یک کوادکوپتر چگونه پرواز می کند ؟

چگونه یک کوادکوپتر پرواز می کند ؟

در مقاله یک کوادکوپتر چگونه پرواز می کند ما قصد داریم تا به شما بگویم که یک کوادکوپتر برای پرواز کردن به چه چیز هایی نیاز دارد ؟ و چطور می شود که یک کوادکوپتر پرواز می کند ؟ جالب است بدانید که یک کوادکوپتر برای اینکه بتواند پرواز کند باید قطعات مختلفی با هم همکاری نمایند تا یک کوادکوپتر بتواند پرواز کند . پس تا آخر این مقاله با ما باشید تا بدانید که برای حرکت یک کوادکوپتر به چه شرایطی نیاز است ؟

یک کوادکوپتر چگونه پرواز می کند

هلیکوپتر متشکل از یک ملخ بزرگ که تمام توان لازم برای بلند کردن دستگاه را دارد و ملخ کوچک موجود بر روی دم هلیکوپتر گشتاور ایرودینامیکی ناشی از ملخ بزرگ را خنثی می کند و همین عملکرد منجر به بلند شدن هلیکوپتر از روی زمین می شود . بدون ملخ کوچک ، بدنه هلیکوپتر با سرعت ملخ بزرگ و در خلاف جهت چرخش آن به دور خودش خواهد چرخید .

برخلاف هلیکوپتر کنترلی ، کوادکوپتر از چهار عدد ملخ تشکیل شده است که رئوس یک مربعند و هر دو ملخی که به صورت ضربدری در مقابل هم هستند یک جهت بوده و همانند می باشند .  یعنی دو ملخ در جهت عقربه های ساعت و دو ملخ در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند . اگر تمام ملخ ها در یک جهت بچرخند ، حرکت کواد مانند هلیکوپتری است که روی دم خودش ملخ ندارد . در واقع دو ملخ همانند ملخ بزرگ هلیکوپتر و دو ملخ دیگر همانند ملخ کوچک دم هلیکوپتر هستند .

گشتاور ایرودینامیکی ناشی از جفت ملخ اول به وسیله گشتاور تولیدی توسط جفت ملخ دوم (که درخلاف جهت اولی می چرخند) خنثی می شود . اگر به جای یک کوادکوپتر که از چهار موتور تشکیل شده است با یک مولتی روتور چند موتوره مواجه بودید به ازای هر تعداد موتوری که در جهت عقربه های ساعت می چرخند باید به همان تعداد موتور در جهت خلاف عقربه های ساعت نیز فعالیت کند .

برای کنترل تعادل کوادکوپتر باید به وسیله سنسورها اندازه گیری بی وقفه انجام شده و تنظیمات سرعت به ملخ ها اعمال شود . این تنظیمات به صورت اتوماتیک توسط یک سیستم کنترل برای حفظ تعادل کوادکوپتر انجام می شود . یک کوادکوپتر تعدادی درجه آزادی (قابل کنترل) دارد که هر کدام از این درجه های آزادی به وسیله تنظیم نیروی تولیدی هر ملخ قابل کنترل است . ابتدا کمی درباره آزادی های حرکت یک جسم پرنده صحبت می کنیم .

سیستم عملکرد پروازی هواپیمای کنترلی نیز متفاوت است . هواپیما ها می توانند براحتی برخلاف ماشین و کشتی که در دو بعد حرکت می کنند در سه بعد حرکت کنند . تغییر در هر جهت می تواند بر روی تغییر در جهت های دیگر تاثیر بگذارد . حرکت در هر یک از جهات باید تعادل و تمرکز نقطه ی ثقل هواپیما را حفظ کند . هواپیما می تواند حول هر محوری حرکت کند . چرخش حول محور ها اساس کار جهت گیری هواپیما است و حرکت به سمت مطلوب را شکل می دهد :

  • -چرخش حول محوری که ا زجلو به عقب هواپیما عبور کرده roll یا دوران حول محور طولی نام دارد .
  • -چرخش حول محوری که از کناره های هواپیما عبور کرده Pitch یا دوران حول محور عرضی نام دارد .
  • -چرخش حول محوری که به صورت عمودی از هواپیما عبور کرده yaw یا دوران حول محور عمودی نام دارد .

