Top.Mail.Ru
проектная сессия команды НИОКР
Законы неба - секрет стабильности дрона
Проект поддержан грантом Министерства науки и высшего образования РФ на проведение молодежного научного фестиваля “Гравитация будущего” в 2026 году.
наука в технологиях
серия научных популяризационных интерактивов
Авиаконструктор
Специалист, который занимается проектированием, разработкой и модернизацией летательных аппаратов.
Он совмещает в себе знания в области аэродинамики, механики, электроники и многих других наук для создания безопасных, эффективных и инновационных воздушных транспортных средств. Авиаконструктор работает в команде с другими инженерами и специалистами, участвуя в полном цикле производства летательного аппарата – от первоначальной идеи до ввода его в эксплуатацию.
Научное направление профессии
Транспортные системы: аэронавигация и эксплуатация авиационной техники
Научные законы, инструменты и методы
Закон Бернулли
Описывает связь между скоростью потока воздуха и давлением, объясняя, почему у крыла может возникать подъёмная сила
- Лопасти пропеллера имеют особый аэродинамический профиль.
- Сверху лопасть изогнута, поэтому поток воздуха преодолевает большее расстояние и движется быстрее.
- Согласно закону Бернулли, над лопастью давление падает
Разность давлений создает вертикальную подъемную силу.
Третий закон Ньютона
утверждает, что силы взаимодействия двух тел равны по модулю и противоположны по направлению.

Аэродинамическое сопротивление
- Воздух сопротивляется как движению корпуса коптера, так и вращению его лопастей.
- Сила сопротивления направлена противоположно вектору скорости.
- Моторы беспилотника должны непрерывно тратить энергию на преодоление этого барьера для поддержания скорости.
Закон сохранения момента импульса
- При вращении пропеллера по часовой стрелке корпус коптера стремится вращаться против часовой стрелки.
- Для стабилизации два винта квадрокоптера вращаются по часовой стрелке, а два других – против.
- Изменение скорости вращения одной из пар нарушает баланс моментов и заставляет дрон поворачиваться по рысканью (вокруг вертикальной оси).
Развиваемые компетенции
Знания, умения, навыки, или типы мышления, характерные для научной деятельности
  • Основные понятия аэродинамики
  • Умение анализировать информацию и выделять главное
  • Аналитическое, критическое и поисковое мышление
  • Умение применять основы аэродинамики к созданию формы и размера крыльев, общей конструкции планера
  • Умение работать с цифрами и фактами
    .
Как вы думаете, можно ли создать самолет, не зная законов аэродинамики?
Сейчас сложно представить воздушный транспорт без знаний о том, как воздух взаимодействует с крыльями и корпусом самолета. А ведь за этим стоит работа настоящих ученых и инженеров, которые изучают и используют законы природы, чтобы заставить самолет летать. Эти люди — ученые-авиастроители — разрабатывают конструкции с использованием аэродинамики.

Предлагаем вам стать командой аэрокосмического предприятия. Вместе вы сможете создать свой собственный планер и понять, как работают аэродинамические законы на практике. А затем - обязательно протестируете полет!
Для кого научный интерактив?
Этот научный интерактив создан специально для школьников 7-11 классов, интересующихся конструкторскими и аэродинамическими вопросами создания планеров.

Он подойдет тем, кто занимается моделированием летательных аппаратов и хочет понять, как изменить конструкцию планера для повышения дальности полета, стабильности или скорости. Если вы любите экспериментировать с формой крыльев, массой или материалами, и хотите научиться создавать более эффективные и устойчивые планеры, то этот научный интерактив для вас!

Здесь вы сможете применить научные знания на практике, собрав свой собственный планер и проверяя, как различные параметры влияют на его полет
Состав научной команды
Интерактив проводится в игровом формате, где участники имеют роли, как в команде НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы).
Придумывает и улучшает сам планер
Подробнее
Объясняет, как и почему изменения влияют на полет
Подробнее
Проверяет модель в действии
Подробнее
Подводит итоги и предлагает, что изменить
Подробнее
Для работы вам понадобится
  • Полётный контроллер
    Основной мозг дрона
  • Плата распределения питания
    PDB XT60 для дрона
  • Регуляторы скорости
    Лист размером не менее 60х60 см
  • Моторы
    Скачать файл можно по ссылке ниже
  • Приёмник
    Необходим для связи дрона с пультом
  • Адаптер XT-60
    необходим для подключение батареи
  • Четыре пропеллера
  • Провода
    необходимы для соединения регуляторов и контроллера
  • Пульт радиоуправления
    Необходим для управления квадрокоптером
  • Аккумуляторная батарея
    Питает всю конструкцию
  • DCL The Game
    Симулятор полётов на квадрокоптере
  • AgroTechSIM
    Симулятор полётов на квадрокоптере
Полезные материалы
Изучите и скачайте нужные для интерактива материалы по ссылкам ниже
Сценарий проведения научного научного мастер-класса
3 минуты
3 минуты
Вступление и знакомство
Кратко представиться, обозначить задачу, мотивировать. О чем научный интерактив?

Необходимы: проектор для презентации.
5 минут
5 минут
Мини-лекция: информация о команде НИОКР. Информация о ключевой профессии: кем работает авиаконструктор и основные задачи.
Роль авиаконструктора, этапы разработки квадрокоптера, кратко — подъемная сила, сопротивление, равновесие, центр масс. Другие участники команды и их роли.

Необходимы: проектор для показа лэндинга и сопутствующих материалов.
5 минут
5 минут
Демонстрация
Показ опытов(поведение квадрокоптера при изменении направления движения) + объяснение

Необходимы: квадрокоптер, пульт управление, аккумулторная батарея
2 минуты
2 минуты
Инструкция и раздача материалов
Показ модели квадрокоптера, список шагов по изготовлению, правила безопасности, распределение ролей (если команда) и рабочих мест

Необходимы: комплект материалов на каждого/на пару, столы с рабочими местами.
20 минут
20 минут
Изготовление планера
Сборка базовой модели по шаблону (по развертке, или из заранее нарезанных деталей); возможность добавлять закрылки, смещать грузик.

Необходимы: комплект материалов на каждого/на пару, столы с рабочими местами.
15 минут
15 минут
Экспериментальная сессия: проверка аэродинамических законов
Серия коротких испытаний квадрокоптера: полет вправо, вперед, влево, назад, вверх, вниз. Подъём квадрокоптера с небольшим грузиком. Взаимосвязь порядка подключения двигателей, пропеллеров квадрокоптера с его корректным движением
5 минут
5 минут
Анализ результатов и обсуждение
Сравнение измерений, объяснение наблюдений через законы аэродинамики (подъёмная сила, момент, центр давления), обсуждение роли авиаконструктора в оптимизации.

Необходимо: флипчарт/маркеры для записи выводов.
5 минут
5 минут
Итоговая рефлексия и связь с профессией
Вопросы-ответы, какие навыки нужны авиаконструктору (математика, физика, CAD, испытания), где можно учиться, краткие рекомендации.
Этапы работы по изготовлению квадрокоптера
Этап 1. Адаптер питания
Начнём сборку с того что припаяем адаптер питания XT-60 к плате распределения питания BeeRotor BF3. Красный провод необходимо припаять к площадке BAT+ а чёрный к BAT-.
Этап 2. Сборка рамы
Установим на корпус столбцы для крепления платы распределния питания
Этап 3. Рама и двигатели
Теперь прикрутим к раме плату распределения питания и двигатели, как показано на рисунке
Этап 4. Пайка регуляторов
Далее припаяем к площадкам + и – esc регуляторы по очереди
Этап 5. Пайка двигателей
Затем припаяем двигатели к регуляторам. Провода можно паять в любой очередности.
Этап 6. Подключение полётного контроллера
Затем с помощью шлейфа соединим плату распределения питания с полётным контроллером
Этап 7. Установка полётного контроллера на раму
Установим полётный контроллер поверх пластиковых столбиков
Этап 8. Подключение приёмника
Установим приёмник как показано на рисунке
Этап 9. Подключение камеры
Установим камеру как показано на рисунке. Камеру можно установить на термоклей
Этап 10. Подключение видеопередатчика
Далее шлейф подключается к полётному контроллеру и видеопередатчику как показано на рисунке
Этап 11. Пульт
Далее произведём подключение дрона к пульту и его прошивку
Этап 12. Биндинг
Для этого возьмём пульт FS – 1i и зажмём кнопку Bind
Этап 13. Подключение Bind Key
Затем установим Bind Key в приёмник в шину B, как показано на рисунке
Этап 14. Установка крышки
Затем произведём установку крышки, предварительно прилепив к ней липучки для крепления аккумуляторной батареи. Приёмник можно закрепить с помощью специальных пластиковых хомутов на крышке
Этап 15. Подключение аккумуляторной батареи
Далее произведём подключение аккумуляторной батареи к дрону.
На экране пульта появится Bind OK
Этап 16. Установка связи приёмника и пульта
Затем проверим настройки каналов на пульте. Зажмём кнопку “ОК” на пульте и зайдём во вкладку “System”. Затем с помощью кнопки “DOWN” пролистаем вниз до раздела “RX Setup” и выберем “PPM Output”. В данном разделе проверим чтобы было написано “On”. Если же стоит “Off” то с помощью кнопки “UP” поменять на “On”. Далее с помощью кнопки “CANCEL” сохраним настройки.
Затем проверим чтобы протокол i-BUS был назначен на первый канал. Для этого в меню “RX Setup” прокликаем до “ i-BUS Setup” и убедимся, что под Channel стоит Ch1, в ином случае меняем с помощью кнопки “DOWN”.
Затем проверим чтобы протокол i-BUS был назначен на первый канал. Для этого в меню “RX Setup” прокликаем до “ i-BUS Setup” и убедимся, что под Channel стоит Ch1, в ином случае меняем с помощью кнопки “DOWN”.
Далее выйдем в самое начало меню и выберем вкладку “Functions setup”. В ней выберем “Aux.Channels”. В данной вкладке проверим чтобы пятый канал был настроен на стик SwA, Шестой канал должен быть настроен на стик SwC. С помощью кнопки “CANCEL” сохраним настройки.
Этап 17. Подключение очков FPV
Предпоследним этапом будет подключение FPV-очков к квадрокоптеру
Для того чтобы подключить очки к дрону необходимо включить их на кнопку включения. Затем необходимо переключать каналы с помощью CH+ пока не установится вид с камеры
ФИНАЛ
Ваш квадрокоптер готов!
Поздравляем! Желаем дальнейших успехов в других наших интерактивах.
Экспериментальная часть научного мастер-класса
Проверка закона Бернулли
Проведём ряд экспериментов, чтоббы проверить физические законы, лежащие в основе полёта квадрокоптера.
1.Что понадобится: воздушный шарик (надутый, но без гелия) или легкий лист бумаги формата А4, ровная площадка.
Как выполнять:
  1. Положите шарик или лист бумаги на пол.
2. Взлетите на коптере и зависните в стороне на высоте около 1,5 метров.
3.Медленно подлетайте к объекту так, чтобы дрон оказался прямо над ним, и начните плавно снижаться (до высоты 50–70 см).
Проверка третьего закона Ньютона
Крепко возьмите выключенный дрон снизу за корпус (подальше от лопастей). Запустите моторы на минимальные обороты (Arm). Вы заметите, что два мотора крутятся по часовой стрелке, а два — против.
Если бы все пропеллеры крутились в одну сторону, то в момент взлета сам корпус дрона начал бы бешено вращаться в противоположную сторону (против часовой стрелки). Он бы просто закрутился волчком и упал.
Объяснение: мотор вращает пропеллер по часовой стрелке. Пропеллер в этот же миг сопротивляется и с точно такой же силой толкает сам мотор (и корпус дрона) в обратную сторону — против часовой стрелки. Именно поэтому на квадрокоптерах пары моторов вращаются в противоположных направлениях, чтобы их силы противодействия взаимно гасили друг друга.

