Profundicemos en la historia: ¬Ņd√≥nde crecen las patas de los cuadric√≥pteros?



Drones, helic√≥pteros controlados a distancia, spyware y multicopters militares: todos estos dispositivos voladores han sido parte de la vida cotidiana. Hoy, no puedes sorprender a nadie con una m√°quina voladora el√©ctrica sin alas. ¬°Aqu√≠ est√°, colgando en el cielo con sus peque√Īos ventiladores, sin alas y solo debido a la electricidad!

Sin embargo, hasta hace poco, los autom√≥viles con despegue vertical y tracci√≥n el√©ctrica eran solo un sue√Īo inalcanzable. ¬ŅC√≥mo se hizo posible y por qu√© nadie los ha hecho antes? ¬ŅQui√©n fue el primero en levantar el helic√≥ptero el√©ctrico en el aire? Veamos la historia de la aparici√≥n en nuestro cielo de hummers de h√©lices m√ļltiples.

Requisitos previos para la aparición de despegue vertical eléctrico


Hace quince a√Īos, en el cielo entre dispositivos de vuelo compactos, solo se pod√≠an observar aviones y helic√≥pteros con motores de combusti√≥n interna.

Y en todo el mundo, y en la URSS, los aviones fueron la base del modelado de aviones. Estos eran modelos inalámbricos, no controlados y controlados por radio. Solo había rumores sobre modelos de helicópteros, alguien se jactaba de haber visto ese vuelo, pero no les creían, y nadie realmente veía los helicópteros controlados por radio en sus ojos.

Competencia de helicópteros radiocontrolados de 1982 en la URSS


Para los modelos de aeronaves con motores de aeronaves que no funcionan con combustible, sino con electricidad, la situaci√≥n era mejor, pero para la construcci√≥n de helic√≥pteros, los motores el√©ctricos durante m√°s de ciento cincuenta a√Īos, desde el momento de su aparici√≥n, eran absolutamente inadecuados. Los helic√≥pteros en el video de 1982 tambi√©n tienen motores de combusti√≥n interna, y todos fueron completamente hechos en casa.

La industria de modelos de helicópteros simplemente no existía, por lo que todo lo que se hizo con los helicópteros en video se seleccionó con gran dificultad de otros modelos y electrodomésticos, se aserró, mecanizó y pegó manualmente.

Sin embargo, el tiempo no se detiene y aparecieron gradualmente dos cosas necesarias para levantar la tracci√≥n el√©ctrica. En primer lugar, aparecieron motores el√©ctricos de peque√Īo tama√Īo, as√≠ como sin escobillas o de v√°lvula ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Ventilny_engine ).

El hecho es que antes de su aparici√≥n, ning√ļn motor el√©ctrico proporcionaba tanta potencia que ser√≠a suficiente para levantar el peso deseado con un peso muerto aceptable. Por lo tanto, los motores el√©ctricos podr√≠an usarse en autom√≥viles, tranv√≠as y el metro, con su ayuda fue posible afeitar, moler alimentos y bombear agua. Incluso podr√≠as idear y agregarles alas coloc√°ndolas en un avi√≥n. Sin embargo, los primeros motores el√©ctricos en aviones ciertamente perdieron en el motor de combusti√≥n interna en todos los aspectos. El advenimiento de los motores el√©ctricos modernos de peque√Īo tama√Īo fue promovido por la invenci√≥n de imanes de alta resistencia. Es cierto que no todos los motores el√©ctricos de la nueva generaci√≥n estaban originalmente destinados a la aviaci√≥n, ahora hablaremos de ello.

Helicopter Fisherman, 2010 ICE Model


Y en segundo lugar, aparecieron baterías compactas y de gran capacidad, que, muy probablemente, contribuyeron significativamente al desarrollo de la electrónica móvil. Por ejemplo, se comenzaron a producir baterías de polímero de litio e iones de litio, que reemplazaron al níquel-cadmio y al níquel-hidruro metálico.

