Как сделать беспилотник из бумаги

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Использование небольших беспилотных летательных аппаратов для FPV и автономного картографирования становится всё более популярным, особенно на фоне роста популярности дронов для полёта в режиме от первого лица и увеличения доступности деталей. В этой статье рассматриваются несколько соображений касательно вопроса о том, подходит ли самолёт для применения в качестве беспилотника, и, если да, то как выбрать правильный тип.

Мультикоптер vs Самолёт

Какие преимущества может предложить самолёт перед мультикоптером? Несмотря на то, что мультикоптер отлично подходит для увлекательного FPV/автономного полёта, его полезная нагрузка и время полёта все еще ограничены, так как чтобы бороться с гравитацией и удерживать беспилотник в воздухе, несущие винты должны постоянно вращаться (а значит расходовать энергию). Самолёты, напротив, используют свои крылья для создания подъёмной силы. Так какой тип лучше? Не считая электронной начинки, такой как передатчик, приёмник, FPV оборудование, контроллер полёта, приведённые ниже особенности кажутся наиболее актуальными для ответа на поставленный вопрос:

Мультикоптер

Самолёт

Запускается вручную, посредством взлётно-посадочной полосы или катапульты и обычно приземляется на относительно ровную траву или взлётно-посадочную полосу.
Требуется большое открытое пространство для полёта, поскольку маневренность самолёта ограничена (т.е. всегда необходимо двигаться вперед).
Крылья создают подъёмную силу.
Более высокая грузоподъёмность.
Модели исполненные из пены могут быть снисходительными в случае аварии, и большинство можно будет восстановить/отремонтировать.
Модели с размахом крыла от 500мм до 1.8м являются наиболее распространенными для использования в хобби, а полная установка обычно стоит от 200 до 1000$ США.
В случае отказа двигателя все еще есть возможность приземления без повреждения самолёта.

VTOL (вертикальный взлёт и посадка)

Конструкции включают крылья и пропеллеры (на данный момент не так много коммерческих/серийных продуктов).
Управление все еще довольно сложное для перехода из вертикального полёта в горизонтальный.
Конструкции сильно отличаются от квадрокоптеров с крыльями или от использования/удлинения опорных рычагов (лучей) беспилотника для включения профилей крыльев.
Не будет обсуждаться далее в этой статье.

Соображения

Распространённые типы БПЛА/Дрон крыло

Существует много различных воздушных рам, используемых для создания дронов, но некоторые конструкции используются гораздо чаще других. По мере того, как все больше и больше производителей начинают выпускать изготовленные на заказ аэродинамические рамы для автономного использования, стали исчезать такие ненужные детали, как макет кокпита например, которые обычно можно было встретить на RC самолётах в прошлом.

Дельта крыло (Delta Wing/Летающее крыло)

Летающее крыло — безусловно, самая простая (и, возможно, самая популярная) конструкция. Простая/рудиментарная рама может быть изготовлена с использованием недорогого вспененого пенополипропилена (ЕРР) и базового аэродинамического профиля Кляйна-Фогельмана (Kline-Fogleman или KFm). Они классически имеют только две поверхности управления, это означает, что все повороты осуществляются кренами. Пропеллер обычно находится сзади (что позволяет устанавливать камеру спереди), но он точно так же летит с мотором, расположенным в центре или спереди, при условии, что центр тяжести правильный. Великолепная конструкция для своей простоты и, как правило склонна летать на высоких скоростях.

Моторизованный планер/Планер

Если вы хотите оставаться в воздухе как можно дольше (т.е. самое продолжительное время полёта), такая конструкция — лучший выбор. Как правило может иметь среднее или высокое крыло, а хвост часто имеет Т или V-образную форму. Все представленные здесь рамы могут быть использованы для увлекательного полёта (или более), однако, если вы хотите, чтобы беспилотник как можно дольше находился в воздухе, вам нужно рассмотреть самолёт с большим крылом, и именно в этом планеры превосходны. Они не предназначены для того, чтобы быть самыми быстрыми (скорее самыми медленными) и нести наибольшую полезную нагрузку (они должны быть максимально легкими), зато хорошая конструкция может оставаться в воздухе в течение многих часов. Почти у всех винт установлен спереди, поэтому в тех случаях, когда требуется камера, её обычно устанавливают на нижней части/брюхе фюзеляжа.

