Аэроквантум - Инженеры неба (занятие 1)

1.

К В А Н Т О Р И У М · З А Н Я Т И Е Д Л Я Б УД У Щ И Х П И Л О Т О В 7 – 1 2 Л Е Т
Аэроквантум:
инженеры неба
Что такое БПЛА, как устроен квадрокоптер, зачем нужна аэродинамика и что мы
будем строить и запускать весь год
60 минут
7–12 лет
Модуль 1: Теория БПЛА
1

2.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ
Что нас ждёт сегодня
Что такое БПЛА
Виды коптеров
Электричество и пайка
Дрон, квадрокоптер и их «родственники»
По числу винтов и по назначению
Закон Ома, флюс, припой
Аэродинамика и пропеллер
Техника безопасности
Наш курс на весь год
Как коптер держится в воздухе
Сборка, аккумуляторы, полёты
5 модулей: от теории до автопилота
2

3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Что такое БПЛА?
БПЛА (Беспилотный Летательный Аппарат) — это летающая
машина, которая управляется дистанционно человеком или
бортовым компьютером, без пилота на борту.
Управляется на расстоянии
Есть «мозг» — полётный
контроллер
Другие названия:
«дрон» (от англ. drone),
«квадрокоптер» (у БПЛА
с 4 винтами)
Часто несёт камеру или груз
Слово «дрон» произошло от английского drone — «трутень»: за характерное жужжание моторов, как у пчелы
3

4.

О ГЛ Я Н И С Ь В О К Р У Г
Где сегодня используют дроны?
Сельское хозяйство
Опрыскивание полей, оценка урожая с высоты
Поиск и спасение
Поиск людей в лесу, помощь спасателям
Аэросъёмка
Кино, реклама, фотография сверху
Инспекция объектов
Осмотр линий электропередач, мостов, крыш
Доставка грузов
Лекарства и посылки в труднодоступные места
Спорт и гонки
FPV-гонки на скорость — то, чему научимся мы!
4

5.

КЛАССИФИКАЦИЯ 1
Виды коптеров по числу винтов
4
6
8
12
Квадрокоптер
Гексакоптер
Октокоптер
Мультикоптер (12)
Чем больше винтов — тем выше грузоподъёмность и надёжность (если один мотор откажет, остальные удержат аппарат в воздухе), но тем
больше вес и расход энергии
5

6.

КЛАССИФИКАЦИЯ 2
Виды коптеров по назначению
Грузовые
Скоростные (гоночные)
Учебные
Большие, мощные, с высокой
грузоподъёмностью. Перевозят посылки,
оборудование, датчики
Лёгкие, мощные моторы, минимум
электроники — главное скорость и
манёвренность
Прочные, простые в управлении, с
защитой винтов — специально для
начинающих пилотов
В нашей мастерской мы будем собирать и осваивать именно учебные коптеры — а дальше, по мере роста мастерства, перейдём к скоростным
гоночным моделям
6

7.

А Н АТ О М И Я Д Р О Н А
Из чего состоит квадрокоптер
Рама
Скелет коптера, держит все части вместе
Моторы и пропеллеры
Создают тягу, поднимающую аппарат в воздух
Полётный контроллер
Электронный «мозг», удерживает баланс
Аккумулятор
Источник энергии для полёта
Приёмник
Принимает команды с пульта пилота
Реальная рама учебного/гоночного коптера
Камера (опционально)
Передаёт видео пилоту или на землю
7

8.

М О Д УЛ Ь 1 · Т Е М А 1 . 2
Основы электричества и закон Ома
Закон Ома:
U=I×R
Напряжение = Сила тока × Сопротивление
U — напряжение
I — сила тока
R — сопротивление
Измеряется в вольтах (В) — «сила
напора» электричества
Измеряется в амперах (А) — «поток»
заряда в проводе
Измеряется в омах (Ом) —
«препятствие» на пути тока
Ток бывает постоянным (DC) — течёт в одну сторону, как в аккумуляторе коптера, и переменным (AC) — меняет направление, как в
розетке дома
8

9.

М О Д УЛ Ь 1 · Т Е М А 1 . 3
Теория пайки: как соединяют провода
Пайка — это способ прочно и надёжно соединить два провода
или деталь с платой при помощи расплавленного металла —
припоя.
Три способа соединить провода
1
Скрутка
Быстро, но ненадёжно — со временем контакт
слабеет
Припой:
Специальный легкоплавкий сплав (часто на основе олова), который
расплавляется и, застывая, скрепляет детали
2
Пайка
Прочно и надёжно — наш основной способ в
мастерской
Флюс:
Паяльник:
Вещество, которое очищает поверхность металла от окислов и помогает
припою равномерно растечься
Инструмент, который нагревается до 250–350°C и расплавляет припой в
нужной точке
3
Сварка
Ещё прочнее, но нужно специальное
оборудование
9

10.

