کوادراتور چیست؟ – نحوه ساخت، ویژگی ها و کاربردها

اگر قصد ساخت یا خرید یک هواپیما بدون سرنشین (UAV) را دارید یا به این پرنده‌های کوچک علاقه‌مند شدید و دوست دارید درباره‌شان بیشتر بدانید؛ اصلا تنها نیستید.

پهپادها در چند سال اخیر، جزو فناوری‌های نوظهور پر استقبال بودند. به گزارش موسسه FAA که مجوزهای پروازهای پهپادهای تجاری و رزمی را صادر می‌کند؛ فقط در سال ۲۰۲۰ نزدیک به ۷ میلیون پهپاد در ایالات متحده به فروش رسیده است.

پهپادها، کوادکوپترها، کوادروتورها، هلی‌کوپترها، هلی‌شات‌ها و هر هواپیمای بدون سرنشین دیگری مملو از جذابیت برای جوانان هستند. این وسایل می‌توانند حس شیرین پرواز را به انسان منتقل کنند و به همین دلیل نیز با استقبال مواجه شدند. از نحوه ساخت و اصول و مبانی فیزیک و مهندسی هوافضا که در آن‌ها به کار گرفته می‌شود تا پرواز و کنترل پرواز و طیف بسیار گسترده کاربردهای آن‌ها برای مصارف تفریحی، تجاری، نظامی، عکاسی و سرگرمی؛ همه‌چیز این پرنده‌ها هیجان‌انگیز است.

پس اگر علاقه‌مند به این پرنده‌های کوچک دست‌ساز هستید؛ اصلا تنها نیستید و جای تعجبی ندارد ولی بهتر است درباره آن‌ها و تفاوت‌هایشان بیشتر و بهتر بدانید و بتوانید دقیقا میان یک پهپاد، کوادکوپتر یا کوادروتور و حتی انواع کوادروترها تفاوت و تمایز قائل شوید.

بسیاری از دانش‌آموزان و دانش‌جویان دقیقا نمی‌دانند کوادروتور چیست و آن‌ها را با پهپاد یا کوادکوپتر اشتباه می‌گیرند. اگر هم قصد ساخت یک پهپاد یا کوادروتور را دارید؛ باید کاملا روی فیزیک و هوافضا مسلط شوید و کمی بیشتر از آنچه احتمالا در مدرسه یا دانشگاه خواندید؛ سراغ آموزش فیزیک یا آموزش هوافضا بروید. سایت «فرادرس» منابع آموزشی ویدئویی بسیار غنی در این زمینه دارد تا به راحتی بتوانید در خانه همه دانش‌هایی که نیاز دارید را بیاموزید.

حالا، در ادامه می‌خواهیم به ۱۰ حقیقت بزرگ درباره کوادروتورها اشاره کنیم:

۱- کوادروتور چیست؟

شاید با پهپادها آشنا باشید و حتی بدانید که کوادکوپترها چه تفاوتی با پهپادها دارند ولی نام «کوادروتور» (Quadrotor) را کمتر شنیده باشید یا تفاوت آن را با کوادکوپتر ندانید.

همه این‌ها از دسته هواپیماهای بدون سرنشین (UAV) هستند ولی تفاوت‌های اندکی با یکدیگر دارند. شاید در لفظ عام بتوان آن‌ها را پهپاد خطاب کرد که درست است ولی در میان حرفه‌ای‌ها و متخصصین، وقتی صحبت از کوادکوپتر یا کوادروتور می‌شود؛ تفاوت‌هایی به ذهن می‌رسد!

به طور کلی، پهپادهایی که دارای ۴ بازو یا روتور باشند و به صورت عمودی پرواز کنند؛ کوادکوپتر یا کوادروتور گفته می‌شود. ما در دنیای پهپادها، مدل‌هایی با تک روتور یا دو روتور هم داریم که در دسته مولتی‌روتورها قرار می‌گیرند؛ همان‌طور که مدل‌های با ۶ یا ۸ بازو و موتور پروازی هم داریم که هگزاکوپتر و اکتوکوپتر گفته می‌شوند و هریک کاربردهای خاص خود را دارند.