Стандартные

Обычные RC-самолёты по-прежнему часто переделываются для использования в качестве дронов, а проекты варьируются от Мустангов (Sport) до Piper Cubs (Trainer). Почти у всех есть пропеллер, установленный спереди (тянущий или puller). Крылья обычно имеют прямую переднюю/заднюю кромку (прямоугольные), но для копий истребительной авиации крыло может быть более трапециевидным. Такие конструкции чаще всего используются, потому что они являются наиболее распространенным и легко доступным RC самолётом. К сожалению, самолёты не годятся для модификации и включают эстетические элементы, которые не нужны при применении в качестве БЛА. К тому же это не самая удобная конструкция с точки зрения выбора беспрепятственного места для установки камеры. В основе большинства используется дерево, которое не прощает аварий.

Нестандартные

Размер

Итак, насколько большим должен быть ваш самолет? Критерий предопределяющий будущий способ транспортировки, к которому часто обращаются ещё до применения. Самолёты (почти) всегда больше мультикоптеров, и поскольку пространство, где вы планируете летать, может находится не рядом с вашим домом или бизнесом, чаще всего транспортировку нужно будет осуществлять автомобилем. Из-за этого размер рамы для дронов такого типа имеет тенденцию быть ограниченным – 2 метрами (размах крыла), и в большинстве случаев крылья должны быть съёмными. Если летающее крыло не может иметь съёмных крыльев, то, размах будет составлять менее 1.2 метра, чтобы их можно было легко разместить на заднем сиденье транспортного средства. Классически, RC самолёты стандартного размера имеют размах крыльев от 0.5 – 2м, поэтому доступность деталей для этого размера (двигатель, ESC, аккумулятор, сервоприводы и т.д.) очень хорошая.

Продолжительность полёта

Второй вопрос, который вы могли бы задать себе, это сколько времени самолёт должен оставаться в воздухе. Если вы планируете дистанционно управлять самолётом, стоит принять во внимание, что примерно через 20-30 минут пилотирования, большинство людей устают физически/умственно и стараются завершить полёт. Для долговременных полётов рекомендуется рассматривать планер с размахом крыла не менее 2 метров (с небольшой грузоподъемностью).

Применение

И третье соображение, конечно, является потенциальное применение. В списке распространённых: FPV полёт, картографирование, а также полностью автономный полёт с использованием сенсоров. Для автономного полёта вам необходим контроллер полёта с GPS, а также возможно добавление сенсоров.

Типы комплектов

Проектирование нестандартного самолёта редко является приоритетом для тех, кто хочет просто подняться в воздух для полёта от первого лица или автономного полёта, поскольку это, как правило, требует либо серьезного исследования, либо соответствующих знаний аэродинамики. По этой причине рамы, разработанные специально для FPV/БЛА, становятся все более и более популярными. Тем не менее, учитывая широкую популярность обычных RC самолётов, многие энтузиасты все еще обращаются к существующим RC моделям (не обязательно масштабным моделям) и адаптируют их для FPV/автономного использования.

RTF (Ready to Fly/Готов к полёту) – такой комплект включает в себя всё, что вам нужно, чтобы использовать изделие по назначению, и, как правило, в него входят полностью собранная рама (для более компактной доставки крылья могут демонтироваться) с предустановленной рабочей начинкой (мотор, ESC, сервоприводы, закрылки и т.д.), а также передатчик и приёмник, аккумулятор и зарядное устройство. Обычно вы соединяете фюзеляж с крылом (или крыльями), заряжаете, устанавливаете и подключаете аккумулятор, и всё готово к полёту. Это самый быстрый способ попасть в воздух, но при этом такие комплекты не допускают последующего апгрейда.

BNF (Bind and Fly/Привяжи и лети) – беспилотник поставляется почти полностью собранным (для более компактной доставки крылья могут демонтироваться). Комплект не включает приёмник/передатчик. Сборка очень быстрая, учитывая, что все детали уже смонтированы/собраны. Необходимо будет подключить приёмник к сервоприводам и силовой установке, установить аккумулятор и проверить CG (Center of Gravity/Центр тяжести), а затем пройти предполётный контрольный лист запуска, выполнить калибровку. Обратите внимание, что вероятно, потребуется настроить вашу аппаратуру управления для данной модели БЛА. Это второй самый быстрый способ попасть в воздух.

PNF (Plug and Fly/Подключи и лети) – самолёт в основном полностью собран (для более компактной доставки крылья могут демонтироваться). Комплект включает ESC, пропеллеры и сервоприводы. Комплект не включает передатчик, приёмник, аккумулятор или зарядное устройство. Необходимо будет подключить приёмник к сервоприводам и силовой установке, выбрать и установить аккумулятор (проверить CG), а затем пройти предполётный контрольный лист запуска, выполнить калибровку. Обратите внимание, что вероятно, потребуется настроить вашу аппаратуру управления для данной модели БЛА.