М О Д УЛ Ь 1 · Т Е М А 1 . 4
Аэродинамика полёта и пропеллер
Пропеллер — это вращающееся «крыло»: его лопасти устроены
точно так же, как крыло самолёта, только изогнуты по кругу.
Форма крыла/лопасти:
Изогнутая сверху — создаёт разницу давлений и подъёмную силу
Воздух сверху течёт быстрее → давление ниже → крыло
«засасывает» вверх
Форма пропеллера:
Угол наклона лопасти («шаг винта») определяет, сколько воздуха
отбрасывается за оборот
Количество лопастей:
Больше лопастей — больше тяги, но выше расход энергии батареи
10

11.

М О Д УЛ Ь 1 · Т Е М А 1 . 5
Техника безопасности
Сборка и настройка
Аккумуляторы
Работаем с инструментами и паяльником только под
наблюдением педагога
Литиевые батареи не бросаем, не прокалываем, храним в
специальных сумках
Средства защиты
Групповые полёты
При запуске моторов и полётах — защитные очки, разумная
дистанция
Летаем по очереди, в обозначенной зоне, по команде
инструктора
11

12.

НА Ш П У Т Ь Н А В ЕСЬ ГОД
От теории —
до автономного дрона
Программа «Аэроквантум» состоит из пяти последовательных модулей — 144 часа
увлекательной работы
12

13.

М О Д УЛ Ь 2 · 4 0 Ч А С О В
Конструирование БПЛА
Электромагнетизм и двигатели
Коллекторные и бесколлекторные моторы
Аккумуляторы
Литий-ионные, литий-полимерные, никелевые
Полётный контроллер и ПИД
Как коптер сам держит равновесие
Радиосвязь
Видеотрансляция
Радиоэлектроника
Приёмник, передатчик, настройка
FPV-камеры, аналоговый и цифровой сигнал
Схемотехника, макетирование, лабораторное
оборудование
13

14.

М О Д УЛ Ь 3 · 1 4 Ч А С О В
Визуальное пилотирование
Учимся управлять квадрокоптером, наблюдая за ним своими
глазами со стороны — как за игрушечной машинкой на пульте,
только в воздухе и в трёх измерениях.
1
Теория ручного пилотирования
Как работают стики пульта: газ, крен, тангаж, рыскание
2
Первые взлёты на симуляторе
Тренируемся виртуально — без риска разбить настоящий коптер
3
Полёты на реальном квадрокоптере
Переносим навыки с симулятора на настоящий аппарат
14

15.

М О Д УЛ Ь 4 · 2 6 Ч А С О В
Пилотирование от первого лица (FPV)
Самый захватывающий модуль курса: пилот видит мир глазами своего дрона
Техника безопасности FPV
Особые правила при полёте «вслепую» в очках
Теория и техника FPV-полётов
Пилот видит картинку с камеры дрона прямо в очках
Полёты в полётной зоне
Отработка манёвров в специально оборудованной зоне
Прохождение маршрута
Гонки на скорость через ворота трассы в ручном режиме
15

16.

М О Д УЛ Ь 5 · 4 8 Ч А С О В · П Р О Д В И Н У Т Ы Й У Р О В Е Н Ь
Автономные беспилотные системы
Вершина курса: дрон, который летает и принимает решения сам, по программе
История автономных полётов
Программирование на Python
Как развивались автопилоты в авиации
От простых программ до сложных алгоритмов управления
Компьютер Raspberry Pi
Управление автономным дроном
Настройка, запуск скриптов, знакомство с ROS
Разработка программы для самостоятельного полёта
16

17.

МИНИ-ВИКТОРИНА
Проверим себя!
1
Как расшифровывается аббревиатура БПЛА?
2
Как называется коптер с восемью моторами?
3
Что означают буквы U, I и R в законе Ома?
4
Что помогает припою растечься и очищает металл при пайке?
5
Почему пропеллер создаёт подъёмную силу?
6
Сколько модулей в программе «Аэроквантум» и какой изучаем мы сегодня?
17

18.

ПОДВЕДЁМ ИТОГИ
Что мы сегодня узнали
Что такое БПЛА
Виды коптеров
Закон Ома
Теория пайки
Аэродинамика пропеллера
5 модулей курса
На следующем занятии — практика: соберём и рассмотрим первую раму нашего учебного квадрокоптера!
18

19.

Спасибо за внимание!
Вопросы? Спрашивайте прямо сейчас — впереди целый год открытий в небе
«АЭРОКВАНТУМ 7-18» · Детский технопарк «Кванториум» — Дом пионеров, г. Альметьевск
19