کوادکوپتر ها چگونه پرواز می کنند؟

کوادکوپتر ها چگونه پرواز می کنند؟

معرفی کامل کوادکوپتر

کوادکوپتر ها چگونه پرواز می کنند؟

سوالی که در ذهن بسیاری از کاربران تازه کار سیستم های پروازی بدون سرنشین شکل می گیرد این است که کوادکوپتر چیست ؟ کوادکوپتر ها چگونه پرواز می کنند؟ آیا تمایل دارید نسبت به خرید کوادکوپتر اقدام کنید ؟
کوادکوپتر که با نام های مولتی روتور، پهباد یا کوادروتور نیز شناخته می شود، یک پلتفرم مکانیکی تقریبا ساده برای اجرای پرواز در حالت کنترل از راه دور است که دارای چهار بازو می باشد، و در هر بازو یک موتور و یک پروانه متصل به آن وجود دارد.
البته پهباد هایی با سه، شش و هشت بازو نیز وجود دارند که با نام مولتی کوپتر شناخته می شوند.
در کوادکوپتر دو پروانه در جهت عقربه های ساعت و دو پروانه دیگر نیز بر خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد. کوادکوپتر ها از لحاظ ایرودینامیکی ثبات و تعادل لازم برای به پرواز در آمدن را ندارند، به همین دلیل یک سخت افزار کامپیوتری داخل آن ها گنجانده می شود تا دستور های حرکتی شما را به فرمان هایی قابل فهم برای پروانه ها تبدیل کنند.
این تعاریف می توانند به عنوان پاسخی کوتاه به سوال “کوادکوپتر چیست؟” و یا کوادکوپتر ها چگونه پرواز می کنند؟ تلقی شوند. اما اگر مایلید اطلاعات بیشتری در زمینه کوادکوپتر ها کسب کنید و درب ورود به دنیای این تکنولوژی را به روی خود باز کنید، در ادامه این مطلب با ما همراه باشید.

تفاوت کواد کوپتر با هواپیما و هلی کوپتر ها

کوادکوپتر ها در زمینه های پروازی و کنترلی عملکردهایی متفاوت نسبت به هلی کوپتر ها و هواپیماهای معمولی دارند. در یک هواپیمای معمولی بال ها با ایجاد خاصیت ایرودینامیکی نیروی لازم جهت شروع پرواز را به وجود می آورند، اما در کوادکوپتر همین نیرو توسط چهار موتور و پروانه نصب شده روی آن ها تولید می شود.
از سوی دیگر هلی کوپتر ها در تولید نیروی مورد نیاز برای پرواز عملکردی تقریبا مشابه کوادکوپتر دارند و از یک ملخ بزرگ کمک می گیرند، اما بر خلاف پروانه های کوادکوپتر توانایی تغییر زاویه در تیغه های ملخ هلی کوپتر تعریف شده است تا نیروی لازم جهت کنترل حرکت های هلی کوپتر به این ترتیب فراهم شود.

تاریخچه پیدایش کوادکوپتر

بر خلاف تصور بسیاری از افراد ، کلمه کوادکوپتر اصطلاح جدیدی نیست ! در دهه های 1920 و 1930 میلادی پرنده هایی با طراحی مشابه کوادکوپتر های امروزی طراحی شده بودند که البته کنترل آن ها توسط خلبان سوار بر بدنه صورت می گرفت.
این نمونه های اولیه عملکرد های پروازی فوق العاده ضعیفی داشتند و ضمن بی ثبات بودن در آسمان، کنترل آن ها نیازمند دستورات زیادی از سوی خلبانان بود.
اما امروزه با توسعه تکنولوژی های الکترونیکی در سیستم های کنترل پرواز، موتور های کرولس یا براشلس، ریز پردازنده های کوچک تر، باتری های قدرتمند، شتاب سنج های دقیق، دوربین ها و حتی سیستم های موقعیت یابی GPS، امکان طراحی و به پرواز در آوردن کوادکوپتر هایی عالی و بدون نقص فراهم شده است.
جالب است بدانید که با وجود تمام این امکانات، ویژگی سادگی هنوز هم در کوادکوپتر ها وجود دارد و آن ها را به یک پلتفرم تصویربرداری هوایی فوق العاده موثر و کار آمد تبدیل کرده است.