PNP (Plug and Play/Подключи и играй) – такой же как PNF комплект.

ARF (Almost Ready to Fly/Почти готов к полёту) – изделия в такой комплектации обычно включают в себя раму и некоторое аппаратное обеспечение. Поставляются частично собранными практически со всеми частями/компонентами рамы необходимыми для её сборки. Может потребоваться некоторое склеивание. Пользователю нужно выбрать свой собственный передатчик, приёмник, мотор, ESC, пропеллер и сервоприводы, поскольку они не входят в комплект.

KIT – в наши дни KIT-самолёты включают планы сборки, но прежде чем самолёт станет достойным полёта пройдёт много времени. Рекомендуется иметь некоторый опыт пилотирования перед тем, как управлять KIT-самолётом, поскольку одна авария (обычно на первом вылете) может привести к многочасовому восстановлению БЛА.

DIY (Do It Yourself/Сделай сам или построенный с нуля) – что, говоря о самолётах, обычно означает совершенно нестандартную конструкцию, которую, возможно спроектировал пилот. Обычно конструктору необходимо выбрать все подходящие компоненты, и зачастую сборка осуществляется методом проб и ошибок.

Строительство

Существует множество различных материалов, используемых для создания рамы, крыльев и хвостового оперения RC самолётов/Дронов. Несмотря на то, что пилотируемые самолёты зачастую используют стекловолокно, алюминий и даже углеродное волокно, производители беспилотных летательных аппаратов пока не применяют таких материалов при изготовлении небольших судов. Ниже приведены наиболее распространенные материалы, которые вы найдёте в отрасли:

EPO (Expanded PolyOlefin/Расширенный полиолефин) – этот тип пены является лёгким, жёстким и более крепким, чем пенополистирол (EPS). При изготовлении форм позволяет добиться довольно гладкой поверхности. В случае аварии такая пена сжимается, а если усилие избыточно, разрушению будут подвержены самые слабые места. Как правило, детали исполненные из EPO остаются цельными, и если авария не серьёзная пострадавшие элементы можно впоследствии склеить.

EPP (Expanded PolyPropylene/Вспененный полипропилен) – этот тип пены является гибким и эластичным, и хотя он немного тяжелее EPO, он практически не поддается разрушению (для практических целей).

EPS (Expanded PolyStyrene/Вспененный полистирол) – этот тип пены обычно используется в качестве упаковочного материала для телевизоров, электрических приборов, при изготовлении шлемов, внутри ящиков со льдом и для дорожного и домашнего строительства. EPS содержит около 95-98% воздуха.

Balsa Wood (Бальса, бальза, бальзовое дерево, охрома) – в прошлом большинство RC самолётов использовали бальcу в качестве основного материала. Является невероятно лёгкой, но при этом показательно жесткой и легко обрабатываемой древесиной, оптимально подходящей для создания рам, крыльев и хвостового оперения. Невероятная осторожность и время должны быть вложены во время строительства, и даже самые лёгкие удары могут нанести серьезный ущерб раме (более серьёзные краши приводят к полному разрушению).

Выдувной пластик – процесс выдувного формования пластика включает закрытую матрицу, в которую выдувается полурасплавленный пластик, а затем охлаждается, чтобы сохранить её форму. На выходе получается прочная полая оболочка. Выдувной пластик чаще всего используется для создания фюзеляжа (в отличие от крыльев), после изготовления пользователь должен сделать соответствующие вырезы. Выдувные конструкции/комплект деталей также могут включать в себя предварительно вырезанную бальсу в качестве усиления. Выдувной пластик может противостоять ударам небольшой силы и имеет тенденцию вдавливаться, а не разрушаться.

Вакуумный пластик (Vacuumed Plastic) – процесс вакуум-формования листов включает нагревание тонкого пластикового листа до такой степени, что он становится гибким, но не совсем расплавленным, и размещение его на охватываемой матрице; пока он остаётся гибким, воздух между матрицей и листом удаляется (то есть выкачивается), что заставляет лист принять её форму. Пластик остывает, и трехмерная форма вырезается из окружающего материала. Существует много различных типов пластмасс, которые могут быть сформированы в вакууме, и их свойства могут варьироваться. Поликарбонат является хорошим компромиссом между весом и ударопрочностью.

