Основні складові конструкції та технічні параметри БпЛА

ЗАГАЛЬНА СХЕМА КОНСТРУКЦІЇ

Конструкції всіх безпілотних літальних апаратів схожі за своєю будовою та принципом роботи та складається з:

− Шасі (фр., основа, рама). Це основа (корпус) всього безпілотника на яку кріпляться всі інші елементи.

− Польотний контролер, що являє собою інтегральну схему (друковану плату), на якій розміщені датчики. На основі інформації з датчиків контролер здійснює регулювання швидкості обертання двигунів, відповідає за координацію, стабілізацію та керування дрону.

− Програмна пам'ять (англ. flash memory): Флеш-пам'ять – це місце, де зберігається основний код. Якщо програма є складною, вона може займати багато місця. Очевидно, що більше пам'ять, тим більше інформації вона може зберігати. Пам'ять також є актуальною при зберіганні даних у польоті, таких як координати GPS, плани польоту, автоматичний рух камери і т.д. Код, завантажений на флеш-пам'ять, залишається на чіпі навіть після вимкнення живлення. SRAM: SRAM розшифровується як "Статична пам'ять з довільним доступом" і являє собою простір на чіпі, який задіяний при виконанні розрахунків. Дані, що зберігаються в оперативній пам'яті, втрачаються при вимкненні живлення. Чим вище обсяг оперативної пам'яті, тим більше інформації буде легко доступно для розрахунків у будь-який момент часу. EEPROM (also called E2PROM) stands for electrically erasable programmable read-only memory: електрично стирається програмований постійний запам'ятовуючий пристрій (ЕСППЗУ) зазвичай використовується для зберігання інформації, яка не змінюється під час польоту, наприклад налаштування, на відміну від даних, що зберігаються на SRAM, до яких можуть належати показання датчика і т. д. Контролер польоту по суті є звичайним мікроконтролером, що програмується, тільки зі спеціальними датчиками на борту. Як мінімум, контролер польоту включатиме 3-осьовий гіроскоп, але без автовирівнювання. Не всі контролери польоту оснащуються вказаними нижче сенсорами, але вони також можуть включати їхню комбінацію:

− Акселерометр: вимірюють лінійне прискорення за трьома осями (назвемо їх: X, Y і Z). Зазвичай вимірюється в «G». Стандартне (нормальне) значення становить g = 9.80665 м/с². Для визначення положення акселерометр повинен бути встановлений на контролері польоту так, щоб лінійні осі збігалися з основними осями безпілотника.

− Гіроскоп: Гіроскоп вимірює швидкість зміни кутів за трьома кутовими осями (назвемо їх: альфа, бета і гама). Зазвичай вимірюється у градусах за секунду. Зверніть увагу, що в більшості випадків всі дані, що надходять, обробляються кодом контролера польоту. Гіроскоп повинен бути 8встановлений так, щоб осі його обертання збігалися з осями БПЛА.

− Інерційний вимірювальний блок (IMU): IMU- по суті, це невелика плата, яка містить як акселерометр, так і гіроскоп (зазвичай багатоосьові). Більшість з них включають трьохосьовий акселерометр і трьохосьовий гіроскоп, інші можуть включати додаткові сенсори, наприклад, триосьовий магнітометр, що забезпечує в цілому 9 осей вимірювання.

− Магнітометр: Електронний магнітний компас здатний визначати магнітне поле Землі та використовувати ці дані для визначення напрямку компаса безпілотника (щодо північного магнітного полюса). Цей сенсор майже завжди є, якщо система має GPS вхід і доступно від однієї до трьох осей.

− Тиск/Барометр: Оскільки атмосферний тиск змінюється при віддаленні від рівня моря, можна використовувати сенсор тиску, щоб отримати досить точні показання висоти БПЛА. Для розрахунку максимально точної висоти більшість контролерів польоту отримують дані одночасно від сенсора тиску і супутникової системи навігації (GPS). При складанні зверніть увагу, що краще, щоб отвір у корпусі барометра був накритий шматком поролону, це зменшити негативний вплив вітру на чіп.