کوادکوپتر ها چگونه پرواز می کنند؟

دستگاه کنترل از راه دور کوادکوپتر ( رادیو کنترل )

کوادکوپتر ها معمولا توسط یک دستگاه کنترل از راه دور (رادیو کنترل ) هدایت می شوند. دستگاه کنترل از راه دور یک کوادکوپتر معمولی دارای چهار کانال است و فرمان هایی همچون حرکت رو به جلو، حرکت به طرفین، چرخش و تغییر ارتفاع را به کوادکوپتر در حال پرواز ارسال می کند.
در بیشتر کنترل کننده ها فرکانس ارتباطی 2.4 GHz به کار گرفته می شود که همان فرکانس مورد استفاده در سیستم های مجهز به WiFi است. بنابراین همیشه احتمال بروز تداخلات در ارتباط بین دستگاه کنترل از راه دور و کوادکوپتر در حال پرواز وجود دارد.
به همین دلیل است که همواره توصیه می شود قبل از شروع پرواز از ثبات کافی این ارتباط اطمینان حاصل کنید. با توجه به این که بسیاری از کوادکوپتر های مبتدی از قابلیت هایی همچون بازگشت به خانه اتوماتیک برخوردار نیستند، بروز وقفه های ناگهانی و گاها مفقود شدن سیگنال می تواند ایمنی آن ها را به مخاطره بیندازد.

پروانه های کوادکوپتر (ملخ ها)

پروانه های کوادکوپتر (ملخ ها)

یکی از موضوعات بسیار مهم که همیشه باید به یاد داشته باشید این است که در کوادکوپتر ها دو جفت پروانه و دو جفت موتور وجود دارد که جهت چرخش آن ها متفاوت است.
علاوه بر آن انحنای به وجود آمده روی یک جفت از پروانه ها با جفت دیگر تفاوت دارد و به همین دلیل باید در هنگام نصب کردن آن ها دقت کنید. به زبان ساده تر اگر شما دو پروانه ای که برای چرخش در جهت عقربه های ساعت طراحی شده اند را روی موتور های در حال چرخش برخلاف جهت عقربه های ساعت نصب کنید، این پروانه ها به جای این که جریان هوا را به سمت پایین هدایت کنند، آن را به سمت بالا می فرستند تا نیروی به وجود آمده در جهت پایین باشد و کوادکوپتر نتواند از روی زمین بلند شود.
معمولا در کوادکوپتر ها علامت هایی روی پروانه ها ترسیم می شود تا شما به راحتی بتوانید آن ها را با موتور ها تطبیق دهید. اما اگر چنین علامتی وجود نداشت، زمانی که برای اولین بار پروانه ها را از موتور ها جدا می کنید حتما آن ها را نشانه گذاری کنید تا در هنگام نصب مجدد بدانید کدام پروانه متعلق به کدام موتور است.

ویژگی های دینامیکی کوادکوپتر

در کوادکوپتر ها چهار نیروی اصلی وجود دارد:

1) نیروی جاذبه:
کمتر کسی است که با نیروی جاذبه و خاصیت آن آشنایی نداشته باشد. این نیرو همان عاملی است که کوادکوپتر را به سمت پایین می کشد و کم یا زیاد بودن آن به وزن کوادکوپتر بستگی دارد.

2) نیروی بلند کردن:
این نیروی رو به بالا طبق قانون سوم نیوتون در واقع واکنشی است در پاسخ به نیروی رو به پایین ایجاد شده توسط پروانه ها که باعث بلند شدن کوادکوپتر از روی سطح زمین می شود.

3) نیروی پرتاب:
این نیرو همانند نیروی بلند کردن واکنشی است که نسبت به نیروی ایجاد شده توسط پروانه ها به وجود می آید، با این تفاوت که این بار جهت نیرو به صورت افقی است و کوادکوپتر را به سمت جلو یا عقب هدایت می کند.

4) نیروی کشیدن:
این نیرو بر اثر مقاومت هوا به وجود می آید و در جهت عقب به کوادکوپتور وارد می شود تا باعث کاهش سرعت و حتی در مواردی مانع از حرکت آن شود.
برای درک بهتر این نیرو می توانید فرض کنید داخل اتومبیلی در حال حرکت با سرعت بالا نشسته اید و دست خود را از پنجره خارج می کنید. در این حالت نیروی رو به عقبی که هوا به دست شما وارد می کند همان نیروی کشیدن وارد شده بر کوادکوپتر های در حال حرکت است.

پرواز شناور در کوادکوپتر

پرواز شناور در کوادکوپتر

حالت پرواز شناور در کوادکوپتر ها پس از برقراری تعادل بین نیروی بالا بردن و نیروی جاذبه حاصل می شود. در طول پرواز شناور برای افزایش ارتفاع لازم است نیروی بالا بردن بیشتر از نیروی جاذبه باشد.
بد نیست به این نکته اشاره کنیم که افزایش نیروی بلند کردن با افزایش RPM یا همان تعداد دور در دقیقه ( سرعت حرکت چرخشی ) به صورت همزمان در هر چهار پروانه صورت می پذیرد.
به همین منوال به منظور کاهش ارتفاع در حالت پرواز شناور کافیست RPM به صورت همزمان در هر چهار پروانه کاهش پیدا کند.

برای خارج کوادکوپتر از حالت پرواز شناور و حرکت دادن آن در جهت های جلو، عقب، چپ و راست کافیست زاویه نیروی بلند کردن تغییر کند تا همزمان نیرو هایی به صورت افقی و عمودی به بدنه کوادکوپتر وارد شود.
بخشی از نیرو که به صورت عمودی به کوادکوپتر وارد می شود، وظیفه نگه داشتن کوادکوپتر در آسمان و حفظ ارتفاع آن را بر عهده می گیرد.
در همین حین باقیمانده نیرو که به صورت افقی است، امکان اجرای حرکت های افقی در جهت های گوناگون را فراهم می کند.

