کوادکوپتر چیست و چگونه به حرکت در می آید؟
کوادکوپتر ، مولتی روتور ، هواپیمای بدون سرنشین ، یا کوادروتور همگی یک دستگاه هواپیمای ساده با 4 بازو بوده که بر روی هر بازو یک موتور متصل به پروانه تعبیه شده است. مولتی کوپترهایی با 3 ، 6 و یا 8 بازو نیز وجود دارند ، اما همه ی آنها در بدنه ی اصلی مشابه یکدیگر می باشند. دو تا از پروانه ها در جهت عقربه های ساعت و دو پروانه ی دیگر در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند.
این دستگاه از نظر آیرودینامیکی ناپایدار می باشد و به کامپیوترهای پرواز برای تبدیل فرمان ورودی به فرمانی که قابلیت تغییر گشتاور پروانه ها برای اعمال حرکت موردنظر را داشته باشد ، نیاز دارد. تا اینجا ، کوتاهترین پاسخ برای سوالی که عنوان مقاله را به خود اختصاص داده ، گفته شده است. در ادامه ، اطلاعات بیشتری راجع به دنیای کوادکوپترها در اختیار شما قرار خواهد گرفت.
کوادکوپتر در نوع تولید نیروی محرکه و نحوه ی کنترل با دستگاه های دیگری چون هلیکوپتر یا هواپیمای ثابت تفاوت دارند. صعود هواپیمای ثابت از بال هایش گرفته می شود ، این در حالی است که یک دستگاه کوادکوپتر بوسیله ی پروانه های تعبییه شده بر آن به پرواز درمی آید. با وجود اینکه هلیکوپتر برای بالا رفتن از روتور اصلی خود کمک می گیرد ، اما قادر است با استفاده از تیغه های روتور نیروی محرکه ایجاد کرده و اوج بگیرد.
کنترل
یک کوادکوپتر معمولی دارای 4 کانال کنترل کننده می باشد که وظیفه ی ارسال دستورات به این هواپیما را داشته و با کنترل دریچه گاز ، انحراف ، اوج و چرخش دستگاه را به حرکت در می آورند.فرکانس ارتباطی که در اکثر کنترل کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد ، 2.4 گیگا هرتز می باشد. این مقدار به عنوان یک فرکانس معمولی برای ارتباطات WiFi نیز مورد استفاده قرار می گیرد. در حالی که احتمال بوجود آمدن اختلال ارتباطی برای این کوادکوپتر بسیار ناچیز می باشد ، اما بهتر است دستگاه را از نظر افت یا حذف ارتباط بررسی کنید.
این کنترل دارای 4 کلید تغییر جهت می باشد که به شما این امکان را می دهد تا در رفتار کوادکوپتر هنگام پرواز اصلاحاتی جزئی نیز اعمال کنید. اگر دقت کنید متوجه می شوید که بدون کنترل ورودی ، کوادکوپتر در یک جهت مشخص رانش خواهد داشت که با هدایت دستگاه به سمت مخالف این رانش نیز برطرف خواهد شد.
پروانه ها
یکی از موارد مهمی که بایستی همواره به خاطر داشته باشید ، وجود دو ست پروانه و دو ست موتور برای چرخش می باشد که در جهت مخالف یکدیگر عمل می کنند. نکته ی دیگر اینکه نحوه ی اوج گرفتن پروانه ها نیز متفاوت می باشد. اگر هر دو پروانه را بر روی جهت مخالف تنظیم کنید ، به جای هدایت باد به سمت پایین ، آن را به سمت بالا می رانند. در نتیجه نیروی وارده برعکس بوده و به جای اوج گرفتن ، کوادکوپتر حرکتی نامتوازان و ناگهانی خواهد داشت. هنگاه نصب پروانه ها دقت داشته باشید که آن را بر روی موتور درست متصل می کنید. اگر با دقت نگاه کنید ، بر روی پروانه نشانی قرار داده شده است که نشان می دهد به کدام موتور تعلق دارد.
دینامیک
4 نیروی اصلی بر روی یک دستگاه کوادکوپتر اعمال می شود:
- نیروی جاذبه که برای هرکس واضح و روشن است. این نیرویی است که کوادکوپتر را به سمت پایین می کشد و از بروز حرکات بهم ریخته جلوگیری می کند.
- نیروی بالابر که از پروانه ها گرفته می شود و موجب اوج گرفتن کوادکوپتر می شود.
- نیروی رانشی که از پروانه ها گرفته می شود و حرکت افقی کوادکوپتر را رقم می زند.