− GPS: Система глобального позиціонування (GPS), щоб визначити своє конкретне географічне розташування, використовує сигнали, що посилаються кількома супутниками, що звертаються по орбіті навколо Землі. Контролер польоту може мати як вбудований GPS модуль, так і підключається за 9допомогою кабелю. GPS антену не слід плутати з самим GPS модулем, яка може виглядати і як маленька чорна скринька, і як звичайна «Duck» антена. Щоб отримати точні дані розташування, модуль GPS повинен приймати дані від кількох супутників, і чим більше, тим краще.

− Відстань: Датчики відстані все частіше використовуються на безпілотниках, оскільки GPS-координати та датчики тиску не можуть розповісти вам, наскільки далеко ви знаходитесь від землі (пагорба, гори чи будівлі), чи зіткнетеся ви з об'єктом чи ні. Датчик відстані, звернений вниз, може бути заснований на ультразвуковій, лазерний або лідарний технології (ІЧ-сенсори можуть мати проблеми в роботі при сонячному світлі).

ДАТЧИКИ ВІЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЮ DJI MAVIC 3

− Система приймача

– передавача радіохвиль відповідного діапазону, зазвичай: 2,4; 2,4 – 5,8 Ггц

− Система управління камерою;

− Пристроїв, що забезпечують політ дрону: двигунів, пропелерів, регулятора обертів;

− Акумулятора;

На основі інформації з датчиків контролер здійснює регулювання швидкості обертання двигунів, відповідає за координацію, стабілізацію та керування дрону.

Основні функції та завдання контролера:

− збір даних із датчиків;

− розрахунок свого становища у просторі;

− отримання команд від зовнішніх контролерів з пульта управління ;

− відправка керуючих сигналів на регулятори обертів (ESC- electronic speed controller);

− утримання дрона на заданій висоті;

− автоматичний політ по заданому маршруту;

− зупинка чи обліт перешкод;

− автопосадка при повній втраті живлення.

Контролер управляє швидкістю обертання моторів, подаючи ШІМ-імпульси на регулятори обертів. ШІМ (PWM)- широтно-імпульсна модуляція. Це процес управління потужністю методом пульсуючого включення та вимкнення споживача енергії. Швидкість обертання двигунів визначається тривалістю ШІМ-імпульсів, що передаються з контролера. Напрямок та хід польоту дрону «в ручному» режимі керування визначаються джойстиками (стіками) газу та обертанням кутів по трьох площинах: крен, тангаж, нишпорення (англ. - throttle, roll, pitch, yaw).

UAV - THROTTLE, ROLL, PITCH, YAW

Акумуляторні батареї

Сучасні електронні пристрої використовують два основних типи акумуляторів: літій-іонний літій-полімерний. Що таке літій-полімерний акумулятор? Основною перевагою є можливості швидкої зарядки. Сучасні дрони також містять літій-полімерні акумулятори. Причина їхнього застосування у тому, що вони гнучкі та легкі. Як і літій-іонні акумулятори, літій-полімерні також мають анод і катод. Але в них замість рідкого електроліту використовується гелеподібний електроліт. Це одна з причин, чому вони довговічніші, і не потрібно турбуватися про витік електроліту. Але цей гелеподібний матеріал з часом стає твердішим, зменшуючи здатність іонів вільно рухатися, скорочуючи термін служби акумулятора.

Літій полімерний: ключові відмінності

1. Ціноутворення

Літій-полімерні, зазвичай, не використовуються в дешевшій техніці.

2. Щільність потужності

Щільність потужності означає кількість енергії, яку містить акумулятор, порівняно з його вагою. Тому акумулятор з вищою щільністю потужності матиме довший час роботи. Літій-іонні акумулятори можуть утримувати до чотирьох разів більше заряду порівняно з літій-полімерними подібного розміру. Це робить їх більш бажаними для використання в компактних електронних пристроях. З іншого боку, літій-полімерні акумулятори зазвичай повинні бути закриті у тверду оболонку. Це ще більше збільшує розміри, що робить такі акумулятори непридатними для менших пристроїв.