بنابراین، بخواهیم تعریف ساده‌ای از یک پهپاد کوادروتور بدهیم باید بگوییم که «کوادروتور» یک هواپیمای بدون سرنشین است که از ۴ بازو یا روتر برای پرواز استفاده می‌کند. یک کوادروتور می‌تواند برای مصارف تفریحی، سرگرمی، گشت‌زنی، نظامی، صنعتی و تجاری استفاده شود.

۲- تفاوت کوادروتور و کوادکوپتر چیست؟

در ظاهر هیچ تفاوتی میان یک دستگاه کوادکوپتر با یک دستگاه کوادروتور نیست. هر دو، گونه‌ای از پهپادها و مولتی‌روتورها هستند که از ۴ موتور و بازو برای پرواز به شکل عمودی از سطح زمین به سوی آسمان استفاده می‌کنند. حتی کاربردهای کوادکوپترها و کوادروتورها هم مشابه هم است.

اما در میان متخصصان هواپیماهای بدون سرنشین و افرادی که پهپادها را دقیقا براساس ویژگی‌های پروازی و قابلیت‌های مانوری آن‌ها دسته‌بندی می‌کنند؛ پرنده‌های ۴ روتوری که برای بازی، تفریح، سرگرمی و مصارف شخصی استفاده می‌شوند را «کوادکوپتر» و پرنده‌های ۴ روتوری که برای مصارف تخصصی صنعتی، تجاری، نظامی و غیره طراحی و استفاده می‌شوند را «کوادروتور» می‌گویند.

کوادروتورها معمولا دارای GPS هستند و نیمه حرفه‌ای یا تمام حرفه‌ای ساخته شدند و هدف از ساخت آن‌ها، چیزی فراتر از بازی و سرگرمی است. با این وجود، باز هم باید اشاره کنیم که در بسیاری مواقع نمی‌توان میان یک کوادکوپتر یا کوادروتور تفاوتی قائل شد و هر دو به یک گونه از هواپیمای بدون سرنشین اشاره دارند.

۳- چرا کوادروتورها محبوب شدند؟

به پرسش مهمی که باید پاسخ داد این است که چرا این روزها کوادروتورها سر زبان افتادند و در میان جوانان و نوجوانان این‌قدر محبوب شدند؟ چه تفاوت خاصی با پهپادها دارند که مردم اکنون بیشتر علاقه‌مند کوادروتورها شدند و آن‌ها را بیشتر از هواپیماها یا هلی‌کوپترها دوست دارند؟

کوادروتورها به خاطر بازوهای پروازی که دارند و نحوه پرواز عمودی، کاربری بسیار آسان‌تری پیدا کردند و هر روز بر طرفداران آن‌ها افزوده می‌شود. ساخت و مونتاژ کوادکوپترها و کوادروتورها آسان‌تر است و کنترل پروازی آن‌ها برای افراد مبتدی و آماتور بسیار آسان می‌شود.

در این میان، نباید نقش برندها و شرکت‌های سازنده پهپادها را نیز نادیده گرفت که باعث می‌شوند هر روز یک اصطلاح جدیدی رواج پیدا کند و همه نگاه‌ها معطوف آن شود.

مثلا، شرکت معروف سازنده انواع پهپادها و کوادکوپترهای DJI چندین نوع کوادروتور تا کنون رونمایی کرده است و قطعا در افزایش محبوبیت کوادروتورها نقش بسیار بزرگی ایفا می‌کند.

دلیل دیگر گرایش به کوادروتورها، در آموزش فیزیک و شبیه‌سازی برخی مفاهیم پایه‌ای پرنده‌ها و هواپیماها است. دانشجویان فیزیک و هوافضا و مهندسی کامپیوتر یا مکانیک با ساخت و به پرواز درآوردن یک کوادروتور، بسیاری از دروس خود را عملی و به طور عمیق و مفهومی یاد می‌گیرند. جالب است بدانید که برخی از بهترین هلی‌شات‌ها، کوادکوپترها و کوادروتورها از دل همین پروژه‌های دانشجویی و تحقیقاتی دانشگاه بیرون آمدند و تجاری شدند. برای یادگیری تخصصی مباحث مرتبط با فیزیک، مراجعه به آموزش های آنلاین سایت فرادرس بهترین انتخاب برای شماست.

