Vamos aprofundar a história: onde crescem as pernas dos quadrocópteros

Drones, helicópteros controlados remotamente, spyware e multicopters militares - todos esses dispositivos voadores fazem parte da vida cotidiana. Hoje, você não pode surpreender ninguém com uma máquina voadora sem asas elétrica. Aqui está, pendurado no céu em seus pequenos ventiladores, sem asas e apenas devido à eletricidade!

No entanto, até recentemente, carros com decolagem vertical e tração elétrica eram apenas um sonho inatingível. Como isso se tornou possível e por que ninguém as fez antes? Quem foi o primeiro a levantar o helicóptero elétrico no ar? Vamos ver a história da aparência em nosso céu de hummers com várias hélices.

Pré-requisitos para o surgimento da decolagem vertical elétrica

Quinze anos atrás, no céu, entre dispositivos voadores compactos, apenas aviões e helicópteros com motores de combustão interna podiam ser observados.

E em todo o mundo, e na URSS, as aeronaves eram invariavelmente a base da modelagem de aeronaves. Estes eram modelos sem fio, descontrolados e controlados por rádio. Havia apenas rumores sobre modelos de helicópteros, alguém se gabava de ter assistido a esse voo, mas eles não acreditavam neles, e ninguém realmente via os helicópteros controlados por rádio em seus olhos.

Competição de helicópteros controlados por rádio de 1982 na URSS


Para modelos de aeronaves com motores de aeronaves operando não com combustível, mas com eletricidade, a situação era melhor, mas para a construção de helicópteros, motores elétricos por mais de cento e cinquenta anos, desde o momento em que apareciam, eram absolutamente inadequados. Os helicópteros no vídeo de 1982 também possuem motores de combustão interna e foram todos totalmente caseiros.

A indústria de modelos de helicópteros simplesmente não existia, então tudo a partir do qual os helicópteros foram feitos em vídeo foi selecionado com grande dificuldade de outros modelos e aparelhos elétricos, foi serrado, usinado e colado manualmente.

No entanto, o tempo não pára e duas coisas necessárias para o levantamento da tração elétrica apareceram gradualmente. Em primeiro lugar, apareceram motores elétricos de tamanho pequeno, bem como sem escova ou de válvula ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Ventilny_engine ).

O fato é que, antes de sua aparição, nenhum motor elétrico dava energia suficiente para elevar o peso desejado com um peso morto aceitável. Portanto, motores elétricos podiam ser usados ​​em carros, bondes e metrô, com a ajuda deles era possível fazer a barba, triturar alimentos e bombear água. Você pode até inventar e adicionar asas a eles, colocando-os em um avião. No entanto, os primeiros motores elétricos em aviões certamente perderam no motor de combustão interna em todos os aspectos. O advento dos modernos motores elétricos de pequeno porte foi promovido pela invenção de ímãs pesados. É verdade que nem todos os motores elétricos da nova geração foram originalmente destinados à aviação, agora vamos falar sobre isso.

Pescador de helicóptero, modelo ICE 2010


Em segundo lugar, apareceram baterias compactas e espaçosas, o que, provavelmente, contribuiu significativamente para o desenvolvimento da eletrônica móvel. Por exemplo, começaram a ser produzidas baterias de polímero de lítio e íon de lítio, que substituíram o níquel-cádmio e o hidreto de níquel-metal.

As primeiras baterias não eram leves e compactas, e praticamente não era possível levantá-las no ar. A princípio, eles tentaram usá-los em carros, mas um motor de combustão interna apareceu e, naquele momento, rapidamente pôs fim ao desenvolvimento de veículos elétricos. As modernas baterias de polímero de lítio permitiram obter uma capacidade específica mais alta.

Primeiras panquecas

As primeiras tentativas de criar modelos elétricos comerciais foram Kalt Whisper e Kyosho EP Concept. Os projetistas de alguns dos fabricantes de dispositivos de hobby conseguiram selecionar o peso e outras características dos componentes, para que esses primeiros helicópteros, ainda em motores antigos de coletor, pudessem decolar. Kalt Whisper e Kyosho EP Concept começaram a produção por volta de 1991. Um pouco depois, decolaram produtos da empresa alemã Icarus, com os nomes ECO 8 e ECO 16 (1995). O mais avançado foi o modelo GWS Dragonfly, mas também apareceu mais tarde, por volta de 1998.

