کوادکوپتر

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
Diehl BGT defence Minihubschrauber-3.jpg

کوادکوپتر(به انگلیسی: Quadcopter یا Quadrotor) یکی از انواع وسایل پرنده بدون سرنشین است. کواد کوپتر ها زیر مجموعه دسته مالتی روتور ها هستند که به دلیل کمک گرفتن از چهار پره برای نیروی پیشرانش، به عنوان کواد (چهار) کوپتر نامیده می شوند.

کواد کوپتر ها به دلیل داشتن قدرت مانور فوق العاده و پرواز هایی با تعادل بالا از کاربرد های بسیار گسترده برخوردارند.

در سال های اخیر توجه شرکت ها، دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی بیش از پیش به این نوع از پهپاد ها جلب شده است و لذا روزانه پیشرفت چشم گیری در امکانات و پرواز این نوع از پرنده ها مشاهده می کنیم.

کواد کوپتر ها در زمینه های تحقیقاتی، نظامی، تصویر برداری و تفریحی از کاربرد بالا و روز افزونی برخوردارند.

امروزه یک از تفریحات پر طرفدار کواد کوپتر های تفریحی و حرفه ای تصویر برداری می باشند که از جذابیت بسیاربالایی برخوردار بوده و بازار بزرگی از محصولات رادیو کنترلی را در جهان به خود اختصاص داده است.

ساختار[ویرایش]

کواد کوپتر ها همانند انواع دیگر وسایل پرنده از ایجاد اختلاف فشار در اتمسفر پیرامون خود برای بلند شدن و حرکت در هوا استفاده می نمایند. همان طور که هلیکوپتر ها به کمک پره اصلی این اختلاف فشار را ایجاد می کنند و نیروی برآ ی خود را تامین می کنند. در هلیکوپتر ها بدلیل وجود نیروی عمل و عکس العمل، پس از اینکه پره اصلی شروع به چرخش می کند با برخورد مولکول های هوا به این پره و وجود عکس العمل، یک نیرویی با جهت مخالف جهت چرخش پره به پره و در ادامه به شفت متصل به پره اعمال می شود (نیروی گشتاور) و باعث چرخش هلیکوپتر به دور خود می شود. حالا برای حل این مشکل از پره دم هلیکوپتر استفاده می شود تا نیرویی را تولید کند مانع چرخش هلیکوپتر به دور خود شود. حال اگر هلیکوپتر بجای داشتن یک پره اصلی از دو پره اصلی که خلاف جهت یکدیگر بچرخند استفاده می نمود، به دلیل خنثی شدن دو نیروی گشتاور توسط یکدیگر، دیگر هلیکوپتر به دور خود نمی چرخید! مانند هلیکوپتر های کبری. حال با توجه به توضیحات داده شده راحت تر می توان به ساختار کواد کوپتر ها اشاره نمود.

کواد کوپتر ها با بهره گیری از چهار موتور و پره مجزا و چرخش دو به دو معکوس این موتور ها نیروی گشتاور های ایجاد شده را خنثی می کنند و همچنین اختلاف فشار لازم جهت ایجاد نیروی برآ را تامین می کنند.

چرخش پروانه‌ها

کنترل بشکل H و N

نحوه ایجاد فرامین کنترلی در کواد کوپتر ها بی این صورت است که، برای تغییر ارتفاع از کم و یا زیاد کردن سرعت چرخش همه موتور ها استفاده می شود و باعث کمتر یا زیاد تر شدن اختلاف فشار بوجود آمده می شود. برای چرخش کواد کوپتر به دور خود و به صورت درجا، دو پره هم جهت با سرعت کمتر و دو پره هم جهت دیگر با سرعت بیشتر می چرخند و نیروی گشتاور به یک سمت ایجاد می شود و اختلاف فشار همانند قبل است (زیرا دو پره با سرعت کمتر و دو پره دیگر به همان نسبت با سرعت بیشتر می چرخند) لذا کواد کوپتر در ارتفاع ثابت به دور خود می چرخد. برای حرکت کواد کوپتر ها در جهت های مختلف (عقب، جلو، چپ و راست) توسط کم و زیاد کردن سرعت موتور ها کواد کوپتر را از حات افقی خارج کرده و باعث حرکت آن می شند.