• مجموعه آموزش فیزیک — کلیک کنید

۴- کوادروتورها چه ویژگی‌ها و کاربردهای مهمی دارند؟

همه ویژگی‌ها و قابلیت‌هایی که برای پهپادها و کوادکوپترها گفته می‌شود و باعث شدند امروزه این‌قدر پرطرفدار و پرکاربرد باشند را می‌توان به کوادروتورها تعمیم داد.

ولی از آن‌جایی که کوادروتورها هواپیماهای بدون سرنشین حرفه‌ای‌تر و تخصصی‌تری هستند؛ انتظارات بیشتری از آن‌ها می‌رود. مثلا، انتظار داریم یک کوادروتور حتما به GPS مجهز باشد؛ بتواند تا برد مشخص و مجازی پرواز کند و به طور دقیقی به نقطه شروع یا مبدا پروازی خود برگردد؛ معمولا بردهای رادیویی طولانی دارند و به همین دلیل هم طرفداران بیشتری پیدا کردند؛ روی آن‌ها دوربین‌های با کیفیت و قدرتمندی برای عکاسی و فیلم‌برداری نصب می‌شود؛ مودهای پروازی هوشمند بیشتری دارند و روی آن‌ها سنسورهایی نصب شده است که مانع از برخورد با دیوار یا اجسام و موانع دیگر می‌شود.

اینجا است که شاید بتوان کمی میان کوادروتورها با کوادکوپترها تفاوت ایجاد کرد. کوادکوپترها ساده‌تر و سبک‌تر ساخته می‌شود و بیشتر برای تفریح و سرگرمی یا کاربری‌های تجاری ساده هستند ولی همه از کوادروتورها، انتظارات ویژگی‌های حرفه‌ای و رده بالایی را دارند.

محققان و پژوهش‌گران، دائما در حال دگرگونی ساختار کوادروتورها هستند تا بتوانند قابلیت‌ها و ویژگی‌های بیشتری به آن‌ها اضافه کنند. افرادی که به آموزش مهندسی هوافضا علاقه‌مند هستند؛ می‌توانند در این زمینه کارهای خلاقانه زیادی انجام بدهند و انواع کواروتورها با کاربری‌های خاص و مفید بسازند. برای مشاهده آموزش های مرتبط با هوافضا، به لینک زیر مراجعه کنید.

• مجموعه آموزش مهندسی هوافضا — کلیک کنید

کوادروتورها برای جمع‌آوری داده‌ها و کارهای پژوهشی سفارشی‌سازی شدند و می‌توان آن‌ها را در بالای یک شهر یا منطقه جغرافیایی به پرواز درآورد و اطلاعات مفید بسیار زیادی توسط آن‌ها جمع‌آوری کرد.

در جنگ‌ها و نبردهای رزمی نیز کوادروتورها بسیار به کار گرفته می‌شوند و نقش حیاتی در تغییر وضعیت جنگی دارند. می‌توانند ماموریت‌های پروازی مشخصی را دریافت کرده و به قصد انهدام یک هدف مشخص به پرواز درآیند.

عملیات‌های جست‌وجو و نجات در مسیرهای صعب‌العبور یا مکان‌هایی که امکان حضور تجهیزات زمینی نیست؛ مانند آتش‌فشان‌ها، زلزله، آتش‌سوزی جنگل و شهر از دیگر کاربردهای مهم کوادروتورها است.

این پرنده‌ها برای مصارف تجاری و عکاسی یا واقعیت افزوده نیز عالی هستند و لذت دیده می‌شود که به وفور در این کاربردها از کوادروتورها بهره می‌گیرند.

سمپاشی مزارع، دیده‌بانی و نگهبانی، نقشه‌برداری هوایی، پایش خطوط نفت و گاز و صنایع هواپیمایی از دیگر حوزه‌هایی هستند که این روزها به تسخیر کوادروتورها درآمدند.

۵- کوادروتور چگونه کار می‌کند؟

یکی از مسایل مهمی که در ارتباط با کوادروتورها و کوادکوپترها مطرح است و اتفاقا مورد علاقه جوانان است؛ نحوه کار این پرنده‌ها است.

گفتیم که یک کوادروتور یا کوادکوپتر دارای ۴ روتور است. ۲ روتور در جهت عقربه‌های ساعت و ۲ روتور در جهت خلاف عقربه‌های ساعت چرخش می‌کنند تا بتوان دو نیروی رانش و گشتاور را کنترل کرد. چرخش پره‌های روتورها باعث ایجاد یک رانش رو به پایین می‌شود و همین کمک می‌کند تا کوادروتور از جا بلند شده و به طور عمودی به سمت بالا پرواز کند.