Гофрированный пластик (Corrugated Plastic) – несмотря на то, что немногие самолёты используют его для фюзеляжа или крыльев, зачастую материал используется для придания жёсткости дверям или там, где требуются плоские поверхности. Гофрированный пластик выглядит как гофрокартон, только исполнен из пластика. Он очень устойчив к авариям и ударам, с ним легко работать без каких-либо специальных инструментов и он очень гладкий (аэродинамика).

Будем делать вот такой, маленький, как на картинке, беспилотный автомобиль.

Вот так выглядят маленькие беспилотники

Как я дошёл до этого

Мне всегда были интересны темы беспилотников и роботов, но руки до такого не доходили - боялся слишком большого объёма навыков, которые потребуются для этого.

В марте-апреле 2020го года, когда сидение дома уже порядком поднадоело, понял, что я созрел для беспилотников. И, вдохновлённый статьёй Беслана, принялся изучать вопрос и заказывать необходимые комплектующие на Али и в других магазинах.

Приезжали заказы в разное время, поэтому, из всего, что попадало под руку, собирал первые версии беспилотника (тогда ещё ни разу не беспилотного).

Первые шаги

Начиналось всё с черепахоподобного поделия из картона, котому требовался сетевой провод. Провода от двух веб камер были перетянуты кабельными стяжками. А машинка не была соединена с компьютером, и я управлял ей с радиопульта от RC машинки.

В качестве мозга для беспилотника я выбрал Nvidia Jetson Nano Developer kit, а в качестве тачки - Remo Hobby S-Max - это то немногое, что осталось в беспилотнике по сей день.

Рабочий прототип из картона и макетных плат

Затем машинка стала обрастать новыми компонентами: появились беспроводная сеть, лидар, IMU и остальные.

В процессе добавления я осваивал кучу нового:

Учился работать с разными устройствами

Осваивал нейронные сети и машинное обучение

Узнавал про алгоритмы, специфичные для роботов и беспилотников

Паял, резал, клеил и всячески работал руками и головой

Когда картон и макетные платы стали слишком замедлять процесс - приобрёл недорогой, но большой 3D принтер, а провода спаял с нужными разъёмами.

Сперва спроектировал всё из картона и соплей (но с котиком)

Почти рабочий прототип

А потом уже сделал корпус из пластика. В процессе пришлось освоить проектирование в CAD (использовал FreeCAD) и разобраться с настройкой принтера.

Потом писал алгоритмы, исправлял баги и добавлял датчики.

Что получилось

Платформа, для которой вы можете писать различные алгоритмы по исследованию, картографированию, распознаванию и другие - датчиков для этого хватает, а код можно писать на питоне прямо в браузере.

камера (ночного видения), чтобы смотреть и распознавать объекты

однолучевой лидар и лазерные датчики расстояния, чтобы строить карту стен и других препятствий

управление машинкой, чтобы ехать, куда хочется

колёсная одометрия и IMU, чтобы понимать куда вы заехали

Уже есть несколько готовых скриптов (Jupyter notebook'ов):

чтобы просто поуправлять машинкой с джойстика, глядя при этом на картинку с камеры и на вид сверху, построенный по лидару

беспилотный режим: машинка сама исследует помещение, строит его карту и ищет ~~жертву~~ живность (людей, кошек и собак), а, найдя такой объект, - следует за ним

Я потратил много времени и оттоптал много разных граблей и велосипедов, и теперь хочется поделиться своим опытом и наработками с сообществом.

Что требуется (список компонентов)

RC машинка Remo Hobby Smax 1:16 RH1635

Контроллер мотора, у меня такой: SURPASS HOBBY KK 35A ESC Waterproof Electric Speed Controller for 1/16 RC Car Brushless Motor Power system

Одноплатный компьютер Nvidia Jetson Nano Developer Kit

Микро SD карта на 64 GB (возможно, влезет и на 32)

wi-fi карточка типа такой и пара антен с IPEX разъёмом (USB свистки с wi-fi показали себя очень плохо)

Два датчика Холла типа KY-003 для Arduino

магнит примерно такого размера: 20x3x2 мм

камера, работающая с Jetson Nano; у меня IMX219 8MP Infrared Night Vision 160 Degree FOV + 2 Infrared LED Lights

однолучевой лидар типа YDLIDAR X2L

IMU типа Bosh BNO055

ШИМ плата PCA9685 для соединения контроллера двигателя и Jetson'а

Конвертер логических уровней для преобразования из 5V в 3.3V и обратно

короткий USB - USB-C дата кабель (чтобы заменить слишком длинный кабель от лидара)

(опционально) два датчика расстояния; у меня VL53L0X (6 pin)

доступ к 3D принтеру

провода, коннекторы, стяжки, инструменты и т.д.