توجه : در کوادکوپتر ها برای اینکه شاهد تیکاف و لندینگ نرمی باشید باید ۴ موتور با سرعت یکسان به گردش در بیایند .

  • حرکت به چپ و یا راست 

حرکت کوادکوپتر

بی شک به کمک رادیوکنترل می توانید کوادکوپتر را در چهار جهت براحتی به حرکت در آورید و فقط و فقط بلند کردن و نشاندن عمودی دستگاه مدنظر نیست . برای حرکت به چپ و یا راست باید سرعت دو موتوری که در یک طرف هستند نسبت به سرعت دو موتوری که در طرف دیگر هستند افزایش پیدا کند . به عنوان مثال اگر بخواهیم به سمت راست حرکت کنیم سرعت دو موتور در سمت چپ باید بیشتر از دو موتور در سمت راست شود . برای متمایل شدن به سمت چپ باید خلاف حالت بالا اتفاق بیفتد .

  • حرکت به جلو و عقب
تری کوپتر چیست ؟
خواندن مطلب ...

حرکت کوادکوپتر

حال بسیار مشخص است که برای حرکت به سمت جلو و یا عقب عملکرد موتور ها به چه صورتی است ؟!؟ برای متمایل شدن به سمت جلو دو موتور عقب باید با سرعت بیشتری فعالیت کنند و برای متمایل شدن به سمت عقب عکس حالت بالا .

  • چرخش حول محور

چرخش کوادکوپتر

در رادیوکنترل ها با دو جوی استیک مواجهیم که هر کدام وظیفه ای بر عهده دارند . جوی استیک سمت راست که کوادکوپتر را در چهار جهت مختلف به حرکت در می آورد و جوی استیک سمت چپ که وظیفه افزایش و کاهش ارتفاع را به عهده دارد . اما با جوی استیک سمت چپ می توان کوادکوپتر را حول محور خودش نیز به حرکت در آورد .
اما این اتفاق به چه صورتی می افتد ؟ برای این که کواد کوپتر به سمت چپ یا راست بچرخد باید دو موتور که به صورت قطری رو به روی هم هستند سرعت خود را افزایش دهند . برای چرخش ساعتگرد (به سمت راست) حول محور عمودی ، باید دو موتوری که پاد ساعتگرد می چرخند افزایش سرعت پیدا کنند و دو موتور دیگر سرعت خود را کاهش دهند . هم چنین برای چرخش پادساعت گرد ( به سمت چپ ) حول محور عمودی ، باید دو موتوری که ساعت گرد می چرخند افزایش سرعت داده و دو موتور دیگر سرعت خود را کاهش دهند . دلیل این که برای چرخش ساعتگرد از موتورهای پادساعتگرد استفاده می شود قانون سوم نیوتن است .

  • افزایش و یا کاهش ارتفاع 

با چرخ هر یک از ملخ ها نیرویی به سمت بالا به کوادکوپتر وارد می شود که مجموع نیروی حاصل از چرخش چهار ملخ همان نیروی بالا برنده ی کوادکوپتر است . نیروی گرانش نیز که برابر با وزن پهپاد است به سمت پایین و زمین وارد می شود . اگر این دو نیرو با هم برابر باشند همدیگر را خنثی می کنند و لذا کوادکوپتر در یک ارتفاع ثابت قرار می گیرد . در صورت بیشتر بودن نیروی بالابرنده کوادکوپتر برای افزایش ارتفاع اوج می گیرد و در صورت بیشتر بودن نیروی گرانش کوادکوپتر کاهش ارتفاع می دهد .