Las primeras baterías no eran livianas ni compactas, y prácticamente no era posible elevarlas al aire. Al principio, intentaron usarlos en automóviles, pero apareció un motor de combustión interna y en ese momento rápidamente puso fin al desarrollo de vehículos eléctricos. Las baterías modernas de polímero de litio han permitido obtener una mayor capacidad específica.

Primeros panqueques


Los primeros intentos de crear modelos el√©ctricos comerciales fueron Kalt Whisper y Kyosho EP Concept. Los dise√Īadores de algunos de los fabricantes de dispositivos de dispositivos de hobby lograron seleccionar el peso y otras caracter√≠sticas de los componentes para que estos primeros helic√≥pteros, a√ļn con motores de colector viejos, pudieran despegar. Kalt Whisper y Kyosho EP Concept comenzaron la producci√≥n alrededor de 1991. Poco despu√©s, los productos de la empresa alemana Icarus con los nombres ECO 8 y ECO 16 (1995) despegaron. El m√°s avanzado fue el modelo GWS Dragonfly, pero tambi√©n apareci√≥ m√°s tarde, aproximadamente en 1998.

Sin embargo, los primeros modelos de helicópteros eléctricos tuvieron muchos problemas insolubles. Los motores eléctricos de baja potencia no permitieron aumentar la velocidad de elevación y movimiento en el plano horizontal. Desde viejas y pesadas baterías de níquel-cadmio con 7-8 "bancos" y una baja capacidad específica, fue posible lograr de 4 a 12 minutos de vuelo.

Kalt Whisper, 1991 Video promocional


El principal problema era el alto costo en las tiendas y el precio exorbitante de las reparaciones. Pilotar estos modelos al menos de alguna manera fue posible solo después de varias semanas de duro entrenamiento.

Como en ese momento los sistemas de estabilizaci√≥n efectivos estaban ausentes por naturaleza, y no todos los propietarios eran maestros de acrobacias a√©reas, los modelos se estrellaban cada segundo vuelo. Cientos de d√≥lares se destinaron a la compra de piezas de reparaci√≥n. El piloto de Kalt Whisper con el video de arriba es claramente un profesional en su campo, por eso es un anuncio. En realidad, casi todos los que mencionan en Internet que era due√Īo de un helic√≥ptero el√©ctrico en ese momento, escriben que √©l estuvo parado todo el tiempo en un estante o en un garaje.

Prototipos de modelos modernos.


Proxflyer


El primero en combinar los logros de las nuevas tecnolog√≠as fue la suposici√≥n del ingeniero noruego Peter Muren. Cre√≥ un sitio que describe su primer invento en 2003 si Archive.org no est√° mintiendo. El sitio se llamaba Proxflyer.com (con esta ortograf√≠a, a trav√©s de "Y") y conten√≠a fotos y videos de vuelos de un dispositivo incre√≠ble para ese momento: un helic√≥ptero del tama√Īo de un paquete de cigarrillos, mientras se controlaba de forma remota.

imagen

Archive.org muestra las primeras versiones del sitio creadas en 2003 ( http://web.archive.org/web/20031001000000*/proxflyer.com ).

Para hacer que el modelo vuele por los aires, Peter utiliz√≥ el esquema de vuelo en helic√≥ptero m√°s estable: coaxial (como el Black Shark KA-50). En su dise√Īo, no utiliz√≥ placas mini-swash inexistentes y, adem√°s, giroscopios, lo que facilit√≥ el modelo.

Peter Muren demuestra el primer modelo de helicóptero eléctrico del mundo 2004


Las unidades de los motores eléctricos se fabricaron en poleas, y las correas delgadas del tipo utilizado en las correas para grabadoras de cassettes. No había engranajes en este esquema. Un motor giró ambos tornillos, el otro giró la cola.

Transmisión sobre Proxflyer, 2004


No olvides que YouTube se abrió solo en 2005, por lo que el video se subió más tarde.

