Kvadrikopter
Kvadrokopter ili kvadrotor je tip helikoptera ili multikoptera koji ima četiri rotora[1].
Iako su kvadrotorski helikopteri i konvertiplani već dugo eksperimentalno leteli, konfiguracija je ostala kuriozitet sve do dolaska moderne bespilotne letelice ili drona. Mala veličina i niska inercija dronova omogućavaju upotrebu posebno jednostavnog sistema kontrole leta, što je u velikoj meri povećalo praktičnost malog kvadrotora u ovoj primeni.
Principi dizajna
urediSvaki rotor proizvodi i podizanje i obrtni moment oko svog centra rotacije, kao i otpor suprotno od smera leta vozila.
Kvadrokopteri uglavnom imaju dva rotora koji se okreću u smeru kazaljke na satu (CV) i dva u suprotnom smeru (CCV). Kontrola leta je obezbeđena nezavisnom varijacijom brzine, a time i podizanja i obrtnog momenta svakog rotora. Nagib i prevrtanje se kontrolišu promenom neto centra potiska, a skretanje se kontroliše promenom neto obrtnog momenta[2].
Za razliku od konvencionalnih helikoptera, kvadrokopteri obično nemaju cikličnu kontrolu nagiba, u kojoj se ugao lopatica dinamički menja dok se okreću oko glavčine rotora. U prvim danima leta, kvadrokopteri (tada su se nazivali ili kvadrotori ili jednostavno helikopteri) smatrani su mogućim rešenjem za neke od upornih problema u vertikalnom letu. Problemi sa kontrolom izazvani obrtnim momentom mogu se eliminisati suprotnom rotacijom, a relativno kratke lopatice je mnogo lakše konstruisati. Brojni dizajni sa posadom pojavili su se 1920-ih i 1930-ih. Ova vozila su bila među prvim uspešnim vozilima za vertikalno poletanje i sletanje teže od vazduha (VTOL)[3]. Međutim, rani prototipovi su patili od loših performansi, a kasniji prototipovi zahtevali su preveliko opterećenje pilota, zbog lošeg povećanja stabilnosti i ograničenog ovlašćenja kontrole[4].
Obrtni moment
urediAko se sva četiri rotora okreću istom ugaonom brzinom, pri čemu se dva rotiraju u smeru kazaljke na satu i dva u suprotnom smeru, neto obrtni moment oko ose skretanja je nula, što znači da nema potrebe za repnim rotorom kao na konvencionalnim helikopterima. Zakretanje je izazvano neusklađenim balansom u aerodinamičkim momentima[5].
Šema reakcionih momenta na svakom motoru aviona kvadrokoptera, zbog rotora koji se okreću. Rotori 1 i 3 se okreću u jednom smeru, dok se rotori 2 i 4 okreću u suprotnom smeru, dajući suprotne obrtne momente za kontrolu.
Svi kvadrokopteri podležu normalnoj aerodinamici rotorkrafta, uključujući stanje vrtložnog prstena.
Mehanička struktura
urediGlavne mehaničke komponente su trup ili okvir, četiri rotora i motori. Za najbolje performanse i najjednostavnije algoritme upravljanja, motori i propeleri su jednako udaljeni[6].
Koaksijalni rotori
urediDa bi se omogućila veća snaga i stabilnost pri smanjenoj težini, kvadrokopter, kao i svaki drugi multirotor, može koristiti koaksijalnu konfiguraciju rotora. U ovom slučaju, svaka ruka ima dva motora koji rade u suprotnim smerovima (jedan okrenut prema gore i jedan prema dole).
Operacije
urediAutonomni let
urediKonfiguracija kvadrokoptera je relativno jednostavna za programiranje za autonomni let. Ovo je omogućilo eksperimente sa složenim ponašanjem rojenja zasnovanim na osnovnom sensingu susednih dronova.
Izdržljivost
urediNajduže vreme leta koje je postigao kvadrokopter na baterije bilo je 2 sata, 31 minut i 30 sekundi. Rekord je postavio Ferdinand Kikinger iz Nemačke 2016. godine. Prilikom postavljanja rekorda, Kikindžer je koristio litijum-jonske baterije velikog kapaciteta sa niskom brzinom pražnjenja i lišio je nebitnu težinu da bi smanjio potrošnju snage i produžio izdržljivost[7].
Alternativni izvori energije kao što su vodonične gorivne ćelije i hibridni gasno-električni generatori korišćeni su za dramatično produženje izdržljivosti zbog povećane gustine energije i vodonika i benzina.
Istorija
urediPrvi aerodin teži od vazduha koji je poleteo vertikalno bio je helikopter sa četiri rotora koji je dizajnirao Luj Brege. Testiran je samo u privezanom letu i na visini od nekoliko stopa. Godine 1908. prijavljeno je da je leteo 'nekoliko puta', iako su detalji oskudni.
Etien Oehmiken je eksperimentisao sa dizajnom rotorcrafta 1920-ih. Među dizajnima koje je pokušao bio je i Oehmiken No. 2, koji je koristio četiri rotora sa dve lopatice i osam propelera, a sve ih je pokretao jedan motor. Ugao lopatica rotora može se menjati savijanjem. Pet propelera, rotirajući u horizontalnoj ravni, stabilizovalo je mašinu bočno. Na nosu je postavljen još jedan propeler za upravljanje. Preostali par propelera funkcionisao je kao njegov prednji pogon. Avion je pokazao značajan stepen stabilnosti i povećanja tačnosti kontrole za svoje vreme i napravio je preko hiljadu probnih letova tokom sredine 1920-ih. Do 1923. bio je u stanju da ostane u vazduhu nekoliko minuta istovremeno, a 14. aprila 1924. je uspostavio prvi ikada FAI rekord udaljenosti za helikoptere od 360 m. Pokazao je sposobnost da završi kružni kurs[, a kasnije je završio prvi let u zatvorenom krugu od 1 kilometra rotorkraftom[8].
