Этот вопрос мы часто задаем себе как пилоты дронов после близкого столкновения или несчастного случая. Может ли стрекоза летать с тремя пропеллерами? Если с вами произошел неприятный инцидент или вы просто любознательный человек, возможно, вы уже экспериментировали с этим вопросом. В этой статье мы рассмотрим научные исследования и эксперименты, которые проводились в Интернете и пытались ответить на этот вопрос.
Торопитесь? Вот краткий ответ:
Да, ученые доказали, что дрон может летать с тремя пропеллерами. Однако для этого необходимо внедрить специальные алгоритмы в программное обеспечение для восстановления беспилотника. Обычный коммерческий дрон не имеет таких алгоритмов и поэтому не сможет летать только с тремя пропеллерами.
Конечно, есть некоторые дроны, которые могут летать с тремя пропеллерами.
Некоторые дроны были разработаны только с тремя пропеллерами, и разница между ними и дронами с четырьмя пропеллерами заключается в том, что они были спроектированы таким образом и сбалансированы с самого начала.
Давайте посмотрим на одно из самых интересных исследований о том, может ли дрон летать при потере одного, двух или трех пропеллеров.
Содержание
Что говорит наука
В 2014 году было опубликовано исследование, в котором рассматривался именно этот вопрос. Оно было представлено на Международной конференции по робототехнике и автоматизации (ICRA). В работе рассматривается ситуация, когда дрон с четырьмя пропеллерами поддерживает высоту вокруг позиции в пространстве, несмотря на потерю одного, двух противоположных или трех пропеллеров.
В каждой из ситуаций дрон может потерять один пропеллер.
В каждой из ситуаций для управления беспилотником необходимо было осуществлять контроль вокруг основного доступа. Это означало, что дрон может летать с тремя пропеллерами, если он специально запрограммирован на то, чтобы после потери пропеллера вращаться вокруг него.
Когда дрон теряет один пропеллер, он может вращаться вокруг него.
Вот так выглядит дрон, потерявший пропеллер и запрограммированный на вращение вокруг оси с последующей автоматической мягкой посадкой. Впечатляет то, что дрон может так быстро отреагировать на инцидент:
Как только дрон потеряет пропеллер, он тут же приземлится.
Изначально алгоритм использует оставшиеся пропеллеры, чтобы перевести дрон в парящее горизонтальное вращение. После обеспечения устойчивости дрона путем выборочного изменения тяги каждого пропеллера, он управляет четырехъядерником путем изменения угла поворота. Затем он медленно уменьшает тягу и плавно опускает дрон на контролируемую посадку.
Интересно, что алгоритм также работает, если работает только один пропеллер. Вот видео, на котором дрон также проигрывает пропеллерам:
Методы, о которых говорят ученые, могут быть применены для разработки вращающихся транспортных средств, которые могут иметь всего один пропеллер. Это сделает его производство намного дешевле, чем производство дрона с четырьмя пропеллерами, но при этом он не сможет полностью контролировать высоту и устойчивость транспортного средства.
Дрон, который может летать на одном пропеллере
Об исследованиях той же группы исследователей, о которых мы говорили выше, рассказали на BBC. В этом видео они демонстрируют дрон, который был разработан для полета на одном пропеллере. Они действительно хотели расширить границы того, что можно сделать с дронами, и по ссылке выше есть видео, которое показывает, насколько сильно должен вращаться дрон, чтобы оставаться стабильным с одним пропеллером.
Итак, дроны можно запрограммировать на полет (ну… вращение), когда у них работают только три пропеллера. Почему именно дронам нужны четыре пропеллера? Давайте рассмотрим этот вопрос прямо сейчас.
Почему у дронов четыре пропеллера?
Дроны обманчиво трудно удержать в воздухе. Они требуют огромного количества инженерных решений и программного управления для поддержания стабильности. Причина, по которой на дроне установлено четыре пропеллера, заключается в том, что это один из самых экономичных способов поддерживать баланс дрона, а также его стабильность в различных условиях, с которыми сталкиваются беспилотники.
Вы должны иметь четыре пропеллера.
Четное количество пропеллеров, вращающихся по часовой стрелке и против часовой стрелки, необходимо для того, чтобы самолет не вышел из-под контроля. Наличие четырех отдельных точек с переменной тягой позволяет дрону преодолевать любую боковую, передне-заднюю или вращательную нестабильность, увеличивая или уменьшая скорость каждого из четырех двигателей.
Это позволяет преодолевать нестабильность в боковом, передне-заднем или вращательном направлении.
Это не происходит так эффективно с двумя пропеллерами, поэтому следующее четное количество пропеллеров — четыре. Именно поэтому беспилотники должны иметь четыре пропеллера, чтобы оставаться стабильными и сбалансированными на протяжении всего движения.
Каким образом это происходит с двумя пропеллерами?
Что насчет большего количества пропеллеров?
Дроны также могут иметь шесть или восемь пропеллеров, но они следуют тем же правилам, что и выше:
- четное количество пропеллеров
- расположенных симметрично вокруг корпуса дрона
- равное количество вращающихся по часовой и против часовой стрелки
- возможность индивидуального управления движением.
