelado de aficionados [2] , y también son convenientes para la fotografía aérea y la filmación de videos .
Curtiss-Wright VZ-7 es esencialmente un cuadricóptero
El avión Curtiss-Wright X-19 utiliza el principio de un cuadricóptero durante el despegue y el aterrizaje .
Hexacóptero con cámara de video portátil montable
Modelo de vehículo hexacóptero
Octocopter para vuelos personales
Audi Pop.Up Next , un concepto de automóvil volador no tripulado de dos asientos desarrollado por Audi AG , Airbus , Italdesign
Según el principio de control, los multicópteros son [3] :
Los multicópteros tienen 3 o más hélices de paso constante ( no hay plato cíclico , a diferencia de las hélices simples y gemelas). Cada tornillo es accionado por su propio motor. La mitad de las hélices giran en el sentido de las agujas del reloj y la otra mitad en el sentido contrario a las agujas del reloj, por lo que el multicóptero no necesita un rotor de cola . Maniobre multicópteros cambiando la velocidad de rotación de las hélices (controlador de velocidad: UBEC, Universal Battery Eliminator Circuit [4] ). Por ejemplo:
El sistema de microprocesador traduce los comandos de control de radio en comandos de motor. Para garantizar un vuelo estacionario estable, los multicópteros están necesariamente equipados con tres giroscopios que fijan el balanceo del dispositivo. Como herramienta auxiliar, a veces, también se usa un acelerómetro , cuyos datos permiten que el procesador establezca una posición absolutamente horizontal, y un sensor de presión , que le permite fijar el dispositivo a la altura deseada. Además, el sonar se utiliza para el aterrizaje automático y el mantenimiento de una altitud baja, así como para volar alrededor de obstáculos. El uso de un receptor GPS te permitirá grabar la ruta de vuelo con antelación desde un ordenador, así como devolver el aparato al punto de despegue en caso de pérdida de la señal de radio de control, o tomar parámetros de vuelo rápido o más tarde [ 5] .
Los tornillos se pueden montar directamente en el eje del motor o a través de una caja de cambios .
Los multicópteros aficionados y profesionales utilizan motores eléctricos colectores y sin escobillas y baterías de polímero de litio como fuente de energía [6] . Esto impone ciertas restricciones en las características de vuelo: la masa típica de un multicóptero es de 1 a 4 kg, con un tiempo de vuelo de 10 a 30 minutos [7] [8] (30 a 50 minutos para copias únicas únicas). La reserva de energía de la batería permite que los modelos individuales de multicópteros vuelen hasta 7-12 km; en la práctica, el rango (la distancia máxima que pueden volar y luego regresar al punto de despegue) generalmente se limita a la línea de visión (100- 200 m con mando manual) o la gama de equipos de radio control y video enlace. Al mismo tiempo, las mejores muestras de dichos equipos, que utilizan amplificadores de potencia de señal de radio y un sistema de antenas direccionales, son capaces de proporcionar un enlace de video y control de radio estable a distancias de hasta 100 km. Así, la mayor limitación en el alcance de los multicópteros la impone el tiempo de vuelo.
Estas limitaciones llevan a que los multicópteros se utilicen normalmente como dispositivos de “corto alcance” : para vuelos de aficionados cerca de uno mismo, para tomas de fotografías y videos de objetos cercanos, etc. (a modo de comparación, aviones no tripulados con una batería de similar capacidad puede volar 10— 15 km a una altitud de vuelo de 1-2 km).
La carga útil levantada por modelos de multicópteros de tamaño mediano y capacidad de carga es de 500 g a 2-3 kg, lo que le permite levantar una pequeña cámara de fotos o video en el aire (generalmente una cámara de acción en modelos más económicos, o cámaras SLR en profesionales). También hay modelos bastante grandes de multicópteros, con un número de rotores del orden de 6-8 (hexacópteros y octocópteros), capaces de levantar una carga que pesa hasta 20-30 kg en el aire. Para aumentar la capacidad de carga, se utiliza una disposición coaxial de los rotores, que en el caso de un hexacóptero, por ejemplo, da 12 motores y 12 hélices ubicadas en pares sobre 6 vigas portadoras .
La velocidad de vuelo de un multicóptero puede ser desde cero (estacionamiento fijo en un punto) hasta 100-110 km/h.
También hay helicópteros de tres y cinco rotores ( tricópteros y pentacópteros ). Uno de los motores está ubicado en una plataforma móvil colgada de un eje, cuyo ángulo de rotación se modifica mediante un servoaccionamiento ; así es como el aparato gira alrededor de su eje [9] . Por separado, vale la pena señalar los dispositivos experimentales: bicópteros, cuadricópteros con hélices de paso variable , cuadricópteros con motores en impulsores , pero no han recibido ninguna distribución.
Existen varios tipos de multicópteros según la colocación de las hélices en relación al eje de movimiento y según su sentido de giro:
El uso moderno de los multicópteros es muy diverso: desde juguetes, entrega de mercancías , equipo de fotografía y video amateur hasta vehículos de pasajeros y de carga y robots de combate [10] [11] [12] [13] .
Los multicópteros son convenientes para la fotografía y filmación aérea de bajo costo : se saca una cámara voluminosa del área de las hélices .