چرهش برعکس روتورها هم باعث می‌شود یک نیروی گشتاور تعادلی ایجاد شود و کوادروتور بتواند تعادل خودش را در آسمان حفظ کند. اگر این چرخش برعکس روتورها نباشد؛ کوادروتور شروع به چرخیدن دور خودش در جهت عقربه‌های ساعت یا در جهت خلاف آن‌ها می‌کند.

نکته بسیار مهم این است که هریک از این روتورها می‌توانند به طور مستقل، یک سرعت چرخش یا تغییر جهت چرخش داشته باشند تا میزان انحراف کوادروتور را تنظیم کنند. وقتی می‌بینیم یک کوادروتور دارد به صورت شیب‌دار یا زاویه‌دار به سوی بالا یا پایین می‌رود؛ به خاطر تفاوت سرعت چرخش و جهت چرخش یکی از بازوها است. این ویژگی باعث جذابیت بیشتر مولتی‌روتورها شده است.

کافی است سرعت چرخش یکی از روترها را بیشتر کنیم تا کل کوادروتور شروع به حرکت رو بالا کند یا اینکه سرعت چرخش یکی از روترها را کاهش دهیم تا رو به پایین پرواز کند.

شاید تصور کنید کل مهندسی عملکرد یک کوادروتور پیچیده است اما اگر مبانی فیزیک را خوب یاد گرفته و آموزش فیزیک پایه ۱ را گذرانده باشید؛ متوجه خواهید شد که چقدر ساده، شیرین و دارای قواعد مکانیکی و هوافضای جذابی است.

۶- چگونه یک کوادروتور بسازیم؟

ساخت کوادروتور اصلا سخت نیست و فقط مقداری مهارت و دانش به همراه چند وسیله می‌خواهد. ابتدا یک موتور برای تولید نیروی پیشران نیاز دارید. موتورهای الکتریکی متنوعی در بازار هست ولی یک کوادروتور ارزان‌قیمت معمولا از موتورهای کرولس یا براش استفاده می‌کند. البته، می‌توانید از موتورهای براشلس سود ببرید که دوام بیشتری داشته و قدرت پروازی آن‌ها بهتر است.

دومین وسیله‌ای که برای ساخت کوادروتور نیاز داریم؛ اسپید کنترل و سیستم آن است. کنترل دور موتورها و همگام‌سازی آن‌ها با کنترل پرنده توسط اسپید کنترل انجام می‌شود. به عبارت دقیق‌تر، اسپید کنترل وظیفه متعادل سازی ولتاژ و جریان عبوری و در نهایت توان برق وارد شده به موتورها را بر عهده دارد.

بنابراین، براساس اینکه موتور براش یا براشلس خریداری کردید و سایز و توان پروازی کوادروتور شما چقدر است؛ باید یک اسپید کنترل مناسب خریداری کنید. برای کوادروتورهای معمولی از اسپید کنترل ۱۵ الی ۲۰ آمپر استفاده می‌شود ولی اگر قرار است کوادروتور شما بار حمل کند یا برای تصویربرداری است؛ نیاز به یک اسپید کنترل ۳۰ آمپر است.

سیستم کنترل پرواز، سومین قطعه‌ای است که نیاز به خریدش برای ساخت یک کوادروتور دارید. فلایت کنترل‌های بسیار متنوعی در بازار یافت می‌شود و بسته به اینکه نیاز به چه امکانات و قابلیت‌هایی دارید؛ باید یک مدل مناسب کوادروتور خود خریداری کنید.

قطعات بدنه، رادیو کنترل یا همان سیستم کنترل از راه دور، باتری با وزن مناسب و کافی برای مدت زمان پرواز و ملخ‌ها از دیگر قطعات حیاتی هستند که برای مونتاژ یک کوادروتور نیاز است. با داشتن همین قطعات، می‌توان ساده‌ترین کوادروتور را ساخت اما شما هرچقدر دوست داشته باشید پرنده مجهزتر و بهتری به آسمان بفرستید؛ قطعات دیگری اضافه می‌شود یا اینکه پیچیدگی‌های مونتاژ و تنظیم این قطعات بالاتر خواهد رفت.