تمامی این فرامین توسط برد کنترلر ایجاد می شود که این برد از المان هایی جهت تشخیص زاویه و موقعیت کواد و قطعات پردازنده تشکیل شده است. این قطعات نظیر جایرو، شتاب سنج، قطب نما و میکرو پروسسور ها هستند

تاریخچه[ویرایش]

مدل‬ اولیه آزمایشی یک Multiroter در سال 1907 توسط دو برادر فرانسوی بنام Jacques and Louis Breguet ‫ در پروژه ای بنام Quadcopter ساخته و تست شد، هرچند آنها نتوانستند پرنده خود را در آسمان نگه دارند ولی موفق به پرواز ثابت شدند. بعد از آن ساخت بالگرد چهار پروانه ای به سال ۱۹۲۰ میلادی برمیگردد. در آن سال یک مهندس فرانسوی بنام etienne oehmichen اولین بالگرد چهارپره را اختراع نمود و مسافت 360 متر را با کوادکوپتر خود پرواز کرد در همان سال او مسافت یک کیلومتر را در مدت هفت دقیقه و چهل ثانیه پرواز کرد. این بالگرد از روش تنظیم X بهره می جست.


در حدود سال ۱۹۲۲ در آمریکا Dr George de Btheza موفق به ساخت و تست تعدادی Quadcopter برای ارتش شد که قابلیت کنترل و حرکت در سه بعد را داشت، ولی پرواز با آن بسیار سخت بود.‫ در سال 1956 مدل دیگری توسط Convertewings طراحی شد و در سال 1958 مدل Curtis-Wright VZ-7 توسط کمپانی Curtis- Wright طراحی شد.

در سال های اخیر توجه مراکز دانشگاهی به طراحی و ساخت پهپاد های چهارپره جلب شده است و مدل های مختلفی در دانشگاه استانفورد و کورنل ساخته شده است و بتدریج رواج یافته است.[۱]

از حدود سال 2006 کواد کوپتر ها شروع به رشد صنعتی به صورت وسایل پرنده بدون سرنشین نمودند.

کاربرد[ویرایش]

امروزه مالتی روتور ها به ویژه مدل های چهارپره که به کواد کوپتر شهرت دارند یکی از پر کاربرد ترین وسایل پرنده برون سرنشین می باشند. که به عنوان مثال می توان به کاربرد های گسترده تصویر برداری هوایی، نقشه برداری، جاسوسی، تفریحی و ... اشاره نمود.

با گسترده تر شدن روز افزون جلوه های بصری در تبلیغات و فیلم های سینمایی و تلویزیونی، استفاده از وسایل پرنده و تصویر برداری هوایی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است.

پیش از وجود کواد کوپتر ها به صورت صنعتی از هلیکوپتر های رادیو کنترلی به عنوان وسایلی برای حمل دوربین ها و تجهیزات تصویر برداری استفاده می شد. که این موضوع به سال های (2000-2010 میلادی) بر می گردد.

با پیشرفت وسایل پرنده و بوجود آمدن مالتی روتور ها این وظیفه (تصویر برداری هوائی) به عهده این دستگاه قرار گرفت. کواد کوپتر ها و هگزا کوپتر ها به دلیل داشتن تعادل پروازی بسیار بالا برای این کار مناسب هستند. با موجود شدن فلایت کنترلر ها (کنترل کننده های پرواز) و تحقیقات صورت گرفته بر روی این کنترلر ها پرواز با کواد کوپتر ها بسیار آسان شده و این وسایل از پرواز هوشمند بهره می برند و لذا تصویر برداران می توانند با تمرکز بیشتر بر تصویر برداری، تصاویر بهتری را تهیه کنند. همچنین با وجود GPS ها پرواز این وسایل به صورت کاملا امن و هوشمند صورت می گیرد.

علاوه بر کاربرد های تصویر برداری؛ کواد کوپتر ها به تازگی یکی از لوازم سرگرمی و تفریحی به حساب می آیند. این تفریح که مخاطب های بزرگ سال را به خود اختصاص داده است، روز به روز رو به گسترش است. و با پدید آمدن عینک های واقعیت مجازی و لینک شدن آنها با دوربین های کواد کوپتر ها، یک نوع از فعالیت را به نام مسابقات کوادکوپتر های FPV (نمایش اول شخص) ایجاد کرده است. که به نظر در سال های به یک رشته ورزشی پر طرفدار تبدیل می شود.

پیوند به بیرون[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. Gabriel M. Hoffmann. [www.researchgate.net «Quadrotor Helicopter Flight Dynamics and Control»]. 2007.