کوادکوپتر یکی از انواع وسایل پهپاد است که مدتی پیش پرواز یکی از آن ها در آسمان تهران بسیار خبرساز شد. اگر می خواهید با این وسایل بیش تر آشنا شوید این مقاله را تا انتها مطالعه نمایید چرا که شما عزیزان را با این وسایل به طور کامل آشنا می کنیم.
کواد کوپترها زیر مجموعه دسته مالتی روتورها هستند که به دلیل کمک گرفتن از چهار پروانه برای نیروی پیشرانش، به عنوان کواد (چهار) کوپتر نامیده می‌شوند.
کواد کوپترها به دلیل داشتن قدرت مانور فوق‌العاده و پروازهایی با تعادل بالا از کاربردهای بسیار گسترده برخوردارند.
در سال‌های اخیر توجه شرکت‌ها، دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی بیش از پیش به این نوع از پهپادها جلب شده است و لذا روزانه پیشرفت چشم گیری در امکانات و پرواز این نوع از پرنده‌ها مشاهده می‌کنیم.
کواد کوپترها در زمینه‌های تحقیقاتی، نظامی، تصویر برداری و تفریحی از کاربرد بالا و روزافزونی برخوردارند.
امروزه یکی از تفریحات پر طرفدار کواد کوپترهای تفریحی و حرفه‌ای تصویر برداری می‌باشند که از جذابیت بسیار بالایی برخوردار بوده و بازار بزرگی از محصولات رادیو کنترلی را در جهان به خود اختصاص داده است.
ساختار کواد کوپتر
کواد کوپترها همانند انواع دیگر وسایل پرنده از ایجاد اختلاف فشار در اتمسفر پیرامون خود برای بلند شدن و حرکت در هوا استفاده می‌نمایند. همان‌طور که هلیکوپترها به کمک پره اصلی این اختلاف فشار را ایجاد می‌کنند و نیروی برای خود را تأمین می‌کنند. در هلیکوپترها به دلیل وجود نیروی عمل و عکس العمل، پس از این که پره اصلی شروع به چرخش می‌کند با برخورد مولکول‌های 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 میشود (نیروی گشتاور) و باعث چرخش هلیکوپتر به دور خود میشود.
حالا برای حل این مشکل از پره دم هلیکوپتر استفاده میشود 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 می‌نمود، به دلیل خنثی شدن دو نیروی گشتاور توسط یکدیگر، دیگر هلیکوپتر به دور خود نمی‌چرخید! مانند هلیکوپترهای شنوک. حال با توجه به توضیحات داده شده راحت تر میتوان به ساختار کواد کوپترها اشاره نمود.
کواد کوپترها با بهره‌گیری از چهار موتور و پره مجزا و چرخش دو به دو معکوس این موتورها نیروی گشتاورهای ایجاد شده را خنثی می‌کنند و هم چنین اختلاف فشار لازم جهت ایجاد نیروی برآ را تأمین می‌کنند.
نحوه ایجاد فرامین کنترلی در کواد کوپترها به این صورت است که، برای تغییر ارتفاع از کم و یا زیاد کردن سرعت چرخش همه موتورها استفاده میشود و باعث کم تر یا زیاد تر شدن اختلاف فشار به وجود آمده است. برای چرخش کواد کوپتر به دور خود و به صورت درجا، دو پره هم جهت با سرعت کم تر و دو پره هم جهت دیگر با سرعت بیش تر می‌چرخند و نیروی گشتاور به یک سمت ایجاد میشود و اختلاف فشار همانند قبل است (زیرا دو پره با سرعت کم تر و دو پره دیگر به همان نسبت با سرعت بیش تر می‌چرخند) لذا کواد کوپتر در ارتفاع ثابت به دور خود می‌چرخد. برای حرکت کواد کوپترها در جهت‌های مختلف (عقب، جلو، چپ و راست) توسط کم و زیاد کردن سرعت موتورها کواد کوپتر را از حات افقی خارج کرده و باعث حرکت آن می شند.
تمامی این فرامین توسط برد کنترلر ایجاد میشود که این برد از المان‌هایی جهت تشخیص زاویه و موقعیت کواد و قطعات پردازنده تشکیل شده است. این قطعات نظیر جایرو، شتاب سنج، قطب نما و میکرو پروسسور‌ها هستند
تاریخچه کواد کوپتر
مدل اولیه آزمایشی یک Multiroter در سال ۱۹۰۷ توسط دو برادر فرانسوی بنام Jacques and Louis Breguet در پروژه‌ای بنام Quadcopter ساخته و تست شد، هرچند آن ها نتوانستند پرنده خود را در آسمان نگه دارند ولی موفق به پرواز ثابت شدند. بعد از آن ساخت بالگرد چهار پروانه‌ای به سال ۱۹۲۰ میلادی برمیگردد. در آن سال یک مهندس فرانسوی بنام etienne oehmichen اولین بالگرد چهارپره را اختراع نمود و مسافت ۳۶۰ 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 می‌جست.
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 ۱۹۵۶ مدل دیگری توسط Convertewings طراحی شد و در سال ۱۹۵۸ مدل Curtis-Wright VZ-7 توسط کمپانی Curtis- Wright طراحی شد.
در سال‌های اخیر توجه مراکز دانشگاهی به طراحی و ساخت پهپادهای چهارپره جلب شده است و مدل‌های مختلفی در دانشگاه استانفورد و کورنل ساخته شده است و بتدریج رواج یافته است.
از حدود سال ۲۰۰۶ کواد کوپترها شروع به رشد صنعتی به صورت وسایل پرنده بدون سرنشین نمودند.