3. Напруга і стан заряду

Напруга окремого LiPo елемента коливається від приблизно 4,2 В (повністю заряджений) до приблизно 2,7—3,0 В (повністю розряджений), де номінальна напруга становить 3,6 B або 3,7 В (приблизно середнє значення найвищого та найнижчого значення) для елементів на основі оксидів літію. Для порівняння: літій-залізо-фосфатний(LiFePO4) елемент від 3,6—3,8 В (повністю заряджений) до 1,8—2,0 В (повністю розряджений). Точні номінали напруги роботи елемента повинні бути вказані в специфікації 11продукту. Акумуляторні батареї з LiPo елементами, з’єднаними послідовно та паралельно, мають окремі контакти для кожного елемента. Спеціалізований зарядний пристрій може контролювати заряд кожного елемента, щоб усі елементи були заряджені до однакової напруги - мали однаковий стан заряду (SOC).

4. Безпека

Літій-полімерні акумулятори безпечніші ніж літій-іонні через їхнє міцне упакування. Літій-полімерний акумулятор у твердій оболонці може протистояти зовнішньому тиску, що зменшує небезпеку. Гелеподібний електроліт у літій-полімерному акумуляторі має меншу ймовірність витоку ніж літій-іонний електроліт.

5. Швидкість пасивного розряду

Пристрій, що живиться від літій-полімерного акумулятора розряджається неймовірно повільно. Швидкість пасивного розряду літій-полімерних акумуляторів значно нижча порівняно з літій-іонними, пристрій не розрядиться, поки він не використовується. При цьому, тривале зберігання літій-полімерного акумулятора простіше за літій-іонний.

6. Універсальність

Маловідома перевага літій-полімерних акумуляторів полягає в тому, що вони досить універсальні. Вони використовуються не лише в мобільних телефонах, павербанках чи ноутбуках. Літій-полімерні акумулятори використовуются в безпілотних літальних апаратах. Проста причина цього полягає в їхній модифікації. Літій-полімерні акумулятори існують будь-яких форм і розмірів завдяки їхній гелевій основі. Існують літій-полімерні акумулятори від 1000 мАг до 10 000 мАг і вище.

7. Термін корисного використання

Як правило, літій-іонні акумулятори служать довше, ніж літій-полімерні. Середньостатистичний акумулятор літій-іонний може працювати 2-3 роки, тоді як літій-полімерний має набагато коротший термін служби, через те, що електроліт на основі гелю починає тверднути.

8. Загальне технічне обслуговування

Літій-іонні акумулятори практично не потребують обслуговування. З іншого боку, літій-полімерні акумулятори потребують невеликого обслуговування. Для прикладу, програмне забезпечення для Дрона дає точнішу інформацію про акумулятор. Ви можете відкалібрувати акумулятор свого Дрона, щоб дізнатися більше про його загальну продуктивність. Якщо ви зберігаєте літій-полімерні акумулятори, ви повинні зарядити їх приблизно до позначки 30%. Подібним чином, для зарядки літій-полімерних акумуляторів більших розмірів потрібен спеціальний зарядний пристрій.

9. Портативність

Як літій-іонний часто використовується в невеликій побутовій техніці.

Літій-полімерний акумулятор:

− дорожчий у виготовленні

− не використовується в дешевшій техніці

− безпечніший − міцне упакування

− швидка зарядка

− універсальний

− може мати будь-яку форму та розмір

− гнучкий та легкий

− повільне пасивне розрядження

− простіше тривале зберігання

− потребує невеликого обслуговування

ІНТЕРФЕЙС ПРОГРАМИ DJI FLY РОЗДІЛ БАТАРЕЇ

Обов’язково виконуємо регулярну перевірку стану акумуляторної батареї за допомогою відповідного розділу додатку пілотної програми DJI Fly!