  • حرکت افقی به سمت جلو و یا عقب 

به منظور حرکت افقی کوادکوپتر رو به جلو باید موتورهای عقبی نسبت به موتورهای جلویی سریع تر بچرخند که باعث متمایل شدن کوادکوپتر به جلو می شود . حال در این وضعیت اگر سرعت تمام موتورها به یک میزان افزایش یابد ، کواد به سمت جلو حرکت خواهد کرد . برای حرکت به سمت عقب هم عکس این مطلب درست است . یعنی باید موتورهای جلویی سریع تر بچرخند و سپس سرعت تمام موتورهای به یک میزان افزایش پیدا کند .

به نظر شما علت حرکت روبه جلو وقتی که کوادکوپتر به سمت جلو متمایل میشود چیست ؟

در این حالت نیروی بالابرنده کواد کوپتر دیگر عمودی نیست و مایل می شود پس دارای یک مولفه ی عمودی و یک مولفه ی افقی خواهد بود . مولفه ی عمودی بسته به این که از نیروی گرانش بیشتر ، کمتر یا مساوی با آن باشد، به ترتیب سبب افزایش ، کاهش و حفظ ارتفاع کواد می شود . اما مولفه افقی نیروی بالا برنده کواد را به سمت جلو هدایت می کند .

معرفی قطعات مختلف کوادکوپتر

تعمیرات کوادکوپتر

در بازار امروز کوادکوپتر ها دارای نقش بسیار مهم و حیاتی در زمینه های مختلف هستند . به عنوان مثال می توان گفت از کوادکوپتر ها امروزه برای جوانب مختلفی استفاده می شود . هرچند که برند ها و کمپانی های زیادی در صدد طراحی ، تولید فروش مدل های پروازیشان هستند اما شما با اتکا بر دانش رباتیک و خرید محصولاتی و قطعاتی مشخص می توانید نسبت به طراحی و ساخت یک کوادکوپتر اقدام کنید .

آموزش کالیبره کردن کوادکوپتر ها
خواندن مطلب ...

کوادکوپتر های کاستوم و یا دست ساز توسط شرکت های رباتیک متناسب با نیاز و اهداف سازمان ها طراحی و ساخته می شوند . همچنین اگر به دنبال یک پرواز سرعتی و ریس هستید می توانید یک کوادکوپتر ریس بسازید که هیجان پرواز را برای شما تداعی کند . بغیر از این موارد برای مصارف شخصی و تفریحی و اجرای پروژه های تخصصی می توانید از نمونه ها و مدل های پروازی آماده بهره ببرید . برند هایی همچون سایما ، چرسون ، DJI ، WLTOYS ، SJ و … در زمینه طراحی و تولید کوادکوپتر و هلی شات بنام هستند .

حال که با نحوه عملکرد کوادکوپتر و پرواز آشنا شدید بهتر است درباره ی اجزای سازنده کوادکوپتر نیز اطلاعاتی کسب کنید . یک کوادروتور معمولا دارای اقلام و قطعاتی مثل فریم یا بدنه ، موتور ، ملخ ، باتری ، سنسورهای IMU ، کنترل کننده پرواز ، فرستنده و گیرنده ، دوربین و … می باشد .

  • بدنه

بدنه کوادکوپتر

بدنه یا فریم یک ساختمان مقاوم و مستحکم است که اجزا و قطعات بر روی آن سوار می شود و این فریم یا بدنه باید به قدری مستحکم باشد که حرکات ناشی از چرخش و لرزش موتور ها را خنثی کند . اجزای سازنده یک فریم بدین شرح است :

  1. صفحه مرکزی که بردهای الکترونیک روی آن قرار می گیرند .
  2. چهار بازوی اصلی که به صفحه ی مرکزی وصل می شوند .
  3. چهار چنگک یا نگه دارنده ی موتورها که به انتهای بازوها وصل می شوند .
  • جنس بدنه عمدتا از مواد زیر می باشد : فیبر کربن، الومینیوم، چوب مانند MDF

همه ی این قسمت ها لزوما از یک جنس نباید باشند .