руки, которые смогут всё это соединить

Более подробно и со ссылками есть на github проекта.

Как собрать

Сделал туториал по сборке в виде нескольких видео.

Там же видео проездов и обсуждение задач и проблем.

Часть 1. Рассказываю, что и зачем делаю, соединяю основные компоненты.

Часть 2. Паяю, соединяю компоненты проводами.

Часть 3. Гоняю, рассказываю про софт и алгоритмы.

Часть 4. Запускаю два беспилотника вместе; добавляю лазерные сенсоры, чтобы они друг друга видели

Ссылки

Код, STL модели для печати, описание и ссылки есть на github проекта.

Видео есть на моём канале, там же будут выходить новые серии.

Что дальше

Буду дорабатывать алгоритмы:

добавлю лидарную одометрию (ранее не успел допилить NDT, а теперь можно будет доделать)

Писатели-фантасты не раз пытались придумать некие способы войны в будущем, причем не просто войны, а войны на расстоянии, при помощи роботизированных механизмов, сберегающих человеческую жизнь.

Например, у Александра Беляева в романе "Властелин мира" жилище Штирнера его противники бомбят с помощью радиоуправляемых самолетов, хотя и неудачно. В романе "Пылающий остров" Александра Казанцева советские пилоты — герои Советского Союза, сидя в уютных креслах и не подвергаясь опасности, "радиоистребителями" управляют с земли.

Изобретатели 20-30-х годов прошлого века пытались строить катера, танкетки и даже танки с радиоуправлением — что-то вроде самоходных мин с зарядами взрывчатки. Но с "телеуправляемыми танками" (так назывались эти машины, хотя телевидением в них даже и не пахло!) дело в то время так и не пошло. Зато сейчас роботы в армии применяются все активнее. Но что может ожидать нас на этом пути в самом недалеком будущем?

Дроны из кубиков!

Сегодня наши СМИ то и дело рассказывают о создании новых БПЛА и боевых наземных танках-роботах, а также машинах для тушения технически сложных пожаров и разминирования местности. Некоторые беспилотники по размерам уже догнали пилотируемые самолеты, а уж своей ценой вполне могут их превосходить. Есть большие дроны, есть маленькие, но… все это, скажем так, результат работы специальных КБ и подведомственных военным организаций. Между тем современная техника подчас представляет собой набор готовых "кубиков", которые остается лишь взять, правильно между собой соединить и получить достаточно простое и дешевое устройство. Пример Илона Маска в данном случае весьма показателен. Однако ничто не мешает по такому же принципу создавать и… дроны!

Дроны из… упаковки!

А теперь давайте представим обычный кусок картона от упаковок. Вырежем из него плоский профиль современного самолета, детали кабины, рули и оперение. Все это соединим при помощи прорезанных в картоне пазов и соответствующих выступов, склеив все это суперклеем, поставим внутрь малогабаритный электродвигатель, две рулевые машинки, блок питания с мощной электробатареей и блок радиоуправления, и — в руках у нас будет самый настоящий дрон! Запускается он с рук. Летает очень быстро и обладает отличной маневренностью. Сегодня в интернете можно увидеть, как по такой технологии сделать летающую модель американского самолета-стелс F117 Nighthawk, который в полете очень похож на настоящий.

И отличаются такие вот дроны от тех, что делаются в солидных фирмах, только тем, что предельно дешевы, а кроме того, на них нет видеокамеры. Но… стоит немного увеличить их размеры, повысить мощность двигателя — и такой вот "картонажный дрон из упаковки" сможет нести не только видеокамеру, но и малогабаритный боеприпас весом, ну, скажем, в 2,5 кг, изготовленный также из бумаги, но с кумулятивной воронкой из обедненного урана. Или под ним установлено стреляющее устройство: открытый с двух сторон ствол, действующий по принципу безоткатного орудия. То есть в нем пуля, заряд и равная весу пули противомасса из… стеклянных шариков. При выстреле пуля летит в одну сторону, шарики в другую, а вот отдачи сам дрон при этом не чувствует!

Операция из недалекого будущего

А теперь представим себе боевую операцию с участием таких дронов в недалеком будущем. На расстоянии 50 км от линии боевого соприкосновения войск в лесу, под прикрытием деревьев, стоит машина "дроновоз" на вездеходном шасси, в грузовом отсеке которого находится несколько сотен таких вот сборных дронов из дешевого картона, но только не коричневого, а светло-голубого небесного цвета. Рулевые машинки и вся проводка на них уже приклеены, как и двигатели. Остается приклеить киль, установить тяги рулей, батарею питания, корпус-кокпит, подвесить боевую часть, проверить работу видеокамеры — и эти дроны можно запускать.