Всі батареї мають бути підписано, присвоєно порядковий номер, наприклад: «1», «2»,… та вказано на корпусі кількість використаних циклів, наприклад: «10 . ». У разі повної розрядки батареї на неї має бути вказано особливим знаком, наприклад «*» для унеможливлення випадкового використання на рівні з іншими. Акумуляторні батареї мають відповідні до заявлених виробником характеристики лише за умов бережного та безпечного користування з дотриманням всіх вимог від виробника. Пам’ятаємо про режим зберігання та використання.

Камера

Mavic 3 оснащений вбудованим блокуванням підвісу, яке запобігає струс 3-осьового підвісу та камери, забезпечуючи додатковий рівень безпеки при транспортуванні та зберіганні.

Запобіжні заходи при використанні:

1. Нормальна робоча температура фіксатора підвісу становить від -10 до 40 ° C. Якщо температура виходить за межі цього діапазону, замок може не заблокувати або розблокувати не повністю. Додаток DJI Fly запропонує використовувати його в межах температурного діапазону. Для екстреного використання в особливих ситуаціях ви можете вручну повернути три осі, не пошкодивши сам підвіс, проте цей захід не рекомендується.

2. Вбудований замок підвісу може розблокуватися через зовнішній вплив. У цьому випадку увімкніть живлення дрона, а потім вимкніть живлення для повторної блокування.

3. Після блокування підвісу можуть виникати вібрації кожної осі. Як уже зазначалося вище, завдання щодо розробки нової камери для Mavic 3, DJI знову поклали на кращих із кращих — компанію Victor Hasselblad AB. Знаменитий шведський розробник спроектував та побудував 5K аерофотоапарат Hasselblad L2D-20c спеціально для нового M3, вбудувавши CMOS матрицю професійного формату 4/3 у неймовірно компактний простір.

Tele Camera Tele Camera — це друга/допоміжпа 4K зум-камера вбудована в один корпус з основною Hasselblad L2D-20c, отримавша можливість використання гібридного зума з 28-кратним збільшенням. Розробник позиціунує її як допоміжна і рекомендує використовувати для вивчення місцевості для подальших зйомок і як інструмент для створення нових творчих можливостей. Камера побудована на 1/2- дюймовій CMOS матриці, має діафрагму f/4.4 и еквівалентну фокусну відстань 162 мм. Активується друга камера при увімкненні режиму Explore.

Explore Mode

Коли сцени або об'єкти знаходяться далеко, використовуйте телекамеру, щоб збільшити масштаб і заощадити час, або записуйте з відстані, не заважаючи об'єкт зйомки. Щоб почати працювати з другою камерою Mavic 3 необхідно програмі DJI Fly активувати режим Explore (Explore Mode/іконка у вигляді бінокля) у додатку DJI Fly).

DJI FLY АКТИВУВАЦІЯ РЕЖИМУ EXPLORE

Телекамера доступна лише при використанні Explore (Explore mode). Також, якщо увімкнено режим Explore, а зум камери перевищує 7-кратне значення, Mavic 3 автоматично перейде на телекамеру.

Рекомендовані карти: SanDisk Extreme PRO 64 Гб V30 A2 microSDXC SanDisk High Endurance 64 Гб V30 microSDXC SanDisk Extreme 128 Гб V30 A2 microSDXC SanDisk Extreme 256 Гб V30 A2 microSDXC SanDisk Extreme 512 Гб V30 A2 microSDXC Lexar 667x 64 Гб V30 A2 microSDXC Lexar High-Endurance 64 Гб V30 microSDXC Lexar High-Endurance 128 Гб V30 microSDXC Lexar 667x 256 Гб V30 A2 microSDXC Lexar 512 Гб V30 A2 microSDXC Samsung EVO 64 Гб V30 microSDXC Samsung EVO Plus 128 Гб V30 microSDXC Samsung EVO Plus 256 Гб V30 microSDXC Samsung EVO Plus 512 Гб V30 microSDXC Kingston 128 Гб V30 microSDXC

