Un quadcopter, denumit și elicopter quadrotor sau quadrotor, este un elicopter multirotor care este ridicat și propulsat de patru rotoare. Quadcopters sunt clasificate ca nave cu rotor, spre deosebire de aeronave cu aripi fixe, deoarece ridicarea lor este generata de un set de rotoare (elice orientate vertical).
Quadcopters utilizează în general două perechi de elice fixe; doua în sens orar (CW) și doua în sens invers acelor de ceasornic (CCW). Acestea utilizează variația independentă a vitezei fiecarui rotor pentru a obține controlul. Prin schimbarea vitezei fiecarui rotor este posibilă generarea în mod specific a unei împingeri totale dorite; pentru a localiza centrul de împingere atât lateral cât și longitudinal; și pentru a crea un cuplu total dorit sau o forța de întoarcere.
Quadcopters diferă de elicopterele convenționale, care utilizează rotoare și sunt capabile să modifice înclinarea lamelor lor dinamic, în timp ce se mișcă în jurul rotorului. În primele zile ale zborului, quadoptrii (denumiți apoi ca "quadrotori" sau "elicoptere") au fost văzuți ca soluții posibile la unele dintre problemele persistente în zborul vertical. Problemele legate de controlul inductiv (precum și problemele de eficiență provenite de la rotorul coadă, care nu genereaza o ridicare utilă) pot fi eliminate prin contra-rotație, iar lamele relativ scurte sunt mult mai ușor de construit. În anii 1920 și 1930 au apărut numeroase desene și modele. Acestea au fost printre primele vehicule de lansare și aterizare verticale (VTOL), mai grele decât aerul. Cu toate acestea, prototipurile timpurii au avut de suferit performanțe slabe , iar prototipurile ulterioare au necesitat prea multa încarcatura de lucru pilot, din cauza maririi slabe a stabilității și a autorității de control limitate.
La sfîrșitul anului 2000, avansurile in electronică a permis producția de controale de zbor ieftin, accelerometru (IMU), sisteme de poziționare globală și camere de luat vederi. Acest lucru a condus la configurarea quadcopter devenind popular pentru vehiculele aeriene făra pilot. Cu dimensiunile și manevrabilitatea lor, aceste quadcoptere pot fi transportate atât în interior, cât și în aer liber.
La o marime mică, quadcopterile sunt mai ieftine și mai durabile decât elicopterele convenționale datorită simplității lor mecanice. Lamele lor mai mici sunt de asemenea avantajoase, deoarece posedă o energie cinetica mai mică, reducând capacitatea lor de a provoca daune. Este de asemenea, posibilă montarea quadcopterelor cu dispozitive de protecție care închid rotoarele, reducând în continuare potențialul de deteriorare. Cu toate acestea, pe măsura ce crește mărimea quadcopatoarele fixe de propulsie dezvoltă dezavantaje față de elicopterele convenționale. Creșterea dimensiunii paletelor crește impulsul. Aceasta înseamnă că modificările vitezei lamelor durează mai mult, ceea ce are un impact negativ asupra controlului. Elicopterele nu se confruntă cu această problemă, deoarece mărirea dimensiunii discului rotor nu influențează în mod semnificativ capacitatea de a controla pasul lamelor.
Datorită ușurinței lor de construcție și de control, aeronavele quadcopter sunt frecvent utilizate ca proiecte de aeronave model.
Istoric
Încercări timpurii Breguet-Richet Gyroplane (1907) Un elicopter cu patru rotoare proiectat de Louis Breguet. Aceasta a fost prima aeronava cu aripi rotative care se ridica de pe sol, deși numai în zborul legat la o altitudine de câțiva metri. În 1908 a fost raportat că a zburat "de mai multe ori".