Peter pudo lograr la masa deseada del dispositivo utilizando nuevas bater√≠as de pol√≠mero de litio en su helic√≥ptero. Para reducir el peso de las palas y partes del cuerpo del helic√≥ptero, fueron hechas de madera de balsa. Como motores, us√≥ los que acababan de aparecer y que inicialmente se usaron en llamadas vibrantes de buscapersonas (que no sabe qu√© es un buscapersonas, preg√ļnteles a sus padres) y tel√©fonos m√≥viles. Dichos motores el√©ctricos se llamaron: motor Pager (motor de un buscapersonas):

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Por lo tanto, los primeros micromotores no se hicieron en absoluto para el despegue vertical.

M√°s tarde, Peter construy√≥ otros modelos, donde el cambio en la posici√≥n del helic√≥ptero en el espacio se llev√≥ a cabo cambiando la velocidad de rotaci√≥n de uno de los dos tornillos coaxiales, y fueron impulsados ‚Äč‚Äčpor motores separados. En total, dos fueron responsables del aumento.

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El movimiento hacia adelante se realizó debido al tercer motor eléctrico, montado no verticalmente, como en los helicópteros clásicos o como en el primer modelo, sino horizontalmente y levantando la cola del modelo.



El ingeniero logró encontrar una combinación de motores miniatura y ligeros con otras piezas reductoras de peso, lo que finalmente permitió que el modelo se elevara por encima de la mesa.

Después de recibir una patente por su invención, Peter comenzó a mejorar sus modelos, y un poco más tarde, Interactive Toy Concepts comenzó a producir helicópteros de juguete de acuerdo con su esquema.

Nuevo modelo Proxflyer, circa 2004.


Pixelito


El segundo esquema, que se está desarrollando en paralelo, era un esquema con una entrada vertical de un modelista de Bélgica llamado Alexander. Llamó a su helicóptero Pixelito. Alexander utilizó un esquema diferente de Proxflyer, que tenía solo un rotor principal.



La estabilidad de su vuelo fue facilitada por un dispositivo de tornillo especial: por falta de estabilizadores de vuelo electr√≥nicos, de peso aceptable, se coloc√≥ una parte superior masiva en el tornillo que, al girar, desempe√Īaba el papel de un giroscopio que controlaba el √°ngulo de ataque de las cuchillas.

En la parte superior hay un equilibrador (flybar, barra Bell / Hiller):



No importa cu√°n tarde los dise√Īadores lo intentaron, sin esto los helic√≥pteros con un solo tornillo se negaron a volar (hasta que aparecieron estabilizadores electr√≥nicos que controlaban el √°ngulo de ataque de las cuchillas: circuitos de helic√≥pteros sin barra). El primer esquema de helic√≥ptero no necesitaba un equilibrador, o tal vez su funci√≥n se cumpli√≥ parcialmente por el anillo restrictivo en las aspas de madera de balsa.

Tambi√©n hab√≠a dos motores en este modelo: para la h√©lice principal, que permit√≠a volar hacia arriba y hacia abajo, y para la h√©lice estabilizadora, con la que era posible girar. El modelo result√≥ ser incre√≠blemente peque√Īo, lo que se puede juzgar por la foto con el h√°mster, es 2003, lo siento por la calidad. El modelo pesaba solo 6.9 gramos.

En 2003, Alexander estaba casi listo para crear un modelo viable y encontró a Peter, el creador de Proxflyer. Decidieron unir fuerzas, y así llevaron sus modelos a prototipos de trabajo.



Un registro con fecha del 15 de diciembre de 2003 dice:

‚ÄúHoy, Peter y yo nos complace presentar el resultado de nuestro √ļltimo desarrollo conjunto. Cre√© el helic√≥ptero Pixelito, y Peter cre√≥ el Proxflyer Micron (en ese momento no es el primer modelo noruego, mi nota) . El Pixelito es un helic√≥ptero con mi propio sistema de control de rotor, y el dise√Īo de Peter ya es bastante conocido. Los llamamos robots, porque ese nombre los describe mejor. Hace aproximadamente 2 semanas, Peter y yo pasamos un maravilloso fin de semana en mi casa y luego decidimos que ser√≠a bueno realizar una investigaci√≥n conjunta, cada uno en casa, pero avanzando hacia un objetivo com√ļn. Esto result√≥ en la creaci√≥n de un modelo que pesaba solo 6.9 gramos junto con la bater√≠a, y ambos sabemos que este no es el l√≠mite.