- نیروی کشانی که بر اثر هوا ایجاد می شود و کوادکوپتر را به سمت عقب می راند. این حرکت مانند این است که دستانتان را از پنجره ی یک خودروی در حال حرکت بیرون آورده باشید. در این حالت هوا دستانتان را به عقب می کشاند.
تعلیق
کوادکوپتر زمانی در هوا معلق می ماند که نیروی بالابر با نیروی جاذبه برابر بوده و باعث ایجاد تعادل شود. برای بالاتر رفتن هواپیما ، نیروی بالا می بایست از نیروی جاذبه بیشتر بوده و بتواند بر آن غلبه کند. این عمل با افزایش گشتاور هر 4 پروانه به صورت همزمان ممکن می شود. به منظور کاهش ارتفاع نیز کافی است گشتاور هر 4 پروانه را همزمان کم کنید. با فشار دادن کلید بالا یا پایین تعبیه شده بر روی کنترل ، می توانید گشتاور روتور را به میزان دلخواه افزایش یا کاهش دهید که این کار موجب حرکت کوادکوپتر در جهت عمودی می شود.
اگر می خواهید کوادکوپتر را به سمت چپ ، راست ، جلو و یا عفب هدایت کنید ، می توانید با تغییر زاویه نیروی بالابر ، ترکیبی از حرکت افقی و عمودی داشته باشید. حرکت افقی ، کوادکوپتر را در هوا نگه داشته و حرکت عمودی نیروی رو به جلو را تنظیم می کند.
حرکت
هدایت کوادکوپتر به جلو یا عقب ، با استفاده از تنظیم دستگیره سمت راست کنترل میسر می شود. با این کار ، گشتاور پروانه های جلویی کاهش یافته ، و در عین حال گشتاور پروانه های عقبی افزایش می یابد و موجب حرکت روبه جلوی کوادکوپتر می شود. در این حالت ، نیروی بالابر با ایجاد حرکتی افقی ، این رفتار را برای کوادکوپتر ممکن می سازد. عکس این مراحل برای حرکت به سمت عقب انجام می شود. بدین صورت که گشتاور پروانه های جلویی افزایش و گشتاور پروانه های عقب کاهش می یابند.
برای حرکت دادن جانبی کوادکوپتر ، اتفاقی مشابه برای پروانه ها می افتد ، با این تفاوت که این بار پروانه های چپ و راست تحت تاثیر قرار می گیرند. برای هدایت کوادکوپتر به سمت چپ ، می بایست نیروی بالابر به آرامی به چپ متمایل شود. در این حالت ، گشتاور پروانه ی چپ کاهش و گشتاور پروانه ی راست افزایش می یابد. تغییری مشابه و بالعکس برای هدایت کوادکوپتر به سمت راست بر روی پروانه ها اعمال می شود.
مانور
مانور دادن با این کوادکوپتر مهارت بیشتری را می طلبد. آیا تابحال فکر کرده اید که چرا بر روی دنباله ی هلیکوپتر یک موتور متصل است؟ این موتور به منظور جلوگیری از حرکت چرخشی هلیکوپتر اعمال شده است. اگر تیغه های این موتور در جهت خلاف عقربه های ساعت بچرخند ، بدنه ی هلیکوپتر نیز به دلیل واکنش به نیروی گشتاور ، به همان سمت چرخش خواهد داشت. این حرکت نتیجه ی بکارگیری قانون سوم نیوتن در حرکت می باشد. موتور دم تعادل بدنه ی هلیکوپتر را در مقابل نیروی گشتاور حفظ کرده و از چرخش آن جلوگیری می کنند.
در یک کوادکوپتر ، اگر تمام پروانه ها به یک سمت بچرخند ، بدنه ی کوادکوپتر در جهت مخالف آن خواهد چرخید. اما روشن است که همچین اتفاقی نمی افتد. به منظور ایجاد تعادل در کوادکوپتر ، دو پروانه در جهت عقربه های ساعت و دو پروانه ی دیگر در جهت خلاف عقربه های ساعت چرخش دارند. بنابراین ، یک ست از پروانه ها در یک جهت و ست دیگر در جهت مخالف آن گشتاور تولید می کنند. این حرکت موجب حفظ تعادل و عدم چرخش کوادکوپتر می شود.
برای مانور دادن ، این تعادل می بایست برهم خورده و کوادکوپتر چرخش داشته باشد. این عمل با کاهش گشتاور یک ست پروانه و افزایش آن در ست دیگر انجام می پذیرد. در این حالت ، گشتاور در یک طرف بیشتر از طرف دیگر بوده و موجب چرخش آن می شود. برای مانور به سمت مخالف ، عکس مراحل گفته شده انجام می شود. جهت انحراف مانور با کمک دستگیره چپ کنترل تنظیم می شود.