No entanto, os primeiros modelos de helicópteros elétricos tiveram muitos problemas insolúveis. Os motores elétricos de baixa potência não permitiam ganhar alta velocidade de elevação e movimentação no plano horizontal. Com baterias pesadas de níquel-cádmio antigas, com 7-8 "bancos" e uma baixa capacidade específica, foi possível obter de 4 a 12 minutos de vôo.

Kalt Whisper, vídeo promocional de 1991


O principal problema foi o alto custo nas lojas e o preço exorbitante dos reparos. A pilotagem desses modelos pelo menos de alguma forma só foi possível após várias semanas de treinamento intenso.

Como naquela época os sistemas eficazes de estabilização estavam ausentes na natureza, e nem todos os proprietários eram mestres em acrobacias, os modelos caíam a cada segundo voo. Centenas de dólares foram gastos na compra de peças de reparo. O piloto do Kalt Whisper com o vídeo acima é claramente um profissional em seu campo, por isso é um anúncio. Na realidade, quase todo mundo que menciona na Internet que ele possuía um helicóptero elétrico naquela época escreve que ele ficava ali o tempo todo em uma prateleira ou em uma garagem.

Protótipos de modelos modernos

Proxflyer

O primeiro a combinar as conquistas das novas tecnologias foi o palpite do engenheiro norueguês Peter Muren. Ele criou um site descrevendo sua primeira invenção em 2003 se o Archive.org não estiver mentindo. O site chamava-se Proxflyer.com (com essa grafia, por meio de "Y") e continha fotos e vídeos de voos de um dispositivo incrível para a época: um helicóptero do tamanho de apenas um maço de cigarros, enquanto era controlado remotamente.



Archive.org mostra as primeiras versões do site criadas em 2003 ( http://web.archive.org/web/20031001000000*/proxflyer.com ).

Para fazer o modelo voar no ar, Peter usou o esquema de vôo de helicóptero mais estável - coaxial (como o Black Shark KA-50). Em seu design, ele não usava placas mini-swash inexistentes e, além disso, giroscópios, facilitando o modelo.

Peter Muren demonstra o primeiro modelo de helicóptero elétrico do mundo em 2004


Os acionamentos de motores elétricos eram feitos em polias e correias finas do tipo usado em correias para gravadores de cassetes eram usadas como correias. Não havia engrenagens nesse esquema. Um motor torceu os dois parafusos, o outro girou a cauda.

Transmissão sobre Proxflyer, 2004


Não se esqueça que o YouTube foi aberto apenas em 2005, então o vídeo foi enviado posteriormente.

Peter conseguiu atingir a massa desejada do dispositivo usando novas baterias de polímero de lítio em seu helicóptero. Para reduzir o peso das pás e partes do corpo do helicóptero foram feitas de madeira de balsa. Como motores, ele usava aqueles que haviam acabado de aparecer e eram inicialmente usados ​​em chamadas vibrantes de pagers (quem não sabe o que é um pager, pergunte a seus pais) e telefones celulares. Esses motores elétricos foram chamados: Motor de pager (motor de um pager):



Portanto, os primeiros micromotores não foram fabricados para a decolagem vertical.

Mais tarde, Peter construiu outros modelos, nos quais a mudança na posição do helicóptero no espaço era realizada alterando a velocidade de rotação de um dos dois parafusos coaxiais, e eles eram movidos por motores separados. No total, dois foram responsáveis ​​pelo aumento.



O movimento para frente foi realizado devido ao terceiro motor elétrico, montado não verticalmente, como em helicópteros clássicos ou no primeiro modelo, mas horizontalmente e levantando a cauda do modelo.



O engenheiro conseguiu encontrar essa combinação de motores em miniatura e leves com outras peças de redução de peso, o que finalmente permitiu que o modelo se elevasse acima da mesa.

Depois de receber uma patente para sua invenção, Peter começou a melhorar seus modelos e, um pouco mais tarde, a Interactive Toy Concepts começou a produzir helicópteros de brinquedo de acordo com seu esquema.

Modelo Proxflyer mais recente, por volta de 2004.

Pixelito

O segundo esquema, que está sendo desenvolvido em paralelo, era um esquema com entrada vertical de um modelador da Bélgica chamado Alexander. Ele nomeou seu helicóptero como Pixelito. Alexander usou um esquema diferente do Proxflyer, que tinha apenas um rotor principal.



