А вы знаете, как появились квадрокоптеры?

УГЛУБИМСЯ В ИСТОРИЮ: ОТКУДА РАСТУТ НОГИ У КВАДРОКОПТЕРОВ

Дроны, дистанционно управляемые вертолеты, шпионские и военные мультикоптеры — все эти летающие устройства уже давно стали частью повседневности. Сегодня электрической бескрылой «леталкой» уже никого не удивишь. Вот оно, держится в небе на своих маленьких вентиляторах, безо всяких крыльев и только за счет электричества!

Однако, до недавнего времени машины с вертикальным взлетом и на электрической тяге были всего лишь недостижимой мечтой. Как же это стало возможным и почему никто их не делал раньше? Кто первым смог поднять электровертолет в воздух? Давайте посмотрим историю появления в нашем небе многопропеллерных жужжалок.

ПРЕДПОСЫЛКИ К ПОЯВЛЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА

Еще пятнадцать лет назад в небе среди компактных летающих устройств можно было наблюдать только самолеты и вертолеты с двигателями внутреннего сгорания.

И во всем мире, и в СССР основой авиамоделизма неизменно выступали самолеты. Это были кордовые, неуправляемые и радиоуправляемые модели. Про модели вертолетов ходили только слухи, кто-то хвалился, что смотрел на полет такого, но им не верили, и никто радиоуправляемые вертолеты в глаза толком не видел.

Конкурс радиоуправляемых вертолетов 1982 года в СССР


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:26

У моделей самолетов с авиадвигателями, работающими не на топливе, а от электричества, дело обстояло получше, но для вертолетостроения электромоторы на протяжении более ста пятидесяти лет, с самого момента их появления, были абсолютно непригодны. Вертолеты на видео 1982 года тоже имеют ДВС-двигатели, и все они были полностью самодельные.

Вертолетомодельной промышленности просто не существовало, так что все, из чего сделаны вертолеты на видео, было подобрано с огромным трудом от других моделей и электроприборов, было выпилено, выточено и склеено вручную.

Однако время не стоит на месте, и постепенно появились две необходимые для подъемной электротяги вещи. Во-первых, появились малогабаритные, а также и бесщеточные, или вентильные, электромоторы (https://ru.wikipedia.org/wiki/Вентильный_двигатель).

Дело в том, что до их появления никакие электродвигатели не давали такой мощности, которая была бы достаточной для подъема нужного веса при приемлемой собственной массе. Поэтому электрические моторы можно было применять в автомобилях, трамваях и метро, с их помощью можно было бриться, перемалывать пищу и качать воду. Можно было даже исхитриться и добавить к ним крылья, поставив их на самолет. Однако, первые электродвигатели в самолетах непременно проигрывали по ДВС по всем параметрам. Появлению современных малогабаритных электродвигателей способствовало изобретение сверхмощных магнитов. Правда, не все электромоторы нового поколения изначально предназначались для авиации, сейчас мы об этом поговорим.

Рыбак-вертолетчик, 2010 г. Модель с ДВС


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 14:56

А во-вторых, появились компактные и ёмкие аккумуляторы, чему, скорее всего, значительно поспособствовало развитие мобильной электроники. Например, стали производиться литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, которые пришли на смену никель-кадмиевым и никель-металлогидридным.

Самые первые аккумуляторы не были легкими и компактными, а поднять такой в воздух практически не представлялось возможным. Поначалу их пытались применять и в автомобилях, но появился двигатель внутреннего сгорания и на тот момент быстро поставил точку в развитии электромобилей. Современные же литий-полимерные аккумуляторы позволили получить бо́льшую удельную ёмкость.

ПЕРВЫЕ БЛИНЫ

Первыми попытками создания коммерческих электрических моделей стали Kalt Whisper и Kyosho EP Concept. Конструкторам некоторых из фирм-производителей девайсов для хобби удалось так подобрать вес и другие характеристики компонентов, чтобы эти первые вертолеты, еще на старых коллекторных моторах, смогли отрываться от земли. Производство Kalt Whisper и Kyosho EP Concept наладили примерно в 1991 году. Чуть позже в воздух поднялись изделия немецкой фирмы Icarus с именами ECO 8 и ECO 16 (1995). Наиболее продвинутой стала модель GWS Dragonfly, но и появившаяся уже позже, примерно в 1998.