Alexander y Peter

Un video del mini helicóptero Pixelito recién creado, pero en el video está controlado por un amigo de su creador, autor de Proxflyer Peter Muren. Puedes adivinar que Alexander está sosteniendo una cámara.

Pixelito 2003


El tercer prototipo podr√≠a ser el desarrollo sensacional al mismo tiempo de la compa√Ī√≠a japonesa Seiko Epson. El modelo solo pod√≠a volar hacia arriba y hacia abajo.



Desafortunadamente, después de las primeras noticias sobre este dispositivo milagroso volador coaxial, la información desapareció, solo quedó un artículo con una descripción: https://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?02/35/48 .

Aparentemente, el desarrollo falló y no recibió más desarrollo, además, no había videos que demostraran su trabajo. La foto muestra que se utilizó un circuito en el que los tornillos coaxiales se combinaron con el equilibrador.

Desarrollo de helicópteros eléctricos


Con el advenimiento de los prototipos voladores, otros fabricantes de juguetes también tomaron la idea, y usando nuevos motores, baterías y eligiendo un plástico más moderno y liviano, comenzaron a producir modelos de helicópteros uno tras otro, primero de acuerdo con el esquema noruego, y luego, similar a Pixelito, en mi opinión. , los primeros modelos de producción se llamaron Pixelito.

Un helic√≥ptero es uno de los primeros modelos seg√ļn un esquema similar a Proxflyer, Syma, 2007


Tambi√©n uno de los primeros modelos de la compa√Ī√≠a inglesa Fastek Computers, 2007


Al principio, los helic√≥pteros eran en su mayor√≠a coaxiales. Uno de los fabricantes m√°s prol√≠ficos de helic√≥pteros de radio control de juguete en ese momento era la compa√Ī√≠a china Syma. Los modeladores de aeronaves de todos los pa√≠ses tambi√©n han probado con todas sus fuerzas diferentes versiones de modelos de construcci√≥n con despegue vertical, y algunos de sus logros fueron bastante sobresalientes, pero lo que m√°s r√°pidamente lleg√≥ al consumidor final fueron los productos de los fabricantes de juguetes.

Uno de los primeros modelos Pixelito, 2 canales, solo con un equilibrador, 2008


Como resultado, tanto los modeladores noruegos como los belgas ganaron mucho dinero vendiendo los derechos para fabricar helicópteros a control remoto fabricados de acuerdo con sus esquemas.

Posteriormente, DARPA y el Ministerio de Defensa de Noruega se interesaron en el desarrollo de Peter, el ingeniero cre√≥ su propia compa√Ī√≠a Prox Dynamics y comenz√≥ a desarrollar un helic√≥ptero esp√≠a con fines militares.



Se desconoce qué está sucediendo allí y en qué etapa se encuentra la producción.

Mejoras y estabilización de vuelo mejorada


Mientras que los primeros helicópteros de juguete tenían solo 2 canales de control (hacia adelante y hacia atrás solo en una dirección), los aficionados hicieron modelos para sí mismos en el control de radio multicanal. Para controlar los primeros modelos de helicópteros controlados a distancia, se requería un entrenamiento bastante largo, ya que era bastante difícil mantenerlo en el aire, y mucho dependía de la habilidad del piloto.

Para los helicópteros de juguete más simples, en lugar del control de radio, se utilizó el control de radiación infrarroja. En modelos más avanzados, por aire. En los modelos baratos, era de dos canales, cuanto más caro, más canales de control había.

En los modelos más baratos, se agregó un tercer canal para reemplazar el control de dos canales, y el control se parecía más a un vuelo completo. Solo manténgase en el aire, a pesar de los muchos canales, todavía no fue fácil.

Tenga en cuenta lo difícil que es para el piloto hacer frente a mantener el modelo en su lugar:

Uno de los primeros modelos de helicópteros, un circuito como Pixelito, 2007.


