Что держит дрон в воздухе

Подбросьте камень — он упадёт. Квадрокоптер тяжелее камня, но висит на месте сколько угодно. Разбираемся, за счёт чего.

Винт — это крыло, которое вращается

Самолёту, чтобы лететь, нужно разогнаться: воздух должен обтекать крыло. У дрона крылья короткие и сами бегут по кругу — это лопасти винта. Каждая лопасть изогнута и поставлена под углом, и при вращении она отбрасывает воздух вниз.

А дальше работает третий закон Ньютона: винт толкает воздух вниз, воздух толкает винт вверх. Тяга всех четырёх винтов больше веса аппарата — дрон поднимается. Равна весу — висит. Меньше — снижается.

Можете осторожно попробовать сами: высуньте ладонь из окна едущей машины и чуть поверните её. Ладонь потянет вверх или вниз — это та же сила, которая держит дрон.

Почему винты крутятся в разные стороны

У коптера два винта вращаются по часовой стрелке, два — против. Это не для красоты.

Мотор крутит винт, но и винт «крутит» мотор в обратную сторону, создавая реактивный момент. Если бы все четыре вращались одинаково, рама начала бы вертеться волчком. Пары с разным направлением гасят момент друг друга, и корпус стоит ровно.

Как им управляют

У дрона четыре мотора, и всё управление — это разная скорость их вращения.

↑ Подъём вверх/спуск вниз — прибавляем или убавляем обороты сразу на всех четырёх моторах.

→ Вперёд, назад, вбок — притормаживаем одну пару и ускоряем противоположную. Аппарат наклоняется, тяга винтов уходит под углом, и дрон скользит в ту сторону, куда наклонился.

↻ Разворот на месте — ускоряем пару, крутящуюся в одну сторону, и замедляем вторую. Моменты перестают гасить друг друга, и корпус поворачивается.

Главное: FPV-дрон сам летать не умеет

Квадрокоптер неустойчив по своей природе. Оставьте его без вмешательства — и он завалится за доли секунды.

Внутри стоит полётный контроллер с гироскопом и акселерометром. Он замеряет положение аппарата сотни раз в секунду и каждый раз подправляет обороты каждого мотора. Оператор задаёт направление — электроника удерживает дрон в воздухе.

Поэтому полёт — это всегда работа вдвоём: человек и контроллер. И поэтому обучение начинается с симулятора: моторику нарабатывают там, где не страшно сотни раз подряд разбить аппарат 😉

Вопрос вам на подумать: что сажает батарею быстрее — зависание на одном месте или полёт на спокойной крейсерской скорости? Пишите в комментариях, но перед этим, вот вам цифры: у Mavic 3 заявлено 46 минут полёта и только 40 минут зависания. Почему так — разберём в следующем посте.