A estabilidade de seu voo foi facilitada por um dispositivo de parafuso especial: por falta de estabilizadores eletrônicos de vôo, aceitáveis ​​em peso, um maciço topo foi colocado no parafuso, que, ao girar, desempenhava o papel de um giroscópio controlando o ângulo de ataque das pás.

Na parte superior, há um balanceador (flybar, barra Bell / Hiller):



Não importava quanto tempo depois os projetistas tentassem, sem isso os helicópteros com um parafuso se recusariam a voar (até aparecerem estabilizadores eletrônicos que controlavam o ângulo de ataque das pás - circuitos de helicóptero sem barra). O primeiro esquema de helicóptero não precisava de um balanceador, ou talvez sua função fosse parcialmente cumprida pelo anel restritivo nas lâminas da madeira balsa.

Havia também dois motores neste modelo: para a hélice principal, que permitia voar para cima e para baixo, e para a hélice estabilizadora, com a qual era possível girar. O modelo acabou sendo incrivelmente pequeno, o que pode ser julgado pela foto com o hamster, é 2003, desculpe pela qualidade. O modelo pesava apenas 6,9 gramas.

Em 2003, Alexander estava quase pronto para criar um modelo viável e encontrou Peter, o criador do Proxflyer. Eles decidiram unir forças e, assim, levaram seus modelos a protótipos funcionais.



Um registro datado de 15 de dezembro de 2003 diz:

“Hoje, Peter e eu temos o prazer de apresentar o resultado do nosso mais recente desenvolvimento conjunto. Eu criei o helicóptero Pixelito e Peter criou o Proxflyer Micron (na época não era o primeiro modelo norueguês - minha observação) . O Pixelito é um helicóptero com meu próprio sistema de controle de rotor, e o design de Peter já é bastante conhecido. Nós os chamamos de robôs, porque esse nome os descreve melhor. Cerca de duas semanas atrás, Peter e eu passamos um fim de semana maravilhoso em minha casa e, depois disso, decidimos que seria bom realizar pesquisas conjuntas, cada uma em casa, mas seguindo em direção a um objetivo comum. Isso resultou na criação de um modelo pesando apenas 6,9 gramas junto com a bateria, e nós dois sabemos que esse não é o limite.

Alexander e Peter

Um vídeo do recém-criado mini-helicóptero Pixelito, mas no vídeo, é controlado por um amigo de seu criador, autor do Proxflyer Peter Muren. Você pode imaginar que Alexander está segurando uma câmera.

Pixelito 2003


O terceiro protótipo poderia ser o sensacional desenvolvimento da empresa japonesa Seiko Epson. O modelo só podia voar para cima e para baixo.



Infelizmente, após as primeiras notícias sobre esse dispositivo milagroso voador coaxial, as informações sobre ele desapareceram, apenas um artigo com uma descrição permaneceu: https://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?02/35/48 .

Aparentemente, o desenvolvimento falhou e não recebeu mais desenvolvimentos; além disso, não havia vídeos demonstrando seu trabalho. A foto mostra que foi utilizado um circuito no qual os parafusos coaxiais foram combinados com o balanceador.

Desenvolvimento de helicópteros elétricos

Com o advento dos protótipos voadores, outros fabricantes de brinquedos também adotaram a ideia e, usando novos motores, baterias e escolhendo um plástico mais moderno e leve, começaram a produzir modelos de helicópteros um após o outro, primeiro de acordo com o esquema norueguês e depois, semelhante ao Pixelito, na minha opinião. , os primeiros modelos de produção foram chamados Pixelito.

Um helicóptero é um dos primeiros modelos de acordo com um esquema semelhante ao Proxflyer, Syma, 2007


Também um dos primeiros modelos da empresa inglesa Fastek Computers, 2007


A princípio, os helicópteros eram principalmente coaxiais. Um dos fabricantes mais prolíficos de helicópteros controlados por rádio de brinquedo da época era a empresa chinesa Syma. Os modeladores de aeronaves de todos os países também tentaram com todas as suas versões diferentes modelos de construção com decolagem vertical, e algumas de suas conquistas foram bastante notáveis, mas o que mais rapidamente alcançou o consumidor final foram os produtos dos fabricantes de brinquedos.

Um dos primeiros modelos Pixelito, 2 canais, apenas com balanceador, 2008


Como resultado, tanto os modelistas noruegueses quanto os belgas ganharam muito dinheiro vendendo os direitos de fabricar helicópteros com controle remoto fabricados de acordo com seus esquemas.