Первым в сторону противника уходит высотный дрон-разведчик и корректировщик, который с высоты в 5-8 километров "все видит, все знает" и передает информацию "своим". Кстати, все электросхемы дронов помещены в так называемую "клетку Фарадея" — оплетку из тонкой медной проволоки для защиты от электромагнитного импульса, которым противник может попробовать помешать их работе.

"Дорогой" дрон-разведчик летит высоко. А вот "дешевые" дроны на скорости 150 км/ч по команде операторов стартуют один за другим и летят очень низко. Поэтому попасть по ним из ручного огнестрельного оружия практически невозможно, к тому же их очень уж много! На каждом из операторов шлем-эмулятор, позволяющий ему видеть все, что видят видеокамеры его дронов, которые он одновременно наводит на цель, пользуясь данными дрона-разведчика.

Дроны атакуют!

И вот уже территория противника… Дроны по очереди, один за другим, атакуют цели. У "стрелковых" операторы наводят перекрестия прицелов на одиночных солдат противника и… подают сигнал на отстрел безоткатных боеприпасов. "Дроны с кумулятивным зарядом" находят вражеские танки, делают "горку" и устремляются на них сверху, чтобы поразить башенные люки или моторный отсек. А другие пролетают еще дальше и попадают в грузовые автомобили, бензовозы, полевые кухни, валятся с неба на артиллерийские позиции. Конечно, какое-то их количество противник сбивает, но только дронов что-то очень уж много. К тому же сделаны они из картона, пропитанного бертолетовой солью, и при поражении они вспыхивают, как факелы, тоже, в общем-то, не доставляя этим противнику особой радости, мало ли где такое вот горящее "устройство" упадет, да еще и взорвется.

По примеру кино…

В кинофильме "Иллюзия убийства-2" с помощью детской игрушечной подводной лодки с дистанционным управлением, на которой закреплен пневмопистолет, стреляющий парализующими иглами, выводят из строя гангстера-мафиози. Но… ничто не мешает оснастить чем-то подобным и такие вот дроны. Чтобы они не убивали солдат противника, а выводили их из строя на какое-то время. Тут опять-таки главное — дешевизна и количество запускаемых в сторону противника дронов!

Танки-дроны стреляют очень далеко…

Значительно более дорогим, но в целом все равно значительно более дешевым оружием могут стать и танки-дроны. Причем несколько необычные. Сегодня танк-дрон мыслится практически как копия танка "Армата" (кстати, такая модель уже разрабатывается под названием "Штурм"), но с искусственным интеллектом внутри и значительно более легким бронированием. Но… такая машина все равно будет безумно дорогой.

А что, если сделать танк, внешне практически неотличимый от той же "Арматы", но…без брони вообще, из самых что ни на есть дешевых материалов, соответственно, очень легкий. Тогда ему и мощный двигатель не понадобится, хотя скорость у него все равно будет очень высокой. Пушка имеет револьверный барабан, ну, скажем, на 12 запускаемых через ствол… дронов с раскрывающимися крыльями, оперением, видеокамерой и кумулятивным противотанковым зарядом. Кроме того, такой танк следует в свою очередь снабдить оружием против БПЛА противника, действующим на достаточно близком расстоянии. Операторы дронов, выстреливаемых такими танками, даже близко к ним не подходят, поскольку это хорошая мишень для противника, а передвигаются на небольших маневренных и малозаметных вездеходах.

"Танки-поддавки"

Противник, безусловно, заметит приближение к его позициям подразделения мощных современных танков и будет стараться всеми силами их уничтожить, привлекая для этого самые различные огневые средства. Но этим самым он демаскирует и себя, и позволит в свою очередь нанести по нему сокрушающий удар. А эти "танки-поддавки" будет особо-то и не жалко. Тем более, они тоже могут пострелять по противнику, причем не на 5 км, как сейчас, а на все 20, 50, а то даже и 100 км — все это будет зависеть от типа заряжаемых в них дронов!

Так что, конечно, сложные, большие и дорогие, многофункциональные дроны из самых современных материалов… нужны! Они говорят об уровне развития науки и техники своей страны, и обладание ими — это сертификат на военную мощь наряду с танками, авиацией и ракетоносным подводным флотом. Но… не надо забывать и о том, что простейший боевой дрон из картонажной упаковки может быть сегодня изготовлен буквально в любом сарае. И он тоже может убивать!

