Производство и история:
Matrice 300 RTK выпускается с 2020 г. на заводах DJI в Шэньчжэне (КНР) как преемник серии M200. За первый год продано более 5 000 единиц, а к середине 2021 г. DJI отчиталась о 50 000+ полётов в экстремальных условиях (сильный мороз, пыльные штормы) благодаря системе Health Management.

Интересные факты:

• Первый промышленный дрон DJI с «горячей» заменой батарей — достаточно вынуть одну TB60, вставить новую и продолжать полёт без перезапуска.
• Оснащён системой избыточности (двойные IMU, акселерометр, барометр, RTK-антенны), что впервые в отрасли позволило оператору безопасно приземляться при отказе одного из модулей.
• Поддерживает одновременную установку трёх полезных нагрузок (две снизу и одну сверху), включая Zenmuse H20T, что делает его универсальным решением для инспекции и спасательных операций.

1. Принцип работы квадрокоптера
Квадрокоптер представляет собой летательный аппарат с четырьмя несущими винтами, расположенными на концах жёсткой рамы. Каждый винт создаёт восходящую силу — тягу — за счёт ускорения потока воздуха вниз. Сочетание тяг всех четырёх винтов позволяет аппарату подниматься, опускаться, зависать и перемещаться в пространстве.

• Вертикальный подъём и зависание достигаются, когда суммарная тяга винтов равна или превышает вес аппарата.
• Перемещение вперёд, назад и вбок обеспечивается изменением угловых скоростей противоположных винтов: увеличение скорости вращения двух винтов с одной стороны и уменьшение с противоположной приводит к наклону аппарата и направленному полёту.
• Повороты вокруг вертикальной оси (рыскание) выполняются за счёт создания неравновесного момента откручивания: два винта вращаются в одну сторону активнее, чем два других, и в результате возникает крутящий момент.

Таким образом, благодаря простому изменению оборотов винтов квадрокоптер способен точно реагировать на команды управления и сохранять устойчивость даже при порывах ветра.


2. Сопротивление воздуха
По мере движения в воздухе на корпус и винты квадрокоптера действует сила сопротивления, направленная против направления полёта. Она определяется выражением
Fсопр=Cd  V22 S,
где

• Cd— коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы и шероховатости поверхности;
• — плотность воздуха;
• V — скорость движения относительно окружающей среды;
• S — площадь наибольшего поперечного сечения аппарата.

Чем меньше Cd, тем меньшую энергию нужно затратить на преодоление сопротивления и тем выше экономичность полёта. Инженеры добиваются снижения Cd за счёт обтекаемой формы обтекателя и минимизации выступающих деталей.


3. Сила тяжести
Сила тяжести стремится опустить дрон к земле и равна
Fтяж=m g,
где

• m — масса квадрокоптера (со всеми компонентами и аккумуляторами);
• g — ускорение свободного падения (приблизительно 9,81 м/с2 ).

Для поддержания аппарата в воздухе суммарная подъёмная сила, создаваемая винтами, должна быть не менее Fтяж. Любое увеличение полезной нагрузки или снижение тяги сразу же скажется на устойчивости и возможности зависания.


4. Сила тяги
Тяга каждого винта формируется при взаимодействии лопасти с воздухом и рассчитывается сложными аэродинамическими моделями, в которых участвуют коэффициенты подъёмной силы и коэффициенты сопротивления лопасти. На практике её определяют экспериментально, строя зависимости тяги от угловой скорости винта и напряжения двигателя.
Высокая эффективность пропеллера достигается за счёт:

• оптимального профиля лопасти;
• правильного шага (угла атаки) в расчёте на заданные режимы полёта;
• использования бесщёточных электродвигателей с низкими энергетическими потерями.

5. Подъёмная сила
Подъёмная сила лопасти базируется на принципе Бернулли и сопутствующих ему законах аэродинамики. При вращении лопасть образует профиль, по верхней поверхности которого скорость потока выше, чем по нижней. Разница давлений создаёт подъёмную силу:

• скорость потока Vверх над лопастью больше, давление там ниже;
• скорость потока Vниз под лопастью меньше, давление там выше;
• разность давлений P=Pниз-Pверх интегрируется по площади лопасти и формирует подъём.

Для квадрокоптера каждая лопасть работает как мини-крыло, и суммарная подъёмная сила четырёх винтов формирует основной подъём аппарата. Регулируя угол атаки лопасти и обороты двигателя, достигают нужного уровня подъёма при минимальных энергозатратах.

✅ Преимущества

• Вертикальный взлёт и посадка (VTOL): Не требуют взлётно-посадочной полосы.
• Зависание на месте: Идеально для съёмки и инспекций.
• Высокая манёвренность: Способны выполнять сложные манёвры в ограниченных пространствах.
• Простота в эксплуатации: Легче в управлении по сравнению с самолётными БПЛА.​

❌ Недостатки

• Короткое время полёта: Обычно ограничено 20–40 минутами из-за высокой энергоёмкости.
• Ограниченная дальность: Меньшая эффективность при покрытии больших территорий.
• Низкая грузоподъёмность: Ограничения по массе полезной нагрузки.​

Размещение агрегатов на квадрокоптере

1 - Пропеллер
2 - Бесколлекторный двигатель
3 - Нижняя пластина рамы
4 - Луч рамы
5 - Регуляторы скорости (ESC)
6 - Крепёжные винты
7 - FPV-камера
8 - Верхняя пластина рамы
9 - Стойки между уровнями
10 - GPS-модуль с антенной
11 - Полётный контроллер
12 - Стойки нижнего уровня (второй тип)
13 - Аккумулятор (Li-Po батарея)

1) Из чего состоит FPV квадрокоптер? Что нужно для сборки FPV дрона?

2) Игорь Егоров. Устройство квадрокоптера

3) Принцип работы квадрокоптера. Пропеллеры, моторы, полетный контроллер, реактивный момент и другое.