Однако, у первых электрических моделей вертолетов присутствовала куча неразрешимых проблем. Маломощные электродвигатели не позволяли набирать высокую скорость подъема и передвижения в горизонтальной плоскости. От старых тяжеленных никель-кадмиевых аккумуляторов с 7-8 «банками» и невысокой удельной ёмкостью удавалось добиться от 4 до 12 минут полета.

Kalt Whisper, рекламное видео 1991 года


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:26

Основной проблемой стала дороговизна в магазинах и просто непомерная цена ремонта. Пилотировать эти модели хотя бы кое-как становилось возможным только после нескольких недель упорных тренировок.

Поскольку в то время эффективные системы стабилизации отсутствовали в природе, а не все владельцы были мастерами пилотажа, то модели разбивались при каждом втором полете. На покупку запчастей для ремонта уходили сотни долларов. Пилот Kalt Whisper с видео выше — это явно профессионал своего дела, на то она и реклама. В реальности же почти все, кто упоминает в Интернете, что владел в то время электрическим вертолетом, пишут, что он у них так и простоял все время на полке или в гараже.

ПРОТОТИПЫ СОВРЕМЕННЫХ МОДЕЛЕЙ

PROXFLYER

Первым соединить достижения новых технологий догадался норвежский инженер Peter Muren. Он создал сайт с описанием своего первого изобретения в 2003 году, если Archive.org не врет. Сайт назывался Proxflyer.com (именно с таким написанием, через «Y») и содержал фото и видео полетов невероятного для того времени устройства: вертолета размером всего лишь с пачку сигарет, при этом управлявшегося дистанционно.

Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:27

Archive.org первые версии сайта показывает как созданные в 2003 году ( http://web.archive.org/web/20031001000000*/proxflyer.com ).

Чтобы заставить модель подняться в воздух, Питер применил самую стабильную в полете вертолетную схему — соосную (как у КА-50 Черной Акулы). В своей конструкции он не стал использовать несуществующие в то время мини-автоматы перекоса и, тем более, гироскопы, тем самым облегчив модель.

Peter Muren демонстрирует первую модель электрического вертолета, 2004 год.


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:35

Приводы от электромоторов были выполнены на шкивах, а в качестве ремней использовалась тонкая резинка типа той, которая использовалась в пассиках для кассетных магнитофонов. Шестерней в данной схеме не было. Один мотор крутил оба винта, другой — поворачивал хвост.

Передача про Proxflyer, 2004 год.


Не забывайте, что Ютуб был открыт только в 2005 году, поэтому ролик был залит позднее.

Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:35

Питер смог добиться нужной массы устройства, использовав в своем вертолете новые литий-полимерные аккумуляторы. Для уменьшения веса лопасти и части корпуса вертолета были сделаны из бальзового дерева. В качестве моторов он применил те, которые тогда только что появились и поначалу применялись в виброзвонках пейджеров (кто не знает, что такое пейджер, спросите у своих родителей) и мобильных телефонов. Такие электромоторы так и называли: Pager motor (моторчик из пейджера):

Поэтому первые микромоторы делались совсем не для вертикального взлета.

Позже Питер соорудил другие модели, где смена положения вертолета в пространстве осуществлялось путем изменения скорости вращения одного из двух соосных винтов, а ими управляли отдельные моторы. Всего за подъем их отвечало два.

Движение вперед осуществлялось за счет третьего электромотора, установленного не вертикально, как у классических вертолетов или как у первой модели, а горизонтально и поднимавшего хвост модели кверху.

Инженеру удалось найти такое сочетание миниатюрных и легких моторов с другими снижающими вес деталями, которое, наконец-то, позволило модели воспарить над столом.

Получив патент на свое изобретение, Питер занялся усовершенствованием своих моделей, а чуть позже фирма Interactive Toy Concepts стала производить игрушечные вертолеты по его схеме.