Единственное ограничение на количество пропеллеров вокруг дрона — это физическое пространство, которое вы можете предоставить каждому пропеллеру. Если они расположены слишком близко друг к другу, дрон не сможет обеспечить эффективный воздушный поток через поверхности пропеллеров и будет значительно более нестабильным.
Все это балансировка, чтобы удержать дрон в воздухе с минимально возможным весом (моторы и пропеллеры).
На менее научном уровне, на YouTube был проведен эксперимент с DJI Phantom for. Давайте посмотрим на этот эксперимент — несмотря на то, что он не основан на науке, он все равно очень интересен.
Эксперимент на YouTube с DJI Phantom 4
В этом видеоролике предпосылка была относительно проста. Экспериментатор взял DJI Phantom 4 с четырьмя пропеллерами и медленно уменьшал длину одного из пропеллеров. Они отрезали примерно по 1 дюйму с каждой стороны пропеллера, пока не осталось совсем мало.
На видео видно, что, несмотря на то, что лопасти были срезаны пилой и оставили неровный край, проблема с устойчивостью возникает только после удаления большей части лопасти.
Основной вывод: дрон вращается вокруг своей оси из-за несбалансированного движения пропеллеров по часовой и против часовой стрелки. Это сигнал о том, что дрон находится на пределе устойчивости, так как при дальнейшем взлете дрон скорее перевернется, чем закрутится.
Что делать, если вы сломали пропеллер во время полета
Если во время полета вы случайно сломали или повредили пропеллер, вы можете сделать несколько вещей. Однако вы не сможете полностью восстановить дрон DJI, если полностью потеряете пропеллер. У него нет механизмов стабилизации и алгоритмов, позволяющих ему безопасно и надежно приземляться, как у дронов, о которых мы упоминали в научном эксперименте выше.
Кроме того, мы расскажем вам о том, как это сделать.
Здесь мы рассмотрим, что можно сделать, если вы случайно сломали или повредили пропеллер во время полета:
- уберите руки от управления — если ваш дрон оснащен функцией автоматической стабилизации, лучшее, что вы можете сделать, это дать дрону шанс, если вы заметили какие-либо проблемы с устойчивостью дрона или он вступил в контакт с чем-то, уберите руки от контроллера, если вам не нужно уходить от непосредственной опасности.
- Смотрите на вращение — если ваш дрон вращается после контакта с чем-либо в ближайшем окружении, это показатель того, что ваш дрон вот-вот упадет с неба и больше не сможет летать.
- Возвращайтесь на землю, если это безопасно — если вы сломали пропеллер во время полета, а дрон все еще находится в воздухе, вы можете безопасно маневрировать им до места посадки. Если вы не можете этого сделать, немедленно приземлитесь в ближайшем безопасном месте и подойдите к дрону, чтобы забрать его.
- Замените лопасти — само собой разумеется, что если у вас повреждены лопасти (неважно, насколько незначительно они повреждены), вы должны их заменить. Подобно шинам на автомобиле, пропеллер дрона — это единственная вещь, которая действительно держит в небе, и даже небольшая трещина может легко превратиться в нечто большее под действием силы вращения во время полета. Если вы сомневаетесь, замените все пропеллеры и утилизируйте старые.
- Не пытайтесь поймать дрон — если вы летите над собой, а дрон падает в вашу сторону, уйдите с дороги и не пытайтесь поймать дрон. Это связано с тем, что пропеллеры вращаются с очень высокой скоростью, а значит, могут легко вызвать повреждение мягких тканей. Особенно если они имеют острые края в результате повреждения.
Если дрон вышел из-под контроля, он может быть относительно опасным. Посмотрите мою другую статью — опасны ли лопасти дрона? (Полная статья о безопасности лопастей) — нажмите здесь.
Опасны ли лопасти дрона?
Сломанный пропеллер намного острее, чем обычный пропеллер дрона, поэтому любой совет заключается в том, чтобы убедиться, что вы не вступаете в контакт с вращающейся лопастью дрона, если она повреждена или вывихнута. Лопасти дрона могут быть очень опасны, поскольку они совершают очень большое количество оборотов, и если их сломать, то они будут вращаться быстрее, чем обычно. Острый передний край лезвия может легко разрезать мягкие ткани и вызвать рваную рану, которая не может нанести значительный ущерб, например, отнять палец.
Если вы хотите защитить лопасти, вы можете использовать защиту пропеллера — большинство дронов поставляются с защитой пропеллера, и она защитит лопасти дрона, а также все, что находится в окружающей среде. Это следует делать, если вы летаете в новой среде или в среде с нависающими или близко расположенными препятствиями.
Вывод
Дроны держатся в воздухе, потому что они были разработаны и спроектированы таким образом, чтобы оставаться идеально сбалансированными во время полета.
Четыре пропеллера — это минимум, при котором дрон может оставаться достаточно стабильным для управляемого полета. На рынке есть дроны с тремя пропеллерами, но дроны с четырьмя пропеллерами являются наиболее экономичными с точки зрения веса и стабильности.
Если дрон теряет пропеллер, он может оставаться стабильным, если в нем запрограммированы специальные алгоритмы восстановления. Для того чтобы оставаться в полете, дрон должен вращаться вокруг главной оси, чтобы он мог сохранять стабильность и надежно и безопасно приземляться.
Когда дрон теряет пропеллер, он может оставаться стабильным.