Profundicemos en la historia: ¿dónde crecen las patas de los cuadricópteros?

Drones, helicópteros 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 máquina voladora eléctrica sin alas. ¡Aquí está, colgando en el cielo con sus pequeños ventiladores, sin alas y solo debido a la electricidad!

Sin embargo, hasta hace poco, los automóviles con despegue vertical y tracción eléctrica eran solo un sueño inalcanzable. ¿Cómo se hizo posible y por qué nadie los ha hecho antes? ¿Quién fue el primero en levantar el helicóptero eléctrico en el aire? Veamos la historia de la aparición en nuestro cielo de hummers de hélices múltiples.

Requisitos previos para la aparición de despegue vertical eléctrico

Hace quince años, en el cielo entre dispositivos de vuelo compactos, solo se podían observar aviones y helicópteros con motores de combustión 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 situación era mejor, pero para la construcción de helicópteros, los motores eléctricos durante más de ciento cincuenta años, desde el momento de su aparición, eran absolutamente inadecuados. Los helicópteros en el video de 1982 también tienen motores de combustión 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 tracción eléctrica. En primer lugar, aparecieron motores eléctricos de pequeño tamaño, así como sin escobillas o de válvula ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Ventilny_engine ).

El hecho es que antes de su aparición, ningún motor eléctrico proporcionaba tanta potencia que sería suficiente para levantar el peso deseado con un peso muerto aceptable. Por lo tanto, los motores eléctricos podrían usarse en automóviles, tranvías y el metro, con su ayuda fue posible afeitar, moler alimentos y bombear agua. Incluso podrías idear y agregarles alas colocándolas en un avión. Sin embargo, los primeros motores eléctricos en aviones ciertamente perdieron en el motor de combustión interna en todos los aspectos. El advenimiento de los motores eléctricos modernos de pequeño tamaño fue promovido por la invención de imanes de alta resistencia. Es cierto que no todos los motores eléctricos de la nueva generación estaban originalmente destinados a la aviación, 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 eléctricos comerciales fueron Kalt Whisper y Kyosho EP Concept. Los diseñadores de algunos de los fabricantes de dispositivos de dispositivos de hobby lograron seleccionar el peso y otras características de los componentes para que estos primeros helicópteros, aún con motores de colector viejos, pudieran despegar. Kalt Whisper y Kyosho EP Concept comenzaron la producción alrededor de 1991. Poco después, los productos de la empresa alemana Icarus con los nombres ECO 8 y ECO 16 (1995) despegaron. El más avanzado fue el modelo GWS Dragonfly, pero también apareció más 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 estabilización efectivos estaban ausentes por naturaleza, y no todos los propietarios eran maestros de acrobacias aéreas, los modelos se estrellaban cada segundo vuelo. Cientos de dólares se destinaron a la compra de piezas de reparación. 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 dueño de un helicóptero eléctrico en ese momento, escriben que él 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 tecnologías fue la suposición del ingeniero noruego Peter Muren. Creó un sitio que describe su primer invento en 2003 si Archive.org no está mintiendo. El sitio se llamaba Proxflyer.com (con esta ortografía, a través de "Y") y contenía fotos y videos de vuelos de un dispositivo increíble para ese momento: un helicóptero del tamaño de un paquete de cigarrillos, mientras se controlaba de forma remota.



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 utilizó el esquema de vuelo en helicóptero más estable: coaxial (como el Black Shark KA-50). En su diseño, no utilizó placas mini-swash inexistentes y, además, giroscopios, lo que facilitó 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 baterías de polímero de litio en su helicóptero. Para reducir el peso de las palas y partes del cuerpo del helicóptero, fueron hechas de madera de balsa. Como motores, usó los que acababan de aparecer y que inicialmente se usaron en llamadas vibrantes de buscapersonas (que no sabe qué es un buscapersonas, pregúnteles a sus padres) y teléfonos móviles. Dichos motores eléctricos se llamaron: motor Pager (motor de un buscapersonas):



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

Más tarde, Peter construyó otros modelos, donde el cambio en la posición del helicóptero en el espacio se llevó a cabo cambiando la velocidad de rotación de uno de los dos tornillos coaxiales, y fueron impulsados ​​por motores separados. En total, dos fueron responsables del aumento.



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 electrónicos, de peso aceptable, se colocó una parte superior masiva en el tornillo que, al girar, desempeñaba el papel de un giroscopio que controlaba el ángulo de ataque de las cuchillas.

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



No importa cuán tarde los diseñadores lo intentaron, sin esto los helicópteros con un solo tornillo se negaron a volar (hasta que aparecieron estabilizadores electrónicos que controlaban el ángulo de ataque de las cuchillas: circuitos de helicópteros sin barra). El primer esquema de helicóptero no necesitaba un equilibrador, o tal vez su función se cumplió parcialmente por el anillo restrictivo en las aspas de madera de balsa.