حرکات متنوع کوادکوپتر

حرکات متنوع کوادکوپتر

در هنگام هدایت کوادکوپتر برای اجرای حرکت به سمت جلو یا عقب می توانید از فرمان سمت راست موجود روی دستگاه کنترل از راه دور کمک بگیرید.
زمانی که شما این فرمان را به سمت جلو فشار می دهید، سرعت چرخش پروانه ها (RPM) در پروانه های جلویی کاهش و همزمان در پروانه های عقبی افزایش می یابد.
به این ترتیب یکی نیروی افقی در کنار نیروی عمودی به وجود می آید تا کوادکوپتر به سمت جلو حرکت کند. برای هدایت کوادکوپتر به سمت عقب نیز این بار پروانه های جلویی با سرعت بیشتری می چرخند و سرعت چرخش پروانه های عقبی کاهش پیدا می کند.

به منظور حرکت دادن کوادکوپتر به سمت چپ و راست نیز می توانید از همان فرمان کمک بگیرید. در این حالت دوباره در سرعت چرخش موتور ها تغییراتی ایجاد می شود، اما این بار موتور های سمت چپ یا موتور های سمت راست ملاک قرار می گیرند.

نحوه اجرای حرکت چرخشی در کوادکوپتر

نحوه اجرای حرکت چرخشی در کوادکوپتر

اگر هر چهار پروانه کوادکوپتر در یک جهت بچرخند، طبق قانون سوم نیوتون بدنه آن در جهت مخالف خواهد چرخید تا نیروی گشتاور چهار پروانه را خنثی کند.
اما همانطور که اشاره شد، در کوادکوپتر ها دو موتور در جهت عقربه های ساعت و دو موتور دیگر بر خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند تا چنین اتفاقی رخ ندهد.
بنابراین در مواقعی که لازم است بدنه کوادکوپتر حرکت چرخشی را به نمایش بگذارد، به راحتی می توان از این ویژگی استفاده کرد.
کافیست سرعت چرخش دو پروانه ای که در یک جهت می چرخند را کاهش دهید تا به این ترتیب تعادل بین نیرو های گشتاور وارد شده بر بدنه از بین برود و کوادکوپتر بتواند مطابق با میل شما چرخش به سمت چپ یا راست را به اجرا در آورد.
لازم به ذکر است که امکان چرخش کوادکوپتر توسط فرمان موجود در سمت چپ کنترل کننده فراهم می شود.

سیستم کنترل پرواز کوادکوپتر

طبق نکاتی که تا این لحظه بیان کردیم، پرواز و اجرای حرکات گوناگون توسط کوادکوپتر از طریق تغییر RPM هر یک از چهار پروانه صورت می پذیرد.
بنابراین زمانی که شما فرمان های روی کنترل کننده را تکان می دهید، دستورات صادر شده باید به پیام هایی قابل فهم برای پروانه ها تبدیل شوند.
به همین منظور در کوادکوپتر ها سیستم کنترل پرواز مورد استفاده قرار می گیرد تا هماهنگی لازم بین کنترل کننده و پهباد را به وجود آورد.
جالب است بدانید که این سیستم می تواند به سایر دستگاه ها و سنسور های موجود در کوادکوپتر متصل شود. یکی از این دستگاه ها که از اولویت بالایی نیز برخوردار است، گیرنده ای است که پیام ها را از فرستنده دریافت می کند و آن ها را در اختیار سیستم کنترل پرواز قرار می دهد.

در کوادکوپتر های پیشرفته تر در کنار گیرنده یک دستگاه فرستنده نیز گنجانده شده است تا سیستم کنترل پرواز بتواند ارتباطی دو طرفه با دستگاه کنترل از راه دور برقرار نماید.
علاوه بر آن، در این کوادکوپتر های پیچیده سنسور هایی مانند GPS، قطب نمای ژیروسکوپی و فشار سنج گنجانده شده است تا سیستم کنترل پرواز عملکرد بهتری داشته باشد.

سخن پایانی

کوادکوپتر ها راه حلی مقرون به صرفه برای ورود به دنیای پرنده های کنترلی بدون سرنشین محسوب می شوند. خوشبختانه پرواز کردن با آن ها فوق العاده سرگرم کننده است، و با کمی صبر و تمرین هر کسی می تواند هدایت و کنترل آن ها را به عهده بگیرد. پیشنهاد می شود همین امروز نسبت بخ خرید یک پهباد اقدام کنید .

2 پاسخ ها

دیدگاه خود را ثبت کنید

آیا می خواهید به بحث بپیوندید؟
در صورت تمایل از راهنمایی رایگان ما استفاده کنید!!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *