Влияние погодных условий на работу дронов и квадракоптеров

XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Влияние погодных условий на работу дронов и квадракоптеров

Семечкова В.В. 1
1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №6»
Бурлакова О.Г. 1
1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №6»
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В современном мире различные дроны и беспилотники плотно вошли в бытовую и профессиональную жизнь человека. Индустрия производства и продажи квадрокоптеров за последние десять лет сделала огромный скачок. В этих условиях использование квадрокоптеров в различных сферах профессиональной деятельности становится все более привычным и обыденным процессом в мирной жизни человека.

Актуальность исследования заключается в том, что в настоящее время применение квадрокоптеров во многих сферах стремительно растет, в том числе это касается и военной сферы. Технические характеристики квадрокоптеров должны соответствовать применяемым к ним требованиям. Влияние погоды на полёт беспилотников, может стать одним из важных моментов, влияющих на их работу.

Объект исследования: квадрокоптер и дрон.

Цель :

1. Изучить влияние погодных условий на работу квадрокоптеров и дронов

Задачи:

1. Узнать, что такое квадрокоптер, дрон.

2. Познакомиться с информацией, когда впервые были использованы данные беспилотники.

3. Изучить, в каких сферах используются квадрокоптеры и дроны.

4. Выяснить, какие технические характеристики есть у данных аппаратов

5. Исследовать зависимость работы квадрокоптера, дрона от природных условий.

Гипотеза: погодные условия влияют на работу квадрокоптера, дрона.

1. Основная часть

1.1. Что такое квадрокоптер, дрон

Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА; в разговорной речи также «беспилотник»; дрон, от англ. drone — трутень) — летательный аппарат без экипажа на борту. БПЛА могут обладать разной степенью автономности — от управляемых дистанционно до полностью автоматических, а также различаться по конструкции, назначению и множеству других параметров.

Квадрокоптер (дрон, коптер) — это беспилотный летательный аппарат, он управляется дистанционно, чаще всего с пульта или со смартфона. В воздухе дрон держится за счет нескольких винтов, крутящихся в разных направлениях.

Квадрокоптеры — относительно молодое явление в гражданской авиации, однако первый летательный аппарат, напоминавший дрон, был создан еще в 1922 году. Но уровень технологий не позволил тогда доработать идею.

Квадрокоптер — это тип специального летательного аппарата (беспилотника) с четырьмя вращающимися роторами. Он основан на принципе квадруплексного вертолета и обычно используется для пилотирования, фото- и видеосъемки.

Дрон — это обобщённый термин, который относится к любому беспилотному летательному аппарату. Он может быть вооружён различными видами датчиков, камер и других устройств. [6]

Отличия между квадрокоптером и дроном заключаются в следующем:

Характеристика сравнения

Квадракоптер

Дрон

Роль пилота.

обычно управляется вручную пилотом с помощью радиоуправления.

может быть способен на автономный полёт благодаря встроенной программе

Возможности и применение

зачастую предназначены для развлекательного использования и съёмки.

дроны обладают большей гибкостью и могут использоваться в различных отраслях

Требования и регулирование

[1]

Порог массы. С 1 марта 2026 года подлежат учёту все гражданские БПЛА с максимальной взлётной массой от 150 граммов, от 250 граммов до 30 кг и выше обязательно требуется установить устройство для удалённой идентификации, совместимое с системой «ЭРА-ГЛОНАСС». .

Использование дрона в коммерческих целях (например, для аэрофотосъёмки), помимо регистрации и системы идентификации, требуется получить сертификат эксплуатанта

 

1.2. Первые применения квадрокоптеров и дронов

Беспилотные аппараты используются в качестве игрушек, летающих платформ для фото- и видеосъемки, военных разведчиков и даже спортивных снарядов. Первый квадрокоптер на радиоуправлении появился чуть более 10 лет назад, а сегодня такие устройства уже являются привычными гаджетами. Первые прототипы подобных аппаратов были разработаны еще в начале прошлого столетия. История квадрокоптера полна интересных технических решений, поисков и экспериментов. [1]

История создания квадрокоптеров началась еще на заре вертолетостроения, а именно в 1920-х годах. Тогда независимо друг от друга над подобной идеей работали американский конструктор российского происхождения Георгий Ботезат и французский инженер Этьен Эмишен – каждый из них придумал пилотируемый аппарат с четырьмя разнесенными винтами, которые приводились в действие одним двигателем через сложную систему трансмиссии. Во время испытаний их вертолеты смогли подняться на небольшую высоту (от 5 до 15 м) и пролететь определенное расстояние (модель Эмишена преодолела 1100 м). [1]

Более совершенный квадрокоптер изобрел тот же Георгий Ботезат в 1956 году – новый вариант его машины уже управлялся с помощью несущих винтов. В качестве весьма успешного примера можно также привести пилотируемый аппарат VZ-7 компании Curtiss-Wright, который в 1958 году прошел летные испытания, показал хорошую стабильность и управляемость, но был отвергнут Армией США из-за недостаточных эксплуатационных характеристик. На этом разработка квадролетов затормозилась и к данной идее вернулись лишь спустя полвека, уже в следующем тысячелетии. [2]

В своем современном виде первые в мире квадрокоптеры появились в 2006 году с выпуском моделей от немецкой компании MikroKopter. Они уже имели бортовой микроконтроллер, 3 гироскопа, барометр и акселерометр, отличались достаточной стабильностью в полете. Чуть позже их дополнили GPS-модулем для фиксации позиции. Квадрокоптер на радиоуправлении от MikroKopter изначально был предназначен для профессионального использования и имел высокую стоимость. [2]

1.3. Сферы применения квадрокоптеров и дронов.

Дроны, иногда называемые «беспилотными летательными аппаратами» (БПЛА), предназначены для выполнения самых разнообразных задач — от повседневных до сверхопасных:

  • Аэрофотосъёмка местности. Позволяет получать качественные изображения с высоты птичьего полёта.

  • Строительство, высотные работы. Позволяет в режиме реального времени проникнуть в труднодоступные и опасные участки.

  • Доставка грузов. Может стать достойной заменой курьерам.

  • Медицина. Позволяет доставлять лекарства, вакцины и донорскую кровь пострадавшим.

  • Ликвидация последствий аварий и катастроф. Позволяет провести экспертизу, найти пострадавших, доставить срочные грузы в зону бедствий.

  • Сельское хозяйство. Позволяет управлять стадами, отслеживать всхожесть растений и даже удобрять землю.

  • Наблюдение за природой и дикими животными. Позволяет сделать фотографии флоры и фауны, исследовать новые виды животных, запечатлеть необычные природные явления.

Благодаря своим преимуществам, эффективности, доступности и долговечности, дроны являются хорошей альтернативой многим профессиям и открывают новые возможности для роста технологий. И хотя дроны могут не сильно измениться в ближайшие года, к концу десятилетия они могут устроиться на более 50% рабочих мест. Возможно, в ближайшем будущем беспилотные летательные аппараты будут запрограммированы так, чтобы они могли летать по определенному маршруту, взлетая, приземляясь и заряжаясь самостоятельно. [3]

1.4. Характеристики беспилотников

Квадрокоптер сродни радиоуправляемой машинке и предназначен только для развлечений. Но они имеют базовые и специфические функции, которые помогут получить более детальные представления о возможностях устройства. Но в конкретных моделях присутствуют лишь некоторые из представленных ниже функций.

  • Функция удержания высоты и съемки. Квадрокоптер способен как бы зависать в одной точке на определенной высоте. Она чаще всегоиспользуется для получения качественных фотографий.

  • Функция возврата домой. Коптер может вернуться в точку взлета, даже если потерял связь с пультом управления (в том числе по причине разряда аккумулятора).

  • Полет по определенной траектории.

  • Функция автовзлета и автопосадки.

  • Функция разных летных режимов.

  • Функция «Следуй за мной». Квадрокоптерможет отслеживать координаты пульта управления или смартфона по GPS или держать в фокусе своей камеры движущийся объект и лететь вслед за ним.

  • Функция управления дроном со смартфона. [3]

1.5. Факторы, влияющие на работу квадрокоптера, дрона.

На работу БПЛА влияют технические и внешние факторы:

Технические аспекты

Внешние факторы

ёмкость батареи

погодные условия

аэродинамика

высота полёта

дизайн дрона

радиопомехи

вес

  

нагрузка

  

Например, сильный ветер может существенно сократить дальность полёта, так как дрону придётся тратить больше энергии на стабилизацию. Высота полёта влияет на плотность воздуха и сопротивление, которое дрон испытывает в полёте. Радиопомехи могут ограничить дальность связи между дроном и оператором.[4]

2. Практическая часть

При анализе технических характеристик квадрокоптеров, я выяснила, что большое значение для работы батареи или аккумулятора имеют внешние факторы, а именно погодные условия. Чтобы проверить, подтверждается ли моя гипотеза, я провела исследование.

Влияние температуры воздуха нужна для полёта дрона.

Таблица 1.

Температура воздуха

Возможные риски

Рекомендации

+30 °С

быстрый перегрев моторов, аккумулятора или мозгов дрона

не летать слишком быстро и быть готовым к аварийным ситуациям.

-10 °С и ниже

ёмкость аккумулятора сильно снижается;

возможно разрушение корпуса пластика;

обледенение опасно для электроники;

Сократить время полетов; снабдить батареи функцией самообогрева;

корпус должен иметь соответствующий класс защиты

[7]

Первое, я сравнила работу квадракоптеров в трёх разных климатических зонах. Для этого я взяла среднюю температуру воздуха в самом южном городе страны Анапа, самом северном городе Якутске и городе, в котором я проживаю – Верхнем Уфалее, находящимся в Уральском округе.

Сравнила температурный режим данных городов в 2025 году

Средняя температура воздуха - Якутск

Среднее

янв.

февр.

март

апр.

май

июнь

июль

авг.

сент.

окт.

нояб.

дек.

Максимальная

-35 °C

-29 °C

-13 °C

1 °C

13 °C

22 °C

24 °C

21 °C

11 °C

-5 °C

-24 °C

-34 °C

Темп.

-38 °C

-34 °C

-20 °C

-5 °C

8 °C

16 °C

20 °C

15 °C

6 °C

-8 °C

-27 °C

-37 °C

Минимальная

-42 °C

-38 °C

-26 °C

-10 °C

2 °C

10 °C

13 °C

9 °C

1 °C

-13 °C

-31 °C

-40 °C

Средняя температура воздуха - Анапа

Среднее

янв.

февр.

март

апр.

май

июнь

июль

авг.

сент.

окт.

нояб.

дек.

Максимальная

6 °C

6 °C

9 °

15 °C

20 °C

25 °C

28 °C

28 °C

23 °C

17 °C

11 °C

8 °C

Темп.

3 °C

3 °C

6 °C

11 °C

16 °C

21 °C

24 °C

23 °C

19 °C

13 °C

8 °C

5 °C

Минимальная

-0 °C

-0 °C

3 °C

7 °C

12 °C

16 °C

19 °C

18 °C

14 °C

9 °C

5 °C

2 °C

Средняя температура воздуха - Верхний Уфалей

Среднее

янв.

февр.

март

апр.

май

июнь

июль

авг.

сент.

окт.

нояб.

дек.

Максимальная

-10 °C

-8 °C

-1 °C

8 °C

16 °C

21 °C

22 °C

19 °C

13 °C

5 °C

-3 °C

-8 °C

Темп.

-14 °C

-12 °C

-5 °C

3 °C

11 °C

16 °C

17 °C

15 °C

9 °C

2 °C

-6 °C

-11 °C

Минимальная

-17 °C

-17 °C

-10 °C

-2 °C

4 °C

10 °C

12 °C

9 °C

4 °C

-1 °C

-10 °C

-15 °C

Анализ представленных температур показал, что благоприятнее всего запуск БПЛА в южных районах России, в частности в Краснодарском крае, где средиземноморский климат и теплый сезон длится 3 месяца, с 11 июня по 11 сентября, с максимальной среднесуточной температурой выше 24 °C. Самый жаркий месяц в году в Анапа - июль, со средним температурным максимумом 28 °C и минимумом 19 °C.

Холодный сезон длится 3,9 месяца, с 23 ноября по 21 марта, с минимальной среднесуточной температурой ниже 10 °C. Самый холодный месяц в году в Анапа - февраль, со средним температурным максимумом – 0 °C и минимумом 6 °C.

Поэтому можно использовать их в эксплуатации круглый год.

В северных районах России, где климат резко континентальный и теплый сезон длится 3,9 месяца, с 15 мая по 11 сентября, с максимальной среднесуточной температурой выше 13 °C. Самый жаркий месяц в году в Якутск - июль, со средним температурным максимумом 24 °C и минимумом 13 °C.

Холодный сезон длится 3,4 месяца, с 15 ноября по 26 февраля, с минимальной среднесуточной температурой ниже -24 °C. Самый холодный месяц в году в Якутске - январь, со средним температурным максимумом -42 °C и минимумом -35 °C.

Поэтому не благоприятным является запуск квадрокоптеров с ноября по февраль.

Уральский федеральный округ, город Верхний Уфалей - климат умеренно континентальный и теплый сезон длится 3,6 месяца, с 15 мая по 4 сентября, с максимальной среднесуточной температурой выше 16 °C. Самый жаркий месяц в году в Верхний Уфалей - июль, со средним температурным максимумом 22 °C и минимумом 12 °C.

Холодный сезон длится 3,7 месяца, с 16 ноября по 6 марта, с минимальной среднесуточной температурой ниже -4 °C. Самый холодный месяц в году в Верхний Уфалей - январь, со средним температурным максимумом -17 °C и минимумом -10 °C. [7]

Благоприятные условия для запуска квадрокоптеров- круглый год.

Моя гипотеза подтвердилась, температура воздуха действительно влияет на Второе, я сравнила работу распространённых батарей БПЛА:

Сравнительная характеристика работы распространённых батарей БПЛА

Таблица 2.

Батарея

Литий-полимерные

Литий-ионные

Погодные риски:

Температурах эксплуатации

От -40 до +40

От -20 до +50

Обледенение

0 °C

0 °C

Снижение видимости

Не влияет

Не влияет

Повышение влажности

Выше 90%

Выше 80%

Ветер *

7-8 м/с (попутный ветер)

5-6 м/с (встречный ветер)

10-12 м/с (попутный ветер)

9-10 м/с (встречный ветер)

*Безопасная скорость ветра = максимальная скорость БПЛА умножить на 2/3. [5]

Третье, сформулировала общие рекомендации по эксплуатации БПЛА:

  1. Предварительно нагреть батарею до 20°C или более.

  2. Всегда и постоянно контролировать уровень заряда аккумулятора.

  3. Перед вылетом проверить влажность воздуха и возможные изменения.

  4. Всегда иметь запах заряда батарей (25% - 40%) для полета в ветреную погоду.

Заключение

При написании исследовательской работы, я изучила много материала про современные летательные аппараты – квадрокоптеры и дроны. Изучила их технические характеристики, познакомилась в каких сферах они используются. Узнала, что квадрокоптер - это полезное изобретение и увлекательная игрушка одновременно. Он может стать любимым развлечением для детей школьного возраста и взрослых, которые любят яркие эмоции. Использование квадрокоптеров открывает широкие исследовательские, познавательные и учебные возможности.

Я провела исследование по влиянию погодных условий на работу квадрокоптеров и дронов. Моя гипотеза подтвердилась: погодные условия влияют на работу БПЛА, особенно на деятельность батарей. Я сравнила два вида батарей, которые чаще всего используются в оснащении БПЛА – это литий-полимерные и литий-ионные. Мое исследование показало, что эти виды батарей почти одинаково эксплуатируются в разных погодных условиях (имеются незначительные расхождения). Чуть лучше работают литий-ионные батарей и при низких температурах, при высокой влажности, и сильном ветре.

Мое исследование позволило сформулировать общие рекомендации по использованию квадракоптеров и дронов.

Список литературы

  1. Автономный квадрокоптер с нуля [Электронный ресурс] URL: http://habrahabr.ru/company/technoworks/blog/216437/

  2. Альсевич В. В., Габасов Р., Глушенков В. С. Оптимизация линейных экономических моделей. Минск: Изд-во БГУ, 2000. 211 c. оптимизации линейных систем управления// Журн. вычисл. математики и мат. физики. 2000. Вып. 40, №6.

  3. Афанасьев В. Н., Колмановский В. Б., Носов В. Р. Математическая теория конструирования систем управления. М.: Высш. шк., 2013. 614 c

  4. Баранов О.В. Моделирование процесса управления беспилотным летательным аппаратом – квадрокоптером // Процессы управления и устойчивость. 2015. T. 2. № 1. С. 23–28.

  5. https://godrone.ru/blog/kak-veter-vozdeystvuet-na-bpla-obyasnyaem-po-prostomu/?ysclid=mu3ib8u3zx552990171 (дата обращения 09.09.2026)

  6. https://obl-raion.eao.ru/about/info/news/index.php?ELEMENT_ID=9704 (дата обращения 12.09.2026)

  7. https://tenchat.ru/media/2229419-kak-vliyayet-pogoda-na-bezopasnost-poletov-na-kvadrokoptere-riski-i-rekomendatsii (дата обращения 12.09.2026)

Просмотров работы: 23