También había dos motores en este modelo: para la hélice principal, que permitía volar hacia arriba y hacia abajo, y para la hélice estabilizadora, con la que era posible girar. El modelo resultó ser increíblemente pequeño, lo que se puede juzgar por la foto con el hámster, 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:

“Hoy, Peter y yo nos complace presentar el resultado de nuestro último desarrollo conjunto. Creé el helicóptero Pixelito, y Peter creó el Proxflyer Micron (en ese momento no es el primer modelo noruego, mi nota) . El Pixelito es un helicóptero con mi propio sistema de control de rotor, y el diseño 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 sería bueno realizar una investigación conjunta, cada uno en casa, pero avanzando hacia un objetivo común. Esto resultó en la creación de un modelo que pesaba solo 6.9 gramos junto con la batería, y ambos sabemos que este no es el límite.

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 podría ser el desarrollo sensacional al mismo tiempo de la compañía japonesa Seiko Epson. El modelo solo podía 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 helicóptero es uno de los primeros modelos según un esquema similar a Proxflyer, Syma, 2007


También uno de los primeros modelos de la compañía inglesa Fastek Computers, 2007


Al principio, los helicópteros eran en su mayoría coaxiales. Uno de los fabricantes más prolíficos de helicópteros de radio control de juguete en ese momento era la compañía china Syma. Los modeladores de aeronaves de todos los países también han probado con todas sus fuerzas diferentes versiones de modelos de construcción con despegue vertical, y algunos de sus logros fueron bastante sobresalientes, pero lo que más rápidamente llegó 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 creó su propia compañía Prox Dynamics y comenzó a desarrollar un helicóptero espía 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.

Después de su aparición, se comenzaron a colocar nuevos dispositivos de estabilización en los primeros modelos de helicópteros eléctricos. Kalt Whisper, Kyosho EP Concept, Icarus ECO 8 y 16 y kits de actualización GWS Dragonfly aparecieron en las tiendas. En los mismos helicópteros, después de instalar un giroscopio, baterías de polímero de litio y motores sin escobillas ligeros y potentes, se hizo posible no solo volar normalmente, sino incluso hacer acrobacias aéreas. Sin embargo, nuevamente, su valor era exorbitante. En algún lugar antes de 2006, tampoco estaban disponibles para todos, y casi nadie los compró.

Demostración de las capacidades de un helicóptero eléctrico con giroscopio, 2014. ¿Puede tu quadrocopter hacer eso?


En el campo militar, la primera prueba de disparos desde un helicóptero controlado por radio comenzó a ser realizada por cierta compañía Neural Robotics (nuevamente, fíjate, atribuyendo modelos voladores controlados remotamente a robots) en 2006. Colgaron una escopeta en un modelo de helicóptero y comenzaron a estudiar su comportamiento durante los disparos, así como también cómo 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 después de la aparición de los modelos de helicópteros, los intentos comenzaron a crear máquinas de múltiples hélices, por así decirlo.



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, surgió la idea de colocar cámaras compactas en el modelo, que no eran numerosas en ese momento, y GoPro apareció más tarde y se adaptó con éxito a la tendencia. Las cámaras se ensamblaron desde controladores soldados a cámaras desde teléfonos móviles, etc. Los diseñadores de multicopter seleccionaron materiales para sus cuadros, experimentaron con diferentes motores eléctricos, comenzaron a soldar varios módulos para el control coordinado de hélices, escribieron software para esto e intercambiaron hallazgos exitosos entre ellos. Resultó con un éxito variable.

Si bien no había dispositivos electrónicos confiables para que los motores coincidentes y los giroscopios en miniatura no aparecieran, fue aterrador mirar los vuelos de tales dispositivos. Había marcos rotos, y cámaras de video perdidas, y módulos electrónicos caros ahogados en estanques. Sin embargo, de año en año, la estabilidad, el rango de vuelo, la facilidad de administración 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 máquinas con tres y cuatro motores se han utilizado con mayor frecuencia para vuelos recreativos, para grabar videos, y el mayor número de hélices fue útil en helicópteros para transportar mercancías, así como en aquellos casos en que se requiere confiabilidad de un multicopter. Después de todo, si uno de los motores en el modelo de helicóptero 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 máquina 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 diseñado para el transporte de mercancías, 2012

Más 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


Más tarde, una compañía en algún instituto tecnológico comenzó a desarrollar un sistema de control automático no solo de uno, sino de muchos multicopters y logró resultados impresionantes: no solo pudieron hacer que un enjambre de dispositivos eléctricos vuele por caminos predeterminados sin chocar. Agregándoles iluminación y usando un multicopter separado como un píxel, pudieron componer imágenes volumétricas e inscripciones a partir de ellos. Primero aplicaron su invención en un anuncio de Intel.

Holograma de Drones, 2015


Ya en 2011, se construyó un prototipo de multicopter, capaz de elevar a una persona por encima del suelo. Ahora esta dirección se está desarrollando activamente. Después de todo, para transportar personas hay ventajas sobre los helicópteros. Esta es la conveniencia del control, y los tamaños más compactos, y la electricidad como combustible, y la seguridad debido a la presencia de varias hélices en lugar de una o dos.

El primer multicopter con un hombre a bordo, 2011


El dispositivo de los drones continúa mejorando, para ellos hay cada vez más áreas de aplicación. Los fabricantes de aviones mejoran los multicopters, incluido Boeing. ¿Por qué hay Boeing? El propio Correo ruso ya está experimentando con la entrega de mercancías por vía aérea.

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


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