БАЗОВІ ТТХ

Найпопулярніші комерційні дрони (95% усіх дронів), які використовуються, складають моделі DJI та Autel на озброєння моделі Mavic, Matrice та Air, комерційні пристрої DJI дуже прості в освоєнні та управлінні, проте росія використовує програмне забезпечення від виробника, щоб відстежувати українські безпілотники. DJI пропонує сервіс під назвою Aeroscop, який дозволяє побачити, хто і звідки запускає БПЛА, а також, де під час польоту знаходиться оператор. З його допомогою російські війська швидко відстежують підрозділи ЗСУ поблизу й обстрілюють їх із мінометів та артилерії. DJI Mavic 3 Е та DJI Matrice 300 вважаються технікою для професіоналів. Модулі обох дронів знімають якісне відео з дуже високим рівнем деталізації та максимальним бітрейтом (потоком даних без затримки), що досягає вище 100 Мбіт/с. Система відеопередачі OcuSync 3.0 гарантує стабільніший зв'язок між апаратом і контролером, за винятком випадкових перешкод, але не від військових систем радіоелектронної боротьби (РЕБ).

Швидкість польоту досягає 72 км/год, максимальна висота — 1500 м, вбудовані датчики допомагають уникати перешкод, час польоту — до 40 хвилини, передача відео можлива на відстані навіть більш 8 км.DJI Mavic 3 — це одна з найкращих моделей виробника, випущена на ринок у 2021 році. Квадрокоптер отримав пропелери з низьким рівнем шуму та 8 датчиків для виявлення перешкод.

Апарат DJI Mavic 3. Злітна маса: 895 г. Швидкість до 19 м/с (72 км/год), набирає висоту зі швидкістю до 8 м/с, час польоту — 46 хвилин, радіус дистанційного керування — 15 км. Виміряно під час польоту Mavic 3 із постійною швидкістю 10 м/с (32,4 км/год) у безвітряному середовищі на рівні моря, поки заряд батареї не досяг 0%.

Базова комплектація промислового безпілотника Matrice 300 RTK не враховує сенсори, батареї та зарядний пристрій. Цей квадрокоптер має водонепроникний корпус, тому може працювати в дощ, а також за температури від -20 до +50 градусів за Цельсієм. Він обладнаний двома ніжками-опорами, які можна відкрутити для полегшення конструкції, та також складними опорами для гвинтів. Максимальний час польоту становить 55 хвилин, проте з максимальним навантаженням (2,7 кг) він скорочується до 31 хвилини, швидкість — до 82 км/год. Дрон знімає за допомогою ширококутної камери FPV з кутом огляду 145° і передає відео в роздільній здатності 1080p на відстані до 15 км. Технологія DJI AirSense інформує оператора про навколишні умови, такі як температура і швидкість вітру, наявність літаків і БПЛА в радіусі 20 км. Хороша оптична камера дозволяє знімати відео у форматі 4К з висоти до 6 км та передавати її на пульт оператору, а тепловізор може стежити за ситуацією вночі.

MATRICE 300 RTK

БПЛА Autel EVO II Pro V2 один із цивільних квадрокоптерів, що використовується для військових цілей. Дає якісне зображення з 8К камери.

AUTEL EVO II PRO

AUTEL EVO II PRO RC

ВЕРСИЯ EVO 2 8К (RUGGED BUNDLE)

Autel EVO II Pro V2

Апарат оснащений 12 датчиками комп'ютерного зору, розташованими з усіх боків для виявлення перешкод під час польоту. На дні встановлені 2 ультразвукові сенсори, що допомагають точно зависати над потрібними об'єктами. Дрон може відлітати від оператора на відстань до 25 км і проводити в повітрі до 40 хвилин із максимальною швидкістю переміщення 72 км/год. За зйомку відповідає 20-мегапіксельна камера з роздільною здатністю 6К, вбудованим HDR-режимом, а також регульованою діафрагмою і широким діапазоном ISO 12800 та гарним зумом без втрати якості. Керувати БПЛА Autel EVO II можна безпосередньо зі смартфона за допомогою фірмового програмного забезпечення.