Более новая модель Proxflyer, примерно 2004 год.

PIXELITO

Второй схемой, разрабатываемой параллельно, стала схема с вертикальным влетом моделиста из Бельгии по имени Александр. Он назвал свой вертолет Pixelito. Александр применил в нем схему, отличную от Proxflyer, у которой был лишь один несущий винт.

Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:27

Стабильности ее полёта способствовало специальное устройство на винте: за неимением приемлемых по весу электронных стабилизаторов полета, на винт ставилось массивное навершие, выполнявшее при раскрутке роль гироскопа, управляющего углом атаки лопастей.

Сверху находится балансир (flybar, Bell/Hiller bar):

Как бы в последствии конструкторы ни пытались, без этой штуки вертолеты с одним винтом летать отказывались (пока не появились электронные стабилизаторы, управляющие углом атаки лопастей — flybarless схемы вертолетов). Первой же вертолетной схеме балансир был не нужен или, может быть, его функцию частично выполняло ограничительное кольцо на лопастях из бальзового дерева.

В этой модели моторчика было тоже два: для основного винта, который позволял лететь вверх-вперед, и для стабилизирующего пропеллера, с помощью которого можно было поворачивать. Модель получилась невероятно маленького размера, о чем можно судить по фото с хомячком, оно 2003 года, так что сорри за качество. Модель весила всего 6,9 грамм.

В 2003 году Александр был уже почти у создания работоспособной модели, и нашел Питера, создателя Proxflyer. Они решили объединить усилия, и таким образом довели свои модели до рабочих прототипов.

В записи от 15 Декабря 2003 года говорится:

«Сегодня мы с Питером с удовольствием представляем результат наших последних совместных разработок. Я создал вертолет Pixelito, а Питер — Proxflyer Micron (на тот момент уже не первую модель норвежца — мое примечание). Pixelito — это вертолет с моей собственной системой контроля ротора, а дизайн Питера уже довольно хорошо известен. Мы называем их роботами, потому что такое название характеризует их лучше всего. Примерно 2 недели назад мы с Питером провели чудесные выходные у меня дома и после этого решили, что было бы неплохо вести совместные исследования, каждый у себя дома, но двигаясь к общей цели. Это вылилось в создание модели весом всего 6,9 грамм вместе с аккумулятором, и мы оба знаем, что это не предел.
Александр и Питер»

Видео только что созданного мини-вертолета Pixelito, но в ролике им управляет друг его создателя, автор Proxflyer Peter Muren. Можно догадаться, что Александр держит камеру.

Pixelito, 2003 год.


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:27

Третьим прототипом могла бы стать нашумевшая в то же самое время разработка японской фирмы Seiko Epson. Модель могла летать только вверх и вниз.

К сожалению, после первой же новости об этом соосном летающем чудо-устройстве информация про него исчезла, осталась только статья с описанием: https://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?02/35/48

Судя по всему, разработка не удалась и не получила дальнейшего развития, к тому же, не было ни одного видео с демонстрацией его работы. На фото видно, что в ней была использована схема, в которой соосные винты сочетались с балансиром.

РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕРТОЛЕТОСТРОЕНИЯ

С появлением летающих прототипов идею подхватили и другие производители игрушек, и, используя новые двигатели, аккумуляторы и подобрав более современный и легкий пластик, стали производить модели вертолетов одну за другой, сначала по норвежской схеме, ну а потом и по подобию Pixelito, по-моему, первые серийные модели так и назывались — Pixelito.

Вертолет одной из первых моделей по схеме, аналогичной Proxflyer, фирма Syma, 2007 год.


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:28

Также одна из первых моделей английской фирмы Fastek Computers, 2007 год.

Поначалу вертолеты были, в основном, соосные. Одним из самых плодовитых на тот момент производителей игрушечных радиоуправляемых вертолетов была китайская компания Syma. Авиамоделисты из всех стран также вовсю пробовали разные варианты построек моделей с вертикальным взлетом, и некоторые их достижения были довольно-таки выдающимися, но то, что быстрее всего дошло до конечного потребителя — это продукция фирм-производителей игрушек.