Posteriormente, a DARPA e o Ministério da Defesa norueguês ficaram interessados ​​no desenvolvimento de Peter, o engenheiro criou sua própria empresa Prox Dynamics e começou a desenvolver um helicóptero espião para fins militares.



O que está acontecendo lá e em que estágio a produção é desconhecido.

Melhorias e melhor estabilização do voo

Enquanto os primeiros helicópteros de brinquedo tinham apenas 2 canais de controle (avançar e girar apenas em uma direção), os amadores criavam modelos para si no controle de rádio multicanal. Para controlar os primeiros modelos de helicópteros controlados remotamente, foi necessário um treinamento bastante longo, pois era muito difícil mantê-lo no ar e dependia muito da habilidade do piloto.

Para os helicópteros de brinquedo mais simples, em vez do controle por rádio, foi usado o controle por radiação infravermelha. Em modelos mais avançados - sem fio. Nos modelos baratos, eram dois canais, quanto mais caros, mais canais de controle havia.

Nos modelos mais baratos, um terceiro canal foi adicionado para substituir o controle de dois canais, e o controle tornou-se mais como um voo de pleno direito. Apenas fique no ar, apesar dos muitos canais, ainda não foi fácil.

Observe como é difícil para o piloto lidar com a manutenção do modelo no lugar:

Um dos primeiros modelos de helicóptero, um circuito como o Pixelito, 2007.


O advento dos giroscópios em miniatura melhorou bastante essa situação. Depois de adicionar este dispositivo ao modelo, o voo tornou-se diretamente incomumente estável, não sendo necessário manter constantemente os dedos nas teclas de controle. No entanto, esses modelos custam muito mais do que helicópteros sem giroscópio. Giroscópios também foram utilizados em modelos de helicópteros com motores de combustão interna.

Vídeo sobre modelos de helicópteros com giroscópios, 2011


O mais popular dos modelos com giroscópio para o comprador em massa foi o modelo Syma S107, mas os helicópteros de helicóptero mais confiáveis, provavelmente suportando colisões diretas com paredes, dentes de gato e aríetes de móveis sem fim.

Após seu surgimento, novos dispositivos de estabilização começaram a ser colocados nos primeiros modelos de helicópteros elétricos. Os kits de atualização Kalt Whisper, Kyosho EP Concept, Icarus ECO 8 e 16 e GWS Dragonfly apareceram nas lojas. Nos mesmos helicópteros, depois de instalar um giroscópio, baterias de polímero de lítio e motores leves e potentes sem escova, tornou-se possível não apenas voar normalmente, mas também fazer acrobacias. No entanto, novamente, seu valor era exorbitante. Antes de 2006, eles também não estavam disponíveis para todos e quase ninguém os comprou.

Demonstração das capacidades de um helicóptero elétrico com um giroscópio, 2014. Seu quadrocopter pode fazer isso?


No campo militar, o primeiro teste de tiros de um helicóptero controlado por rádio começou a ser realizado por uma certa empresa Neural Robotics (novamente, lembre-se, atribuindo modelos de vôo controlados remotamente a robôs) em 2006. Eles penduraram uma espingarda em um modelo de helicóptero e começaram a estudar seu comportamento durante os tiros, bem como como o tiro afeta o controle.

Tiro de espingarda, 2006


O helicóptero deles possuía o ICE, e essa experiência se tornou significativa - impulsionou o desenvolvimento da direção dos drones de choque. Agora, multicópteros militares estão lançando bombas na íntegra, espionando e direcionando mísseis contra alvos.

Em caso de dúvida - coloque mais hélices!

Quase imediatamente após o surgimento de modelos de helicópteros, as tentativas começaram a criar máquinas de múltiplas hélices, por assim dizer.



Quanto mais hélices estavam no modelo, mais difícil era coordenar seu trabalho. O mesmo helicóptero Chinook da foto acima, sem giroscópio, era salsicha durante o vôo, de modo que se tornou duvidoso o uso de dois pares de parafusos. Para o vôo de modelos com três ou mais motores, era necessária eletrônica, uma ordem de magnitude mais complicada que um helicóptero.

No começo, eles começaram a experimentar o número de motores elétricos. Isso agora quase sempre coloca um sinal de igual entre o drone e o quadrocóptero, mas no início de sua aparência não era nada disso.