  • موتور

موتور براشلس

برای طراحی و ساخت کوادکوپتر های مختلف از موتور های مختلفی می توان بهره برد . موتور ها به سه دسته موتور های کرولس ، براش و براشلس تقسیم بندی می شوند . معمولا برای طراحی و ساخت کوادکوپتر ها هابی و یا اسباب بازی از موتور های کرولس ، برای طراحی و ساخت کوادکوپتر های نیمه حرفه ای از موتور های براش و برای طراحی و ساخت کوادکوپتر های تخصصی از موتور های براشلس استفاده می شود .

برای به پرواز درآوردن کوادکوپتر ها نیاز به موتورهایی پرسرعت است که با ولتاز DC کار می کنند و البته مشکلاتی مانند از بین رفتن جاروبک ها و جرقه زنی در آن ها وجود ندارد . به بیان دیگر عملکرد سریع، بی وقفه و صحیح موتورها جزء حیاتی ترین عوامل در پرواز کواد است. به همین دلیل بهترین گزینه استفاده از موتورهای براشلس است .

به طور کلی در طراحی و ساخت مدل های پروازی نسل جدید از دو نوع موتور براش و براشلس استفاده می شود که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند . موتور براش توسط یک جریان مستقیم راه اندازی می شود و به خوبی می تواند کنترل دقیق سرعت چرخش را فراهم کند . این نوع موتور ها که با توجه به ارائه نرخ بالای گشتاور به سکون بسیار مورد توجه قرار می گیرند ، می توانند گشتاور سه تا چهار برابر بیشتر نسبت به میزان تخمین زده شده را تولید کنند . جالب است بدانید که در صورت نیاز حتی بعضی از موتور های براش می توانند گشتاور خود را تا پنج برابر افزایش دهند و دچار هیچ گونه توقف یا عیبی نشوند .

  • معمولا موتور های براش از شش قسمت تشکیل می شوند : محور، آرمیچر، کموتاتور (commutator)، استاتور (stator)، آهنربا ها و براش ها .

لازم به ذکر است که موتور های براش همواره جریانی پایدار و مدوام تولید می کنند ، و به خاطر توانایی مثال زدنی در تغییر نرخ سرعت-گشتاور به هر طریق ممکن ، به عنوان یکی از با سابقه ترین موتور ها در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند . از طرفی موتور های براشلس (Brushless Motor) به خوبی می توانند کوادکوپتر را به ارتفاع دلخواه خلبان منتقل کنند و در عین حال سطح افق و تعادل دوربین را حفظ نمایند . این نوع موتور ها فوق العاده سریع ، قدرتمند ، چابک ، بسیار کارآمد و قابل اطمینان هستند و به همین دلیل بسیاری از کاربران آن را گزینه ای ایده آل جهت نصب روی کوادکوپتر های فیلم برداری و مولتی روتور های بزرگ می دانند . از سوی دیگر ساختار این موتور ها و نحوه برقراری ارتباط بین آن ها و سایر اجزای پهباد می تواند تاثیر بسزایی در عملکرد پروازی داشته باشد .

  • ESC
مولتی روتور چیست ؟
خواندن مطلب ...

برد ESC

ESC یک برد الکترونیکی است که به موتور دستور می دهد با چه سرعتی بچرخد و برای هر موتور یک عدد لازم است . به این قطعه کنترل کننده ی سرعت نیز می گویند . اغلب موتورهای براشلس دارای ۳ فاز هستند ، بنابراین منبع تغذیه DC برای چرخاندن آن ها مناسب نیست . راه حل استفاده از  ESC است . ESC سه سیگنال فرکانس بالا با فاز متفاوت اما قابل کنترل را به طور پیوسته برای چرخش موتور تولید می کند و  هم چنین می تواند با source کردن جریان کافی باعث شود تا موتور در صورت نیاز توان بیشتری مصرف کند . ESC یک برد کنترل موتور ارزان قیمت با یک ورودی باتری و یک خروجی ۳ فاز برای موتور است . هر ESC به طور مستقل با یک سیگنال PPM (یا PWM) کنترل می شود . برای یک کوادکوپتر ، کنترلر باید توانایی تولید فرکانس های تا حد امکان بالا را داشته باشد تا موتور بتواند به منظور پایداری بیشتر کوادکوپتر ، خیلی سریع تغییر سرعت دهد. برای مثال سیگنال PPM با ۲۰۰ یا ۳۰۰ هرتز مناسب است .