Квадрокоптер — это не только весело и интересно. Такое устройство можно использовать для аэрофотографии, доставки небольших грузов, выполнения задач патрулирования, участия в соревнованиях. Именно для последней цели множество профессионалов предпочитает покупать не готовые модели, а собирать квадрокоптер своими руками. Сделать это можно и в домашних условиях. Главное — правильно подобрать комплектующие.

С чего начинать

Первое, что стоит уяснить начинающему, который решил сделать квадрокоптер своими руками: обойтись без покупки специальных комплектующих не получится. Летающая четырехвинтовая машина представляет собой достаточно сложную компьютеризированную систему. Поэтому приобретение специальной управляющей платы, сигналы с которой будут стабилизировать и направлять мультикоптер — является обязательным.

Несколько советов помогут собрать дрон с высокими шансами на положительный результат.

Не стоит делать самодельный квадрокоптер большим. Разумно начать с надежной, устойчивой и прочной модели.
Двигатели для дрона нужно выбирать с запасом. Во-первых, этим достигается большая свобода при сборке рамы. Мощные двигатели компенсируют ошибки, связанные с недостаточной грузоподъемностью. Во-вторых, характеристики большинства моторов китайского производства завышены.
Минимальное количество проводки и соединений позволит как уменьшить массу, которую будет иметь самодельный дрон, так и минимизировать наводки и потери на сопротивление.

И главное — не стоит сразу пытаться делать квадрокоптер с камерой. Это устройство (если хочется получать качественное изображение) не только громоздкое и довольно тяжелое, но и неизбежно разбалансирует дрон.

Готовые комплекты

Профессиональные спортсмены, использующие гоночные дроны, предпочитают покупать готовые наборы для сборки. Это так называемые комплекты ARF. В них входит минимальный набор компонентов, чтобы сделать дрон своими руками с предсказуемыми характеристиками. При этом владельцу предлагается некоторая свобода в модификации параметров изделия путем замены лопастей, батарей и других комплектующих.

Наборы ARF обычно включают:

детали рамы;
основная печатная плата;
двигатели;
лопасти;
батареи;
соединительные шлейфы;
крепежные элементы.

После того, как самодельный квадрокоптер собран, на него устанавливают систему управления. Ее можно купить отдельно.

Совет! Рекомендуется приобретать комплект из пульта и приемника. Они полностью синхронизированы между собой и не требуют сложной настройки.

Еще одно достоинство комплектов ARF — широкие возможности модификации летных характеристик дрона. Можно собрать квадрокоптер с большим радиусом действия, подключая его к соответствующей системе управления. Или обеспечить хорошие характеристики маневренности, используя специальные пульты.

Сборка в домашних условиях

Квадрокоптер можно собрать самому, в домашних условиях. Без покупки сложных электронных компонентов обойтись не получится. А вот силовую раму с ногами двигателей можно сделать из подручных материалов. Есть несколько вариантов сборки. Раму можно сделать из пластиковых труб водопроводной сети или собрать конструкцию из тонкого алюминиевого профиля квадратного сечения.

Самый простой способ — выполнить раму из фанеры. Для этого потребуется квадрат, размеры которого подбираются под габариты будущего коптера. К основанию рамы из фанеры будут крепиться ноги двигателей. Это может быть как готовое изделие промышленного производства, так и вручную изготовленные детали. Пошаговая сборка силовой рамы выглядит следующим образом.

Делается чертеж конструкции, вид сверху. Соблюдается угол 90 градусов между ногами, равное расстояние между двигателями по диагонали.
Определяется габарит центральной части из фанеры или профиля, путем разметки необходимых мест крепления ног.
Если ноги двигателей сделаны из подручных материалов, например, низкого профиля — необходимо предусмотреть надежное место для крепления двигателей.

Сделать всю работу самостоятельно получится только у людей с высоким уровнем навыка моделирования и использования ручных инструментов. Требуется максимальная точность и минимальное количество материала.

Совет! Для начинающих рекомендуется купить готовую раму для сборки. Пользователь сразу получает изделие, у которого предусмотрено место для размещения батарей, двигателей, до минимума снижена масса.

Двигатели

Рекомендуется приобретать для сборки коптера в домашних условиях готовый комплект двигателей с системой управления. Это избавит от возможных отклонений в оборотах и других сложностях балансировки. Если же хочется все собрать самому, включая систему подъемных двигателей, следует ориентироваться на:

диаметр пропеллеров, который вычисляется по размерам рамы;
габариты посадочного пространства для двигателя (площадь и высота боковой опоры-стенки).