Inicialmente, os modelos com vários motores foram montados exclusivamente por entusiastas. Quase imediatamente, surgiu a idéia de colocar câmeras compactas no modelo, que não eram numerosas na época, e a GoPro apareceu mais tarde e se encaixou com sucesso na tendência. As câmeras foram montadas de controladores soldados para câmeras de telefones celulares e assim por diante. Os projetistas de multicópteros selecionaram materiais para seus quadros, experimentaram diferentes motores elétricos, começaram a soldar vários módulos para controle coordenado de hélices, escrever software para isso e trocar achados bem-sucedidos entre si. Aconteceu com sucesso variável.

Embora não houvesse componentes eletrônicos confiáveis ​​para motores correspondentes e os giroscópios em miniatura não aparecessem, era assustador observar os vôos desses dispositivos. Havia quadros quebrados, câmeras de vídeo perdidas e módulos eletrônicos caros afogados nas lagoas. No entanto, de ano para ano, a estabilidade, o alcance do vôo, a facilidade de gerenciamento e a qualidade dos vídeos gravados aumentavam constantemente.

Os helicópteros apareceram com dois, três, quatro, cinco, seis, oito e mais hélices - bicópteros, tricópteros, quadro-, penta-, hexa- e octacópteros, respectivamente.

Um dos primeiros tricópteros, 2010


E agora, após longas experiências, os modelos começaram a voar de forma estável. Você não podia ter medo de que ela caísse de lado no ar ou que a vibração durante o vôo interferisse no controle.

Bikopter



No começo, todos se colocaram quantas hélices quisessem, mas depois, cada esquema, no entanto, encontrou sua aplicação.

Extensão de um quadrocopter com uma câmera GoPro Hero 3 a bordo através de fogos de artifício, é melhor assistir em HD, 2014


Máquinas com três e quatro motores tornaram-se mais frequentemente usadas em vôos recreativos, para gravar vídeos, e o aumento do número de hélices foi útil em helicópteros para o transporte de mercadorias, bem como nos casos em que a confiabilidade é exigida de um multicóptero. Afinal, se um dos motores do modelo de helicóptero falha, seu acidente ocorre inevitavelmente; então, no caso de modelos com vários motores, a carga do motor com falha pode ser distribuída para outros e a máquina pode ser mantida no ar. Durante muito tempo, as disputas entre adeptos de tricópteros e quadrocópteros sobre o equilíbrio entre simplicidade e estabilidade do voo não diminuíram.

Oktakopter, projetado especialmente para o transporte de mercadorias, 2012

Desenvolvimento e perspectivas futuras

Graças ao aprimoramento da eletrônica embarcada e ao uso de módulos GPS, os modelos aprenderam a manter sua posição no espaço e a uma altura constante. O multicopter começou a colocar o telecontrole, que em inglês é chamado FPV - First Person View, uma visão em primeira pessoa. Com ele, você pode controlar o drone, acariciando o mundo através de uma câmera montada nele. Na Web, quase todos os vídeos agora são removidos de tais drones.

Corridas multicopter estão sendo realizadas, o que é facilitado por um sistema de controle em primeira pessoa.

Drones controlados por FPV, 2015


Mais tarde, uma empresa de algum instituto tecnológico começou a desenvolver um sistema de controle automático não apenas de um, mas de muitos multicopters e obteve resultados impressionantes: eles não apenas conseguiram fazer com que um enxame de dispositivos elétricos voasse por caminhos predeterminados sem colidir. Adicionando iluminação a eles e usando um multicopter separado como pixel, eles foram capazes de compor imagens volumétricas e inscrições a partir deles. Eles primeiro aplicaram sua invenção em um anúncio da Intel.

Holograma de Drones, 2015


Já em 2011, um protótipo de multicóptero foi construído, capaz de levantar uma pessoa acima do solo. Agora, essa direção está se desenvolvendo ativamente. Afinal, para o transporte de pessoas, há vantagens sobre os helicópteros. Essa é a conveniência do gerenciamento, tamanhos mais compactos, eletricidade como combustível e segurança devido à presença de várias hélices, em vez de uma ou duas.

O primeiro multicopter com um homem a bordo, 2011


O dispositivo de drones continua a melhorar, para eles existem mais e mais aplicações. Multicopters são aprimorados por muitos fabricantes de aeronaves, incluindo a Boeing. Por que existe a Boeing - o próprio correio russo já está experimentando a entrega de mercadorias por via aérea.

Voar em um quadrocóptero com uma visão em primeira pessoa a partir da qual é de tirar o fôlego, 2017.


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