Oehmichen No.2 (1920) Etienne Oehmichen a experimentat modelele rotorcraft în anii 1920. Printre cele șase proiecte pe care le-a încercat, elicopterul său nr.2 avea patru rotoare și opt elice, toate conduse de un singur motor. Unghiul acestor lame ar putea fi modificat prin deformare. Cinci dintre elice, care se roteau în plan orizontal au stabilizat mașina lateral. Un alt elice a fost montat la nas pentru direcție. Perechea de elice care a rămas a funcționat ca propulsie înainte. Aeronava a prezentat un grad considerabil de stabilitate și o creștere a preciziei de control pentru timpul său și a efectuat peste o mie de zboruri de testare în timpul anilor 1920. Pâna în 1923 a reușit să rămâna în aer pe câteva minute, iar la 14 aprilie 1924 a stabilit prima înregistrare FAI pentru elicoptere de 360 m (397 m). A demonstrat abilitatea de a finaliza un curs circular "A Successful French Helicopter" Flight 24 January 1924 p47, iar mai târziu a finalizat primul zbor cu circuit închis de 1 kilometru (0.62 mi) de către o navă cu rotor.
elicopterul de Bothezat (1922) Dr. George de Bothezat și Ivan Jerome au dezvoltat această aeronavă, cu rotoare cu șase lozime la sfârșitul unei structuri în forma de X. Două elici mici cu pas variabil au fost utilizate pentru controlul tracțiunii și înclinarii. Vehiculul a utilizat controlul pasajului colectiv. Construit de US Air Service, acesta a făcut primul său zbor în octombrie 1922. Aproximativ 100 de zboruri au fost făcute pâna la sfârșitul lui 1923. Cu toate că a demonstrat fezabilitatea, a fost subevaluat lipsit de raspuns, mecanic complex și susceptibil de probleme de fiabilitate. Volumul de lucru pilot a fost prea mare în timpul mușcăturii pentru a încerca mișcarea laterală.
Convertizorii modelului A Quadrotor (1956) Acest elicopter unic a fost conceput pentru a fi prototipul unei linii de elicoptere mult mai mari civile și militare quadrotor. Designul a inclus două motoare care au condus patru rotoare printr-un sistem de curele v. Fluturat cu succes de mai multe ori la mijlocul anilor 1950, acest elicopter a dovedit designul quadrotor și a fost de asemenea, primul elicopter cu patru rotoare pentru a demonstra un zbor de succes înainte. Din cauza lipsei de comenzi pentru versiuni comerciale sau militare, proiectul a fost reziliat. Convertiții au propus modelul E, care ar avea o greutate maxima de 19 t, cu o sarcină utilă de 4.9 t peste 300 de mile și cu o viteză de 278 km / h.
Curtiss-Wright VZ-7 (1958) Curtiss-Wright VZ-7 a fost o aeronava VTOL proiectată de compania Curtiss-Wright pentru Armata SUA. VZ-7 a fost controlat prin schimbarea tracțiunii fiecăreia dintre cele patru elice.
Evoluțiile recente În ultimele decenii, vehiculele aeriene fără pilot pe scara mică au fost utilizate pentru multe aplicații. Nevoia de aeronave cu o mai mare manevrabilitate și capacitate de a se deplasa a condus la o creștere a cercetării quadcopter. Designul cu patru rotoare permite quadcopter-urilor să fie relativ simple în design, dar foarte fiabile și manevrabile. Cercetarea continuă să mărească abilitățile quadcopterelor, făcând progrese în comunicarea cu mai multe ambarcațiuni, explorarea mediului și manevrabilitatea. Dacă aceste calități în dezvoltare pot fi combinate, quadcopterile ar fi capabile de misiuni autonome avansate, care în prezent nu sunt posibile cu alte vehicule.
Unele programe curente includ: Conceptul Bell Boeing Quad TiltRotor ia în continuare conceptul de quadcopter fix, combinându-l cu conceptul rotorului de înclinare pentru un transport militar propus C-130.