El advenimiento de los giroscopios en miniatura ha mejorado enormemente esta situación. Después de agregar este dispositivo al modelo, el vuelo se volvió directamente inusualmente estable, no fue necesario mantener constantemente los dedos sobre las teclas de control. Sin embargo, tales modelos cuestan mucho más que los helicópteros sin giroscopio. Los giroscopios también se han utilizado en modelos de helicópteros con motores de combustión interna.

Video sobre modelos de helicópteros con giroscopios, 2011


El más popular de los modelos con un giroscopio para el comprador masivo fue el modelo Syma S107, pero los helicópteros de helicóptero más confiables, probablemente soportando colisiones directas con paredes, dientes de gato y carros de muebles sin fin.

Despu√©s de su aparici√≥n, se comenzaron a colocar nuevos dispositivos de estabilizaci√≥n en los primeros modelos de helic√≥pteros el√©ctricos. Kalt Whisper, Kyosho EP Concept, Icarus ECO 8 y 16 y kits de actualizaci√≥n GWS Dragonfly aparecieron en las tiendas. En los mismos helic√≥pteros, despu√©s de instalar un giroscopio, bater√≠as de pol√≠mero de litio y motores sin escobillas ligeros y potentes, se hizo posible no solo volar normalmente, sino incluso hacer acrobacias a√©reas. Sin embargo, nuevamente, su valor era exorbitante. En alg√ļn lugar antes de 2006, tampoco estaban disponibles para todos, y casi nadie los compr√≥.

Demostraci√≥n de las capacidades de un helic√≥ptero el√©ctrico con giroscopio, 2014. ¬ŅPuede tu quadrocopter hacer eso?


En el campo militar, la primera prueba de disparos desde un helic√≥ptero controlado por radio comenz√≥ a ser realizada por cierta compa√Ī√≠a Neural Robotics (nuevamente, f√≠jate, atribuyendo modelos voladores controlados remotamente a robots) en 2006. Colgaron una escopeta en un modelo de helic√≥ptero y comenzaron a estudiar su comportamiento durante los disparos, as√≠ como tambi√©n c√≥mo los disparos afectan el control.

Shotgun Shot, 2006


Su helicóptero poseía ICE, y esta experiencia se volvió significativa: impulsó el desarrollo de la dirección de los drones de choque. Ahora, los multicopteros militares lanzan bombas en su totalidad, espían y dirigen misiles hacia objetivos.

En caso de duda, ¡ponga más hélices!


Casi inmediatamente despu√©s de la aparici√≥n de los modelos de helic√≥pteros, los intentos comenzaron a crear m√°quinas de m√ļltiples h√©lices, por as√≠ decirlo.

imagen

Mientras más hélices estuvieran en el modelo, más difícil era coordinar su trabajo. El mismo helicóptero Chinook de la imagen de arriba, sin giroscopio, fue salchicha durante el vuelo, por lo que se volvió dudoso usar dos pares de tornillos. Para el vuelo de modelos con tres o más motores, se requería electrónica, un orden de magnitud más complicado que un helicóptero.

Al principio comenzaron a experimentar con la cantidad de motores eléctricos. Esto ahora casi siempre pone un signo igual entre el dron y el quadrocopter, pero al comienzo de su aparición no era para nada así.

Inicialmente, los modelos multimotor fueron ensamblados exclusivamente por entusiastas. Casi de inmediato, surgi√≥ la idea de colocar c√°maras compactas en el modelo, que no eran numerosas en ese momento, y GoPro apareci√≥ m√°s tarde y se adapt√≥ con √©xito a la tendencia. Las c√°maras se ensamblaron desde controladores soldados a c√°maras desde tel√©fonos m√≥viles, etc. Los dise√Īadores de multicopter seleccionaron materiales para sus cuadros, experimentaron con diferentes motores el√©ctricos, comenzaron a soldar varios m√≥dulos para el control coordinado de h√©lices, escribieron software para esto e intercambiaron hallazgos exitosos entre ellos. Result√≥ con un √©xito variable.