کاربرد کواد کوپتر
امروزه مالتی روتورها به ویژه مدل‌های چهارپره که به کواد کوپتر شهرت دارند یکی از پر کاربردترین وسایل پرنده بدون سرنشین می‌باشند؛ که به عنوان مثال میتوان به کاربردهای گسترده تصویر برداری هوایی، نقشه‌برداری، جاسوسی، تفریحی و … اشاره نمود.
با گسترده‌تر شدن روزافزون جلوه‌های بصری در تبلیغات و فیلم‌های سینمایی و تلویزیونی، استفاده از وسایل پرنده و تصویر برداری هوایی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است.
پیش از وجود کواد کوپترها به صورت صنعتی از هلیکوپترهای رادیو کنترلی به عنوان وسایلی برای حمل دوربین‌ها و تجهیزات تصویر برداری استفاده می‌شد؛ که این موضوع به سال‌های (۲۰۰۰–۲۰۱۰ میلادی) بر می‌گردد.
با پیشرفت وسایل پرنده و به وجود آمدن مالتی روتورها این وظیفه (تصویر برداری هوائی) به عهده این دستگاه قرار گرفت. کواد کوپترها و هگزا کوپترها به دلیل داشتن تعادل پروازی بسیار بالا برای این کار مناسب هستند. با موجود شدن فلایت کنترلرها (کنترل کننده‌های پرواز) و تحقیقات صورت گرفته بر روی این کنترلرها پرواز با کواد کوپترها بسیار آسان شده و این وسایل از پرواز هوشمند بهره می‌برند و لذا تصویر برداران می‌توانند با تمرکز بیش تر بر تصویر برداری، تصاویر بهتری را تهیه کنند. همچنین با وجود GPSها پرواز این وسایل به صورت کاملاً امن و هوشمند صورت می‌گیرد.
علاوه بر کاربردهای تصویر برداری؛ کواد کوپترها به تازگی یکی از لوازم سرگرمی و تفریحی به حساب می‌آیند. این تفریح که مخاطب‌های بزرگ‌سال را به خود اختصاص داده است، روز به روز رو به گسترش است؛ و با پدید آمدن عینک‌های واقعیت مجازی و لینک شدن آنها با دوربین‌های کواد کوپترها، یک نوع از فعالیت را به نام مسابقات کوادکوپترهای FPV (نمایش اول شخص) ایجاد کرده است؛ که به نظر در سال‌های به یک رشته ورزشی پر طرفدار تبدیل میشود.
هلی شات چیست؟
به مجموعه نماهای هوایی با اسم بین المللی هلی شات به نمایه های تصویری که از ارتفاع گرفته میشود اطلاق می گردد. یعنی بسته به نیاز کاربر یا کارفرما از سطح تا ارتفاع مورد نیاز یا فقط در ارتفاع، عکس یا فیلم مورد نظر گرفته شود که نوع کار می تواند عکس برداری هوایی یا شات های هوایی شامل فیلم برداری و تصویربرداری هوایی باشد.
مهم ترین بخش در این بین فیلم برداری هوایی می باشد. یعنی تکنیک فیلم برداری بصورت نگاتیو که در عین حال سخت ترین و دقیق ترین آن نیز خواهد بود. بدین صورت که سیستم تصویربردار بسته به بالگرد سرنشین دار یا رادیو کنترل با قابلیت حمل دوربینی که میتواند تصاویر را روی نگاتیو ذخیره نماید عهده دار عمل فیلم برداری هوایی آن هم تحت نظارت مدیر فیلمبرداری و در نهایت کارگردان میباشد. (از اقسام این نوع دوربین ها میتوان به ARRIFLEX 235 و ARRIFLEX 535 و … اشاره نمود.)
در سرزمین ایران در مبحث هلیشات (نماهای هوایی) گروه فتونیکا به عنوان یکی از حرفه ای ترین ها در زمینه های فیلم برداری هوایی، تصویربرداری هوایی و عکسبرداری هوایی می باشد.
از بخش های دیگر هلیشات می توان به تصویربرداری هوایی اشاره نمود. تکنیکی که در آن عمل گرفتن تصاویر با استفاده از دوربین های دیجیتال مد نظر است؛ که با توجه به تغییر سیستم دوربین ها به دیجیتال در این زمانه به لحاظ کاربردی استفاده بیش تری دارند.
از دیگر اقسام این بخش که به لحاظ کاربردی سابقه بیشتری هم دارد عکسبرداری هوایی شامل عکس های هوایی معمولی، موزاییکی و پانوراما می باشد.
تکنیک انجام هلیشات با استفاده از پرنده بدون سرنشین چه در فیلمبرداری هوایی و چه در عکاسی و تصویربرداری هوایی مبتنی برچند بخش است:
اول این که دوربین و قاب تصویر هیچ گونه ارتعاشی را شامل نباشد.
دوم این که در حین پرواز سیستم ها و اجرای پلان شامل تکان در تصویر خواسته و یا ناخواسته نباشد.
سوم این که حرکات دوربین شامل pan (چرخش حول محور عمودی)، Tilt(چرخش حول محور عرضی) و Roll (چرخش حول محور طولی) درست، به موقع و منظم همراه با رعایت استانداردهای تصویر باشد.
چهارم این که مهم ترین قسمت هلیشات اجرای درست حرکات تصویر همراه با شناخت درست قاب بوده که با رعایت نکات درست تصویر در فیلم برداری و تصویربرداری هوایی میسر می گردد.
آسمونی
