Сначала объясним, как дрон зависает на месте.
Секрет дронов: как квадрокоптеры маневрируют без рулей и рулевых винтов
Механика коптера очень проста. У него есть четыре пропеллера, которые тянут его строго вверх. Несмотря на такую примитивную конструкцию, дрон способен не только двигаться вверх и вниз, но и лететь в любом направлении, крутиться на месте и разворачиваться.
PxHere
Все маневры квадрокоптер выполняет за счет индивидуального управления каждым пропеллером.
Половина его пропеллеров вращается в одну сторону, а вторая половина – в другую. Условно говоря, пропеллеры A и C вращаются по часовой стрелке, тогда B и D работают против часовой стрелки (см. изображение ниже).
Если бы все пропеллеры вращались в одну сторону, отбрасываемая ими закрученная струя воздуха вращала бы аппарат. А так пары пропеллеров взаимно уравновешивают друг друга, и дрон остается неподвижен.
Как дрон летит по горизонтали
Допустим, оператор дал дрону команду двигаться вперед. Тогда скорость вращения двух передних моторов немного уменьшается, а у двух задних моторов, наоборот, увеличивается на ту же величину. Изменение невелико – ровно такое, чтобы чуть перекосить корпус коптера. Из-за крена направление тяги винтов смещается от вертикали, и дрон начинает двигаться в ту сторону, куда он наклонился.
Как дрон разворачивается
Для поворота у одной пары пропеллеров, расположенных по диагонали, скорость увеличивают, а у другой пары – уменьшают. Теперь пропеллеры, вращающиеся по часовой стрелке и против часовой стрелки, работают с разной скоростью. За счет этого появляется вращающий момент, и дрон разворачивается.
Почему дроны устроены не так, как обычные вертолеты
У классического вертолета всего один винт, устроенный намного сложнее. В него встроен автомат перекоса – хитроумное механическое устройство, которое меняет угол атаки лопастей то с одной стороны, то с другой. За счет этого вертолет наклоняется в нужную сторону.
Кроме того, любой вертолет с одним несущим винтом нуждается в рулевом винте на хвосте. Этот маленький винт компенсирует закручивающую силу, создаваемую большим винтом.
Естественным образом возникает вопрос: почему традиционные вертолеты не делают такими, как коптеры?
У этого есть несколько причин. Во-первых, чтобы простая механика дрона могла так изящно работать, как описано выше, нужна умная управляющая электроника. При ручном управлении такой аппарат очень сложно удержать под контролем.
Во-вторых, один большой винт более эффективен, чем четыре маленьких. С ним вертолет имеет большую грузоподъемность и меньший расход топлива.