Cuadricóptero AirRobot AR 100-B
Cuadricóptero en miniatura, con mando a distancia con posibilidad de instalar una tablet como receptor de señal de vídeo
Cuadricóptero de fotografía profesional con monturas para cámaras digitales
Cuadricóptero para el control visual del espacio circundante para las fuerzas del orden "Griffin-41"
Cuadricóptero experimental "Ehang 184"
Prototipo de Volocóptero "2X"
Recientemente han aparecido cuadricópteros en miniatura que caben en la palma de tu mano ( Walquera Ladybird , WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop , etc.). Son prácticamente seguros (la masa del dispositivo es inferior a 100 g), al mismo tiempo, le permiten obtener las habilidades básicas para volar en un dispositivo multirotor, ya que el principio de su control no es diferente. Es posible volar cuadricópteros de este tamaño en casa sin correr el riesgo de dañar a personas u objetos. Algunos modelos aceleran a unos impresionantes 26 m/s [14] , tienen una alta calidad de imagen y se controlan a una distancia de más de 3,5 km.
Tricóptero
Mini cuadricóptero de carga USB
Mini cuadricóptero con control IR
Cuadricóptero Robbe Blue Arrow Nano Loop
Mini cuadricóptero con control remoto
Octocóptero en vuelo
Cuadricóptero Parrot AR.Drone 2.0 con control Wi-Fi usando teléfonos inteligentes / tabletas en lugar de un control remoto
A diferencia de un avión , que puede planear con el motor apagado, o un helicóptero, que puede aterrizar usando la rotación automática , un multicóptero es completamente incontrolable cuando los motores o la energía están apagados. El cuadricóptero puede mantener la estabilización si uno de los motores falla. Un hexacóptero u octocóptero, además, puede realizar un aterrizaje suave con un motor al ralentí, pero no en todos los casos (por ejemplo, si al menos una pala se rompe, la vibración por desequilibrio aumenta tanto que el controlador deja de funcionar y el dispositivo sufre una caída descontrolada). Pero ya existen cuadricópteros experimentales que pueden estabilizar el vuelo y aterrizar si se pierde uno de los motores [15] .
Teniendo en cuenta que el multicóptero tiene una masa considerable, un cuerpo rígido y hélices que giran rápidamente, su colisión con personas o vehículos puede tener consecuencias negativas. Por lo tanto, no se recomienda volar sobre personas o carreteras. Es recomendable planificar la ruta de vuelo para que, en caso de necesidad (por ejemplo, cuando la batería se está agotando), haya un lugar debajo para un aterrizaje seguro.
El factor humano también es importante. Un controlador de vuelo moderno, en términos de complejidad de configuraciones y cantidad de modos de vuelo, es casi tan bueno como una computadora de escritorio . La lectura desatenta de la documentación, el hecho de no realizar las acciones necesarias (por ejemplo, calibrar la brújula durante la configuración) puede provocar un vuelo descontrolado y la pérdida del dispositivo. La salida del dispositivo más allá del alcance del control remoto en ausencia del modo de retorno de GPS también es una de las razones de la pérdida de dispositivos.
Por razones de seguridad, algunos modelos de multicópteros controlados a distancia están equipados con sistemas redundantes de navegación y posicionamiento, elementos de robótica inteligente que ayudan a la aeronave a determinar de forma independiente los obstáculos en la ruta de vuelo y a volar alrededor de ellos, cubiertas protectoras para las hélices o para toda la aeronave e independientes. regresar al sitio de lanzamiento si se pierde la señal de control [11 ] [6] [16] [17] .
En la Federación Rusa se ha establecido un procedimiento de permisos para los vuelos de todos los vehículos aéreos no tripulados sin excepción. El artículo 33 del Código Aéreo de la Federación Rusa determina qué UAV están sujetos a registro y cuáles deben contabilizarse, pero en la actualidad no hay consecuencias legales para los ciudadanos que no registran / registran vehículos aéreos no tripulados. Para vuelos sin permiso de uso del espacio aéreo (IWP), la responsabilidad está prevista en el art. 11.4 del Código de Infracciones Administrativas : para individuos, una multa de hasta 50,000 rublos, hasta 150,000 rublos. para funcionarios y hasta 300.000 rublos. para personas jurídicas. Para obtener un permiso para un TTI dentro de áreas pobladas, se debe presentar una solicitud de TTI con anticipación al gobierno local , en la que se debe indicar el plan de vuelo. Al mismo tiempo, existen restricciones - en el tiempo y en el territorio (zonas prohibidas y zonas de vuelos restringidos). Por ejemplo, los vuelos cerca de aeropuertos , militares y otras instalaciones protegidas, instituciones correccionales están definitivamente prohibidos , y durante la Copa Mundial de la FIFA 2018, la Agencia Federal de Transporte Aéreo impuso restricciones al TRP sobre las ciudades donde se llevó a cabo el campeonato del 1 de junio al julio. 17, 2018 [18]
La toma de fotografías o videos con vehículos aéreos no tripulados se regula por separado. Disparar desde el aire se refiere al trabajo aéreo, incluso cuando se trata de tomar fotografías artísticas . De acuerdo con la legislación vigente, dicho rodaje requiere:
Una vez finalizada la filmación, el material filmado se transfiere al FSB regional para su desclasificación y posterior uso en el dominio público [19] .
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