باید دقت کنید که باتری و فلایت کنترل در مرکز محور ایکس مانند کوادروتور قرار بگیرند و موتورهای روتورها در گوشه محورها نصب شوند. اسپید کنترل را هم باید در مرکز محورها نصب کنید و همه این دستگاه‌ها طوری قرار بگیرند که روی هر بال یک وزن یکسان بیفتد و بار کاملا توزیع شده باشد.

۷- برای خرید کوادروتور چه نکاتی را رعایت کنیم؟

اگر اهل ساخت پهپاد و سرهم کردن قطعات الکتریکی نیستید و ترجیح می‌دهید سریعا یک کوادروتور از بازار خریداری کنید؛ باز هم باید ابتدا مقداری تامل کرده و چند نکته بسیار مهم را مد نظر قرار دهید. چون بدون داشتن یک پس‌زمینه وارد بازار شوید؛ از کوادروتورهای ۳۰۰ هزار تومانی تا کوادروتورهای چند ده میلیون تومانی پیش‌روی شما است. برخی بسیار کوچک و در حد یک اسباب‌بازی هستند و برخی مدل‌ها کاملا حرفه‌ای و کار با آن‌ها نیازمند آموزش و رفتن به کلاس است.

برخی مدل‌ها فقط برای پروازهای ساده یا نهایتا عکاسی و فیلم‌برداری هستند و برخی دیگر می‌توانند برای شما بار حمل کنند. ابتدا باید هدف خود از خرید یک کوادروتور را مشخص کنید و اینکه دقیقا نیاز به چه آپشن‌هایی دارید. بعد باید هزینه مورد نظرتان را مشخص کنید. شرکت‌های زیادی در بازار سازنده کوادروتور هستند. از شرکت بسیار حرفه‌ای و معروف DJI بگیرید تا شرکت‌های MJX یا SYMA که این آخری بیشتر کوادکوپتر تفریحی می‌سازد. شرکت والکرا از دیگر سازنده‌های خوب کوادکوپتر و کوادروتور است.

اگر تا کنون چندین پهپاد و کوادکوپتر داشتید و اکنون می‌خواهید یک کوادروتور بخرید؛ بهتر است سراغ یک گزینه نیمه حرفه‌ای بروید. این مدل‌ها تقریبا همان مشخصات یک کوادروتور حرفه‌ای را دارند ولی ارزان‌تر بوده و بیشتر برای ماجراجویی مناسب هستند. شما برای کاربردهای هلی‌شات نمی‌توانید یک کوادروتور نیمه حرفه‌ای بخرید اما اگر برایتان قابلیت‌هایی مانند سیستم اتوپایلوت، مسیریابی، دوربین با کیفیت مناسب، پرواز خودکار، پرواز در فضای باز با باد و نظایر این‌ها اهمیت دارد؛ یک کوادروتور نیمه حرفه‌ای جوابگو خواهد بود.

۸- کوادروتورها پول‌ساز هستند

معمولا استارتاپی‌ها، کارآفرینان و بیزینس‌ من‌ها شمه پولی قوی دارند. مطمئن باشید تا حالا بو کشیدند که در صنعت پهپادها حسابی پول خوابیده است. حوزه کوادروتورها و مالتی‌روتورها بکر، تازه، آینده‌دار و جریان‌ساز است و بشر تازه دارد به فواید و کاربردهای تازه‌ای از این پرنده‌های مصنوعی می‌رسد.

شما با ساخت کوادروتور، فروش آن یا آموزش و تامین قطعات و به ویژه سفارشی‌سازی کوادروتورها برای یک کسب‌وکار و صنعت خاص، می‌توانید کسب درآمد کنید و تا سال‌های طولانی، تضمین شغلی داشته باشید.

کافی است به ایده‌های خود برای پرواز بها بدهید و اولین کوادروتور یا کوادکوپتر خود را بسازید و بعد سراغ ایده‌های بزرگ‌تری بروید. در فرادرس آموزش‌های زیادی پیرامون مباحث مرتبط با پهپادها و مولتی‌روتورها پیدا خواهید کرد که بهترین یاری‌گر شما در تحقق این رویاها هستند. برای آشنایی بیشتر با کوادکوپتر ها و پهباد ها، به آموزش زیر مراجعه نمایید.

• مقاله کوادروتور چیست؟ — کلیک کنید