Trenutni razvoj
urediBel Boeing Kuad Tilt Rotor koncept unapređuje koncept fiksnog kvadrokoptera kombinujući ga sa konceptom nagibnog rotora za predloženi vojni transport veličine C-130.
Erbas razvija kvadrokopter na baterije koji će delovati kao urbani vazdušni taksi, u početku sa pilotom, ali potencijalno autonoman u budućnosti[9].
Za male dronove, kvadrokopteri su jeftiniji i izdržljiviji od konvencionalnih helikoptera zbog njihove mehaničke jednostavnosti. Njihove manje oštrice su takođe korisne jer poseduju manje kinetičke energije, smanjujući njihovu sposobnost da izazovu štetu. Za male kvadrokoptere, ovo čini vozila sigurnijima za blisku interakciju. Takođe je moguće ugraditi kvadrokoptere sa štitnicima koji zatvaraju rotore, čime se dodatno smanjuje mogućnost oštećenja. Međutim, kako se veličina povećava, kvadrokopteri sa fiksnim propelerom imaju nedostatke u odnosu na konvencionalne helikoptere. Povećanje veličine sečiva povećava njihov zamah. To znači da promene u brzini sečiva traju duže, što negativno utiče na kontrolu. Helikopteri nemaju ovaj problem jer povećanje veličine diska rotora ne utiče značajno na mogućnost kontrole nagiba lopatica.
Zbog svoje lakoće konstrukcije i kontrole, kvadrokopteri su popularni kao projekti amaterskih modela aviona[10].
Kriminalna aktivnost
urediTokom 21. veka zabeleženi su slučajevi korišćenja dronova kvadrokoptera za kriminalne aktivnosti. Zbog izgradnje zida na granici između Meksika i Sjedinjenih Država, neki narko karteli su pribegli korišćenju kvadkoptera za šverc droge. Međutim, dronovi kvadrokopteri ne moraju nužno samo da krijumčare drogu preko granice, već postoje i slučajevi kada se oružje i drugi zabranjeni predmeti krijumčare u zatvore širom sveta[11].
Zločin kvadrokopterskih dronova se takođe dešava u Evropi. U avgustu 2021. godine, policajac u Češkoj je zaplenio kvadrokopter koji je prevozio kesicu metamfetamina[12].
Izvori
uredi- ^ Hoffmann, G.; Rajnarayan, D.G.; Waslander, S.L.; Dostal, D.; Jang, J.S.; Tomlin, C.J. (2004). „The Stanford testbed of autonomous rotorcraft for multi agent control (STARMAC)”. IEEE: 12.E.4—121—10. ISBN 978-0-7803-8539-9. doi:10.1109/DASC.2004.1390847.
- ^ Uyanga, Mendbayar; Debasmita, Misra; Tushar, Gupta; Tathagata, Ghosh (2016-11-28). „Investigation and Quantification of Water Track Networks in Boreal Regions of Alaska”. Geosciences Research. 1 (1). ISSN 2519-5913. doi:10.22606/gr.2016.11002.
- ^ Leishman, J. Gordon (2006). Principles of helicopter aerodynamics. Cambridge aerospace series (2nd ed izd.). Cambridge: Cambridge University press. ISBN 978-0-521-85860-1.
- ^ ANDERSON, S. (1983-08-17). „An overview of V/STOL aircraft development”. Aircraft Design, Systems and Technology Meeting. Reston, Virigina: American Institute of Aeronautics and Astronautics. doi:10.2514/6.1983-2491.
- ^ Kells, Michelle Hall (2015). Ximenes, Vicente Trevino (05 December 1919–27 February 2014). American National Biography Online. Oxford University Press.
- ^ Uriah (2010-04-13). „Wyvern Quadrotor Helicopter: Mechanical Design”. Wyvern Quadrotor Helicopter. Pristupljeno 2024-03-17.
- ^ VOHRA, D.; GARG, Pradeep; GHOSH, Sanjay (2022-06-30). „Problems and Prospects of Flying Rotor Drones Particularly Quadcopters”. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi. 4 (1): 1—7. ISSN 2687-6094. doi:10.51534/tiha.1068613.
- ^ „APPLICATION FOR ROYAL CHARTER”. Journal of the Textile Institute Proceedings. 15 (2): P47—P47. 1924. ISSN 1944-7019. doi:10.1080/19447012408660858.
- ^ Wenlian, Guo (2019). „Aerial Driverless Electric Taxi System Program Research”. 2019 11th International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation (ICMTMA). IEEE. doi:10.1109/icmtma.2019.00034.
- ^ How to Make Dollars from Cents, Routledge, 2008-03-25, str. 27—42, ISBN 978-0-08-056086-1, Pristupljeno 2024-03-17
- ^ Che, Ying; Benson, Bruce L. (2013-07-05). „Drug Trafficking Wars”. Journal of Drug Issues. 44 (2): 150—179. ISSN 0022-0426. doi:10.1177/0022042613494839.
- ^ Hošková, Kristýna; Neustupa, Jiří; Pokorný, Petr; Pokorná, Adéla (2021-08-12). „Phylogenetic, ecological and intraindividual variability patterns in grass phytolith shape”. dx.doi.org. Pristupljeno 2024-03-17.