Autel EVO II DUAL 640T ENTERPRISE THERMAL DRONE

Є ще модель Autel EVO II 640T Dual — це квадрокоптер із тепловізором InfiRay. Його дальність польоту становить 25 км, час польоту — до 39 хвилин, швидкість — до 72 км/год, дальність зв'язку з оператором — 9 км. Компактний складний апарат отримав високоякісну 8К-камеру з роздільною здатністю 48 МП. Безпілотник поєднує в одному модулі теплові датчики з роздільною здатністю 640×512, датчики технічного зору 8K і ядро від виробника FLIR, що робить його однією з кращих тепловізійних систем на ринку в низькій ціновій категорії. Пристрій може надсилати інфрачервоні зображення з відстані до 100 м або записувати їх.

Британська армія придбала 30 «нанодронів Bug» для солдатів, щоб шпигувати за цілями на відстані до 2 км (1,25 милі), що є останнім кроком у військовому використанні суперечливих безпілотних літальних апаратів (БПЛА).

Дрони досить малі, щоб їх можна було тримати в долоні, і важать 196 г, приблизно стільки ж, скільки великий смартфон. Безпілотник має 40-хвилинний термін служби батареї та має «прихований низький візуальний профіль», що робить його важко помітним для ворога.

Розумна альтернатива для використання в якості розвідника:

«DJI Mini 2» «Fly More Combo»

Розробник пропонує дрон у двох комплектаціях – стандартній «DJI Mini 2» та

розширеної «Fly More Combo»:

Злітна маса: < 249 г

Розміри (Д×Ш×В):

У складеному стані:

138×81×58 мм

У розкладеному стані:

159×203×56 мм

У розкладеному стані (з

пропелерами):

245 × 289 × 56 мм

Розмір по діагоналі:

213 мм

Макс. швидкість набору висоти:

18 км/год (S режим)

10.8 км/год (режим N)

7.2 км/год (режим C)

Макс. швидкість зниження:

12.6 км/год (S режим)

10.8 км/год (N режим)

5.4 км/год (C режим)

Макс. швидкість гориз. польоту

(Над рівнем моря в штиль):

57.6 км/год (S режим)

36 км/год (N режим)

21.6 км/год (C режим)

Макс. висота польоту:

500 м

Макс. допустима стеля над рівнем

моря:

4000 м

Макс. час польоту:

31 хв (вимірювання проводилися при

польоті на швидкості 16.92 км/год у штиль)

Вітростійкість:

8.5-10.5 м/с (5 балів за шкалою Бофорта)

Макс. кут нахилу:

40° (S режим)

25° (N режим)

25° (C режим)

*До 40° при сильному вітрі

Макс. кутова швидкість:

21

130°/с (S режим)

60°/с (N режим)*

30°/с (C режим)*

*Можна налаштувати на 250°/с моб.

програмі DJI Fly

Діапазон робочих температур:

0°С до +40°C

Діапазон робочих частот:

2.400 - 2.4835 ГГЦ, 5.725 - 5.850 ГГц

Потужність передавача (ЕІІМ):

2.400 - 2.4835 ГГЦ:

FCC ≤ 398 мВт

CE ≤ 100 мВт

SRRC ≤ 100 мВт

5.725 - 5.850 ГГц:

FCC ≤ 398 мВт

CE ≤ 25 мВт

SRRC ≤ 398 мВт

Супутникове позиціонування:

GPS + GLONASS + GALILEO

1. З чого складається конструкція БПЛА?

2. На чому заснований датчик, який звернений вниз?

3. Основні функції та завдання контроллера?

4. Які є найпопулярніші комерційні дрони?

5. Завдяки якій опції, оператор БПЛА може бачити у ночі?

6. DJI Mavic 3 — це одна з найкращих моделей виробника. Вкажіть його технічні характеристики та кількість датчиків.