دوفاکتور مهم در انتخاب ESC نقش دارند :

  1. توانایی source کردن جریان کافی که حداقل باید ۱۰ آمپر باشد .
  2. امکان تغییر فرکانس سیگنال در محدوده دلخواه و قابل تنظیم .
  • رادیوکنترل

ریموت کنترل DJI

رادیوکنترل یک قطعه بسیار مهم برای هدایت و کنترل کوادکوپتر از راه دور است . رادیوکنترل ها اغلب ۴ کاناله و دارای فرکانس ۲٫۴GHz و یا ۵٫۸GHz بوده و شارژی می باشند و یا از باتری های قلمی و نیم قلمی تغذیه می کنند . فرمان دهنده ی اجرای یک هلی شات رادیوکنترل آن است که در دستان اپراتور قرار دارد . بر روی رادیوکنترل جوی استیک ها و دکمه ها و فرامین لازم جهت به حرکت در آوردن پهپاد تعبیه شده است .

  • IMU

مغز پردازنده کوادکوپتر IMU است که می تواند شتاب و نیرو را اندازه بگیرد . دو قسمت مهم کوادکوپتر همین IMU و قطب نما است . جایروسکوپ ها نیز می توانند سرعت زاویه ای را اندازه بگیرند . در کوادکوپتر های تخصصی قبل از هر پرواز باید این قسمت هایی را که ذکر کردیم کالیبره نمایید تا دقت پروازی شما افزایش پیدا کند . به عنوان مثال در کوادکوپتر های DJI باید IMU و قطب نما را به شیوه ای که کمپانی طراحی کرده کالیبره نمایید تا شاهد پروازی بسیار نرم و استیبل باشید .

  • باتری

باتری کوادکوپتر

باتری مهم ترین بخش تامین کننده ی انرژی کوادکوپتر ها محسوب می شود . تخصصی ترین باتری ها نیز امروز می توانند تا حداکثر ۳۰ دقیقه خروجی مفید دهند . منبع تغذیه کوادکوپتر از باتری آن است که می توان به تعداد دلخواه نیز باتری یدک تهیه کرد .

در صورتی که مقاله ” یک کوادکوپتر چگونه پرواز می کند ” برای شما جذاب و مفید بوده است از شما تقاضا داریم تا آن را با عزیزان خود به اشتراک گذاشته و نظرات و سئوالات خود را در بخش نظرات با ما سایرین به اشتراک بگذارید .
شما کاربران گرامی می توانید جهت اخذ مشاوره و خرید کوادکوپتر با کارشناسان مجموعه جهان آرسی ارتباط برقرار کنید . همچنین جهت مشاهده محصولات روز بازار می توانید از فروشگاه حضوری جهان آرسی بازدید فرمایید .

اشتراک‌گذاری

سلام ! بهار هنرخواه هستم . من عاشق نوشتنم و مدتیه که راجع به محصولات تفریحی سرگرمی هوشمند و تکنولوژی مطالبی رو جمع آوری و تولید می کنم تا بتونم اطلاعات مفیدی را در اختیار مخاطبان علاقه مند قرار بدم :)

یک نظر

  1. شورش مصطفی زاده پاسخ

    سلام وقت بخیر میخواستم بپرسم که سرعت موتورهای کوادکوپتر در حالت ساکن تقریبا چند دور بر دقیقه ودر حالت بالا و پایین رفتن تقریبا چند دور بر دقیقه میباشد

    1. احسان فلاح پور پاسخ

      سلام قربان . هر دستگاهی با دستگاه دیگه متفاوته و پرواز ربط مستقیمی به دور موتور ندارد بلکه با پیچ ملخ و تراست موتور دارد .

پاسخی بگذارید

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