Проверка аэродинамическое сопротивления
Сила сопротивления воздуха напрямую зависит от площади фронтальной поверхности объекта. Этот тест наглядно показывает, как форма дрона влияет на его обтекаемость.
Что понадобится: квадрокоптер, лист плотного картона (размером примерно 20 × 20 см), скотч, безветренная погода на улице или большой спортивный зал.
Как выполнять:
Выберите в качестве тестовой дистанции прямую линию длиной 20–30 метров.
Разгоните чистый дрон по этой прямой до максимальной скорости и запишите видео полета со стороны (или запомните угол наклона по FPV-камере).
Закрепите картонный лист вертикально на корпусе дрона (как парус, лицом по направлению движения).
Повторите полет на той же дистанции с максимальным газом.
Что вы увидите: дрон с «парусом» будет лететь значительно медленнее, а его корпус наклонится вперед гораздо сильнее, чем в первом полете.
Физика процесса: из-за картонного листа аэродинамическое сопротивление резко возросло. Чтобы преодолеть его и удержать скорость, по третьему закону Ньютона дрону приходится сильнее наклонять вектор тяги вперед.


Закон сохранения импульса
Самый простой и безопасный способ увидеть передачу импульса от движущегося объекта к неподвижному.
Что понадобится: квадрокоптер, легкая тележка на колесиках (или скейтборд) с ровной горизонтальной площадкой, безветренная погода или просторный коридор.
Как выполнять:
1. Поставьте тележку на ровную гладкую поверхность.
2. Установите выключенный дрон строго по центру тележки, направив его «нос» вперед.
3. Запустите моторы и резко дайте команду лететь вперед и вверх под углом.
· Что вы увидите: в момент, когда дрон резко устремится вперед, тележка откатится в противоположную сторону (назад).
Физика процесса: изначально система «дрон + тележка» покоилась, её общий импульс был равен нулю. Когда дрон приобретает импульс вперед, он толкает тележку назад. Тележка приобретает точно такой же по величине, но противоположный по направлению импульс. В сумме они снова дают ноль.


Вопросы для обсуждения
Ниже приведены примерные вопросы для рефлексии, которые помогут связать научную тему с технологией, практическими навыками и самореализацией
Разработчики
  • Мотовилов Марк
    Педагог дполнительного образования
  • Алина Цвигун
    Методист
  • Люмила Ларина
    Научный координатор