AeroQuad și ArduCopter sunt proiecte hardware și software open source bazate pe Arduino pentru construcția DIY a quadcopterelor. Parrot AR.Drone este un mic quadcopter controlat de radio cu camere atașate de el, construite de Parrot SA, concepute pentru a fi controlate de telefoane inteligente sau dispozitive comprimate. Nixie este o mică dronă echipată cu cameră care poate fi purtată ca o bandă. Airbus dezvoltă un quadcopter cu baterie care să acționeze ca un taxi aerian urban, la început cu un pilot, dar potențial autonom în viitor. Airbus on track to fly its electric aerial taxi in 2018
Mai multe proiecte de aparate foto-video au devenit transformate în eșecuri comerciale de profil: Zano (drone) - un proiect Kickstarter de înaltă calitate pentru a construi un aparat de fotografiat quadcopter, Zano a eșuat dupa ce a livrat doar o mică parte din comenzile sale într-o stare parțial nefuncțională Lily Camera - o pornire care încearcă să facă o dronă cu cameră quadcopter, în judecată de procurorul districtului din San Francisco, după ce a închis-o fără să îndeplinească vreuna din precomenzile sale.
În iulie 2015, un videoclip a fost postat pe YouTube de un quadcopter în aer care arde un pistol într-o zona împădurita, provocând probleme de reglementare.
Aplicații
Platforma de cercetare Quadcopters este un instrument util pentru cercetătorii universitari de a testa și evalua idei noi într-o serie de domenii diferite, inclusiv teoria controlului zborului, navigației, sistemului în timp real și robotică. În ultimii ani, numeroase universități au arătat că quadoptrii efectuează manevre aeriene din ce în ce mai complexe. Swarme de quadcoptere pot să se alimenteze în mijlocul aerului,Saska, M.; Vakula, J.; Preucil, L. Swarms of Micro Aerial Vehicles Stabilized Under a Visual Relative Localization. In ICRA2014: Proceedings of 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2014.Saska, M. MAV-swarms: unmanned aerial vehicles stabilized along a given path using onboard relative localization. In Proceedings of 2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2015Bennet, D. J.; McInnes, C. R. Verifiable control of a swarm of unmanned aerial vehicles. Journal of Aerospace Engineering, vol. 223, no. 7, pp. 939–953, 2009.Saska, M.; Chudoba, J.; Preucil, L.; Thomas, J.; Loianno, G.; Tresnak, A.; Vonasek, V.; Kumar, V. Autonomous Deployment of Swarms of Micro-Aerial Vehicles in Cooperative Surveillance. In Proceedings of 2014 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2014. sa zboare în formațiuni Saska, M.; Kasl, Z.; Preucil, L. Motion Planning and Control of Formations of Micro Aerial Vehicles. In Proceedings of the 19th World Congress of the International Federation of Automatic Control. 2014.Barnes, L.; Garcia, R.; Fields, M.; Valavanis, K. Swarm formation control utilizing ground and aerial unmanned systems, in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2008.Saska, M.; Vonasek, V.; Krajnik, T.; Preucil, L. Coordination and Navigation of Heterogeneous UAVs-UGVs Teams Localized by a Hawk-Eye Approach. In Proceedings of 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2012.Saska, M.; Vonasek, V.; Krajnik, T.; Preucil, L. Coordination and Navigation of Heterogeneous MAV–UGV Formations Localized by a ‘hawk-eye’-like Approach Under a Model Predictive Control Scheme. International Journal of Robotics Research 33(10):1393–1412, September 2014.No, T.S.; Kim, Y.; Tahk, M.J.; Jeon, G.E. (2011). Cascade-type guidance law design for multiple-uav formation keeping. Aerospace Science and Technology, 15(6), 431 – 439. și să efectueze în mod autonom rutine de zbor complexe, cum ar fi flips , darting prin cercuri.
Există numeroase avantaje pentru utilizarea quadcopterelor ca platforme de testare versatile. Acestea sunt relativ ieftine, disponibile într-o varietate de dimensiuni, iar designul lor simplu mecanic înseamnă că pot fi construite și întreținute de amatori. Datorită naturii multidisciplinare a operării unui quad-copter, cadrele universitare din mai multe domenii trebuie să colaboreze pentru a face îmbunătățiri semnificative ale modului în care quadcopterii lucrează. Proiectele Quadcopter sunt de obicei colaborări între specialiști în informatică, inginerie electrică și specialiști în inginerie mecanică.
Aplicarea militara și de drept