Одна из первых моделей по схеме Pixelito, 2-канальная, лишь с балансиром, 2008 год.

В результате как норвежский, так и бельгийский моделисты неплохо заработали на продаже прав на производство вертолетов на дистанционном управлении, сделанных по их схемам.

В последствии разработками Питера заинтересовались DARPA и норвежское Министерство Обороны, инженер создал свою фирму Prox Dynamics и стал разрабатывать вертолет-шпион для военных целей.

Что сейчас там происходит и на какой стадии находится производство, неизвестно.

УЛУЧШЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЕ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛЕТА

В то время как первые игрушечные вертолеты имели всего 2 канала управления (вперед-вверх и поворот лишь в одну сторону), любители для себя делали и модели на многоканальном радиоуправлении. Чтобы управлять самыми первыми моделями дистанционно управляемых вертолетов, требовалась довольно долгая тренировка, поскольку ровно удержать его в воздухе было довольно трудно, и многое зависело от мастерства пилота.

Для самых простых игрушечных вертолетов вместо радиоуправления применялось управление по инфракрасному излучению. В более продвинутых моделях — по радиоканалу. В дешевых моделях оно было двухканальным, чем дороже — тем каналов управления становилось больше.

В самых дешевых моделях на смену двухканальному управлению добавили третий, и управление стало больше походить на полноценный полет. Вот только держаться в воздухе, несмотря на множество каналов, было все еще непросто.

Обратите внимание, как трудно пилоту совладать с удержанием модели на месте:

Одна из первых моделей вертолетов, схема типа Pixelito, 2007 год.


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:30

Появление миниатюрных гироскопов значительно улучшило эту ситуацию. После добавления в модель этого устройства полет становился прямо непривычно стабилен, не надо было постоянно держать пальцы на клавишах управления. Однако такие модели стоили гораздо дороже, чем вертолеты без гироскопа. Гироскопы стали применяться и в моделях вертолетов с ДВС.

Видео про модели вертолетов с гироскопами, 2011 год

Самой популярной из моделей с гироскопом для массового покупателя была модель Syma S107, ну а самыми надежными, выдерживавшими прямые столкновения со стенами, зубы котов и бесконечные тараны мебели, наверное, являлись вертолетики фирмы Himoto.

После своего появления, новые устройства стабилизации стали ставиться и на самые первые модели электровертолетов. В магазинах появились наборы для модернизации Kalt Whisper, Kyosho EP Concept, Icarus ECO 8 и 16 и GWS Dragonfly. На тех же самых вертолетах, после установки гироскопа, литий-полимерных аккумуляторов и легких и мощных бесколлекторных двигателей стало возможно не только нормально летать, но и даже заниматься аэробатикой. Однако, опять же, стоимость их была непомерной. Где-то до 2006 года они также были доступны не каждому, и почти никто их не покупал.

Демонстрация возможностей электровертолета с гироскопом, 2014 год. А ваш квадрокоптер так умеет?

В военной области первой испытания выстрелов с радиоуправляемого вертолета стала проводить некая фирма Neural Robotics (опять же, заметьте, относившая летающие модели, управляемые дистанционно, к роботам) в 2006 году. Они подвесили дробовик на модель вертолета и стали исследовать ее поведение при выстрелах, а также как стрельба отражается на управлении.

Выстрел из дробовика, 2006 год.


Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:11

Их вертолет обладал ДВС, и этот опыт стал знаковым — он подтолкнул развитие направления ударных дронов. Сейчас военные мультикоптеры во всю сбрасывают бомбы, шпионят и наводят ракеты на цели.

ЕСЛИ СОМНЕВАЕШЬСЯ — СТАВЬ БОЛЬШЕ ПРОПЕЛЛЕРОВ!

Почти сразу после появления моделей вертолетов начались попытки создания многопропеллерных, если можно так выразиться, машин.

Это сообщение отредактировал TempName2 - 26.03.2019 - 15:30