Si bien no hab√≠a dispositivos electr√≥nicos confiables para que los motores coincidentes y los giroscopios en miniatura no aparecieran, fue aterrador mirar los vuelos de tales dispositivos. Hab√≠a marcos rotos, y c√°maras de video perdidas, y m√≥dulos electr√≥nicos caros ahogados en estanques. Sin embargo, de a√Īo en a√Īo, la estabilidad, el rango de vuelo, la facilidad de administraci√≥n y la calidad de los videos grabados aumentaron constantemente.

Los helicópteros aparecieron con dos, tres, cuatro, cinco, seis, ocho y más hélices: bicopters, tricopters, quadro-, penta-, hexa- y octacopters, respectivamente.

Uno de los primeros tricopteros, 2010


Y ahora, después de largos experimentos, las modelos comenzaron a volar de manera estable. No puede temer que caiga de lado en el aire o que la vibración durante el vuelo interfiera con el control.

Bikopter



Al principio, todos se propusieron tantas hélices como quisieran, pero luego, cada esquema, sin embargo, encontró su aplicación.

Duración de un quadrocopter con una cámara GoPro Hero 3 a bordo a través de fuegos artificiales, mejor vista en HD, 2014


Las m√°quinas con tres y cuatro motores se han utilizado con mayor frecuencia para vuelos recreativos, para grabar videos, y el mayor n√ļmero de h√©lices fue √ļtil en helic√≥pteros para transportar mercanc√≠as, as√≠ como en aquellos casos en que se requiere confiabilidad de un multicopter. Despu√©s de todo, si uno de los motores en el modelo de helic√≥ptero falla, su choque inevitablemente ocurre, entonces en el caso de modelos con varios motores, la carga del motor averiado puede distribuirse a otros y la m√°quina puede mantenerse en el aire. Durante mucho tiempo, las disputas entre adherentes de tricopters y quadrocopters sobre el equilibrio entre simplicidad y estabilidad de vuelo no han disminuido.

Oktakopter, especialmente dise√Īado para el transporte de mercanc√≠as, 2012


M√°s desarrollo y perspectivas


Gracias a la mejora de la electrónica a bordo y al uso de módulos GPS, los modelos han aprendido a mantener su posición en el espacio y una altura constante. El multicopter comenzó a configurar el telecontrol, que en inglés se llama FPV - First Person View, una vista en primera persona. Con él, puedes controlar el dron, acariciando el mundo a través de una cámara montada en él. En la Web, casi todos los videos ahora se eliminan de tales drones.

Se llevan a cabo carreras multicopter, que se ve facilitada por un sistema de control en primera persona.

Drones controlados por FPV, 2015


M√°s tarde, una compa√Ī√≠a en alg√ļn instituto tecnol√≥gico comenz√≥ a desarrollar un sistema de control autom√°tico no solo de uno, sino de muchos multicopters y logr√≥ resultados impresionantes: no solo pudieron hacer que un enjambre de dispositivos el√©ctricos vuele por caminos predeterminados sin chocar. Agreg√°ndoles iluminaci√≥n y usando un multicopter separado como un p√≠xel, pudieron componer im√°genes volum√©tricas e inscripciones a partir de ellos. Primero aplicaron su invenci√≥n en un anuncio de Intel.

Holograma de Drones, 2015


Ya en 2011, se construy√≥ un prototipo de multicopter, capaz de elevar a una persona por encima del suelo. Ahora esta direcci√≥n se est√° desarrollando activamente. Despu√©s de todo, para transportar personas hay ventajas sobre los helic√≥pteros. Esta es la conveniencia del control, y los tama√Īos m√°s compactos, y la electricidad como combustible, y la seguridad debido a la presencia de varias h√©lices en lugar de una o dos.

El primer multicopter con un hombre a bordo, 2011


El dispositivo de los drones contin√ļa mejorando, para ellos hay cada vez m√°s √°reas de aplicaci√≥n. Los fabricantes de aviones mejoran los multicopters, incluido Boeing. ¬ŅPor qu√© hay Boeing? El propio Correo ruso ya est√° experimentando con la entrega de mercanc√≠as por v√≠a a√©rea.

Volar en un quadrocopter con una vista en primera persona desde la cual es impresionante, 2017.


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Source: https://habr.com/ru/post/438198/


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