Далее делается выбор двигателя по его маркировке. Производитель всегда указывает диаметр статора и высоту двигателя. К каждому изделию приводится тип и размер лопастей, рекомендуемых к применению. После этого, основываясь на массе беспилотника и оборотах двигателя при зависании (указывается в паспорте) — подбирается конкретная марка пропеллера.

Выбор лопастей

Лопасти — одна из простых деталей, которым мало уделяют внимания начинающие. От конструкции данного элемента зависят летные характеристики дрона в целом. Рекомендации по выбору лопастей следующие.

Если собирается квадрокоптер с камерой, нужно добиться минимальных вибраций при движении. Это позволяют сделать двухлопастные пропеллеры.
Трехлопастные пропеллеры дают больше тяги, но для приведения их в действие требуется большая мощность двигателя.

Второй главный фактор выбора лопастей — материал, из которого они изготовлены. Для начинающих, при сборке первых моделей, можно купить пластиковые пропеллеры. Но стоит помнить, что они не отличаются прочностью. Пластик деформируется, высыхает (меняет жесткость). Кроме этого, в ходе эксплуатации лопасти повреждаются пылью и другими взвесями в воздухе, из-за чего растет их аэродинамическое сопротивление.

Металлические пропеллеры — оптимальный выбор, если хочется получить долговечный дрон со стабильными характеристиками. Стоят такие изделия дороже пластика, но служат гораздо дольше, показывая стабильные характеристики. Стоит помнить, что металлические пропеллеры неизбежно потребуют двигатели большей мощности для своего вращения.

Третий тип материалов, используемых для изготовления лопастей — композитные полимеры, многослойная конструкция. Такие пропеллеры легкие и прочные. Их цена высока, однако в области спортивных дронов композитные материалы лопастей не имеют конкурентов.

Важно! Если сборка квадрокоптера в домашних условиях планируется впервые, то при покупке лопастей не стоит экономить. Нужно внимательно изучать приводимую производителем разницу в массах отдельных пропеллеров в комплекте. На практике, покупая набор лопастных блоков дороже всего на 10% от средней цены, можно избавиться от работ по балансировке системы.

Система управления

Система управления, рекомендованная к покупке для начинающих, состоит из пульта и приемника, устанавливаемого на коптере. Сегодня на рынке представлено великое множество комплектов, предлагающих разный функционал. Например, может быть реализована:

система взаимодействия по радио или Wi-Fi каналу;
GPS для ориентирования и движения по маршруту;
схема позиционирования, работающая не в 2, а в 6 и более степенях свободы;
система автоматического гашения инерции, позволяющая дрону висеть полностью неподвижно и сразу останавливаться при поступлении команды баз паразитных раскачиваний.

От класса решения напрямую зависит стоимость системы управления. Поэтому рекомендуется тщательно проанализировать сферу применения и задачи коптера перед выбором того или иного комплекта его электроники.

Алгоритм сборки

Сборка квадрокоптера не представляет большой сложности.

Делается рама, сборкой готового комплекта или создания конструкции из подручных материалов.
На центральную пластину рамы крепится электроника управления. Это плата, регулирующая обороты двигателей и обрабатывающая сигналы с пульта.
К плате управления присоединяется приемник радиосигнала. Его можно закрепить на раме термоклеем.
Строго на равных расстояниях от центра рамы до оси привода, на ногах сверлятся отверстия для крепления двигателей.
Прокладываются провода, силовая сеть управления двигателями. Если покупался комплект оборудования, в нем есть все нужные проводники и инструкция. В случае, когда работа делается своими руками, стоит помнить: проводка соединяется в соответствии с типом управляющей платы, схема подачи питания параллельная.

Завершается сборка тщательным изолированием мест соединения проводов термоусадкой. При необходимости защиты плат управления от влаги, они накрываются кожухами. После этого можно присоединять аккумулятор и тестировать коптер в работе.

В качестве заключения

Если не экономить на покупке комплектующих, собрать самодельный дрон не составит труда. Достаточно действовать аккуратно, в соответствии с инструкциями производителя тех или иных компонентов. Как правило, после первой удачно собранной модели у начинающих появляются амбиции и желание собрать дрон с улучшенным функционалом. Чтобы минимизировать траты, следует предусмотреть такой вариант заранее. Например, купить плату управления, поддерживающую прямое подключение камеры или передачу сигнала на смартфон по протоколу Wi-Fi.

Читайте также: