През последните няколко години брандове като DJI направиха дроновете популярни. Ако се вгледате внимателно, ще забележите, че повечето от тях имат четири витла, докато хеликоптерите имат по-малко, въпреки че предназначението им е същото. Броят и размерът на витлата варират, защото стандартният квадрокоптер и хеликоптерът са проектирани да летят с напълно различни цели. Квадрокоптерите се използват за заснемане на видео от професионалисти, а в сферата на услугите се използват за доставка на малки пакети, медицинско оборудване и за селскостопански дейности. Накратко, дроновете могат да се движат по всички оси и да се провират с лекота през тесни пространства, без да изискват прекалено много технически умения.

Хеликоптерите са съвсем различно нещо. За да превозват пътници или пренасят огромни товари от всякакъв вид, хеликоптерите се нуждаят от огромна система от пропелери, която може да генерира достатъчно вертикална тяга и да позволи движение напред със скорости, далеч надвишаващи тези на средния квадрокоптер. За да се постигне това, са необходими много по-големи лопатки на ротора, което оставя малко място за поставяне на повече ротори на шасито.

Хеликоптерите с един ротор са най-разпространени. Въпреки това, през годините са разработени нишови конфигурации с различна конструкция (и брой) на роторите. Boeing CH-47 Chinook е хеликоптер с два ротора, разположени един над друг, Kamov Ka-27 има коаксиална конструкция, при която два ротора са монтирани на една и съща вертикална ос, докато хеликоптерите с накланящи се ротори, като Bell Boeing V-22 Osprey, използват коренно различен подход с въртящ се роторен механизъм.

Ключовата роля на сдвоените ротори при дроновете

Както бе споменато по-горе, дроновете са предназначени за съвсем различен тип работа в сравнение с хеликоптерите. За разлика от хеликоптерите, дроновете се издигат и движат в определена посока с помощта на набор от идентични ротори. За излитане, перките се въртят, докато създадат достатъчна възходяща сила, за да неутрализират силата на тежестта, а всяко допълнително увеличение на подемната сила помага на дрона да се издигне по-високо. За да се движи напред, скоростта на пропелерите се променя, което кара дрона да се наклони на една страна. Страната, която остава повдигната, определя посоката на движение напред. „В резултат квадрокоптерът се движи в посоката на страната, където се създава по-малко подемна сила“, обяснява НАСА. Работата в тандем между двата ротора им позволява да се въртят, за разлика от военните дронове.

Хитроумният инженерен подход, който се използва тук, е да се накарат двойките ротори да се въртят по часовниковата стрелка, а другата двойка обратно, за да се балансира въртящият момент. Освен това, лопатките във всяка двойка ротори са проектирани по различен начин, така че техният нетен ефект да генерира тяга нагоре, независимо от посоката на въртене. Този механизъм с двойки ротори е това, което осигурява на квадрокоптерите висока степен на прецизност и маневреност при движенията, както и стабилност във въздуха.

Те обаче не са без недостатъци.

„Квадрокоптерите са неефективни поради многобройните си пропелери и вихрите, които генерират на върховете на лопатките, в допълнение към ограничения си размер“, отбелязва Jiangping Wang, основател и главен изпълнителен директор на Ziyan UAV.

Той добавя, че квадрокоптерите не могат да се сравнят с аеродинамичната ефективност на хеликоптерите с един ротор.

Роторният подход при хеликоптерите

Когато говорим за хеликоптери, трябва да имаме предвид, че те са големи и обемисти. Затова, за да се издигнат, те трябва да генерират много по-голяма вертикална тяга, за което са необходими големи ротори. Но поради ограниченията във формата и размера, предпочитаният вариант е един ротор. В контекста на хеликоптерите, когато говорим за пропелери, имаме предвид лопатки, защото те обикновено имат един голям ротор в горната част и един малък, монтиран вертикално в задната част за неутрализиране на въртящия момент.

Големите лопатки са от решаващо значение, защото ускоряват по-голям обем въздух, за да създадат подемна сила, и в същото време го правят при по-ниска скорост на низходящия поток. Сега нека обсъдим броя на пропелерите или лопатките. Повечето хеликоптери с един основен ротор обикновено имат три лопатки, въпреки че броят им може да варира от две до пет. Дори при хеликоптерите с тандемни или коаксиални ротори броят на пропелерите обикновено е три.

Този брой не е случаен. Според Anthelion Helicopters, той е „резултат от внимателно балансиране между различните конструктивни съображения, включително разпределението на подема, ефективността, маневреността, теглото и цената“. По-големия брой лопатки има свои предимства, като по-дълъг експлоатационен живот, по-добър въздушен поток, по-малко съпротивление и по-малко вибрации. По-голям брой лопатки обаче означава и по-голям разход на енергия, по-сложна система, което води до по-високи разходи, и по-ниска маневреност. Три лопатки предлагат най-доброто от двете, докато дроновете се нуждаят от балансиран подход с четири ротора, работещи по двойки.

Квадрокоптерите имат няколко предимства пред хеликоптерите с подобни размери. Първо, квадрокоптерите не се нуждаят от механично скачване за промяна на ъгъла и височината на витлата докато те се въртят. Това опростява дизайна и поддръжката на апарата. Второ, употребата на четири ротора дава възможност да се намали диаметъра на всеки един от тях в сравнение на тези, които се използват при хеликоптерите. Това дава възможност да се намали кинетичната енергия на всяко витло по време на полета.