Образовательный модуль для изучения аэродинамики полета «Квадрокоптер» (расширенный)

• Входит в перечень учебного оборудования для оснащения и модернизации школ (Приказ №838 Минпросвещения РФ от 28.11.2024 года)

Предназначение
Образовательный модуль предназначен для ознакомления детей среднего и старшего школьного возраста на примере летательных аппаратов вертолетной системы законам аэродинамики с применением цифровых датчиков и исполнительных механизмов, а также обучения приемам программирования квадрокоптера для выполнения заданий по полетной программе, заданной заранее.

Области знаний и применение
— Основное образование (физика)
— Дополнительное образование
— Проектная и метапредметная деятельность (физика, информатика, робототехника)

Отрасль беспилотных летательных аппаратов – одно из наиболее перспективных и стремительно развивающихся направлений современной авиации. В рамках образовательных задач она охватывает обширную область знаний и навыков – от слесарных работ и применения станков с ЧПУ до радиоэлектроники и программирования, а также навыков пилотирования.
Образовательный модуль способствует первоначальному знакомству пользователей с базовыми принципами построения и программным управлением летательных аппаратов, закладывая опорные знания для совершенствования навыков конструирования, программирования и управления летательными аппаратами любого вида.

Чему научится ребенок
— Познакомится с техникой безопасности при использовании квадрокоптера
— Сформирует базовые знания об аэродинамики и функционировании летательных аппаратов
— Изучит основы робототехники
— Проведет лабораторные работы и создаст исследовательские проекты
— Освоит азы программирования

Способ работы
В процессе обучения из компонентов образовательного модуля собирается комнатная модель квадрокоптера, которая размещается на собранном испытательном стенде для обеспечения изучения аэродинамики полета. Комнатная модель квадрокоптера образовательного модуля дополнительно пилотируется без стенда для отработки практических навыков пилотирования в свободном полете.
Образовательный модуль позволяет собрать модель квадрокоптера из деталей набора, а после экспериментировать с ним, проводить лабораторные работы, программировать, запускать и планировать траекторию его полетов.
Управляется модель квадрокоптера при помощи программного модуля с мобильного телефона, планшета, компьютера.
Образовательный модуль даёт педагогу и ученикам возможность провести лабораторные работы и создать исследовательские проекты.
На практических занятиях образовательного модуля изучается тяга винтомоторной группы, длительность разряда аккумуляторной батареи в зависимости от режима работы, подъемная сила аэродинамического профиля, компенсация реактивного крутящего момента, трёхосевое управление летательным аппаратом, а также проводится полетная практика.
Образовательный модуль включает в себя все необходимые компоненты для выполнения 6 лабораторных работ по аэродинамике и 3 работ по программированию на разных языках (в графической среде, язык Си, язык Python), предусмотренных методическим пособием на русском языке.

Перечень лабораторных работ, которые можно провести с образовательным модулем:
1. Тяга винтомоторной группы
2. Энергия аккумуляторной батареи
3. Подъемная сила аэродинамического профиля
4. Компенсация реактивного крутящего момента
5. Трехосевое управление летательным аппаратом
6. Полетная практика

Комплект учебно-методических материалов
Комплект учебно-методических материалов представлен 2-мя методическими пособиями:
— Методическое пособие с лабораторными работами на русском языке
— Методическое пособие по пилотированию и программированию на русском языке

Методическое пособие по пилотированию и программированию предназначено для описания принципов пилотирования и программирования квадрокоптера. Методическое пособие содержит описание техники безопасности при использовании квадрокоптера, описание аккумулятора квадрокоптера и его обслуживания, пилотирование квадрокоптера с помощью мобильного телефона и с помощью компьютера, базовые упражнения для развития навыков пилотирования квадрокоптера, а также примеры программирования в графической среде, на языке Си и на языке Python.

Методическое пособие с лабораторными работами содержит теоретические сведения о аэродинамике летательных аппаратов, графические и текстовые описания сборки экспериментальных установок, а также содержит 6 лабораторных работ по аэродинамике.

Программный модуль для пилотирования и программирования
Программный модуль обеспечивает управление (пилотирование) квадрокоптера на устройствах под управлением операционных систем Windows и Android.
Программный модуль дополнительно включает в себя интегрированную среду разработки программ, которая функционирует на устройствах под управлением операционной системы семейства Windows. Интегрированная среда разработки программного модуля, помимо подсветки синтаксиса, компиляции и загрузки программы в плату управления, предоставляет разработчику функционал управления библиотеками, а также быть снабжена средствами мониторинга.

Программное обеспечение для проведения экспериментов
Программное обеспечение обеспечивает работу и обработку данных с цифровых датчиков. В составе программного обеспечения присутствует все необходимое для работы с данными, получаемых от цифровых датчиков, подключенных к компьютеру.
Работа с данными в программном обеспечении представлена разными форматами:
— Получение данных
— Вывод временной зависимости физической величины от времени
— Построение графика
— Составление электронного отчета

Программное обеспечение позволяет работать с цифровыми датчиками в операционных системах семейства Windows, Linux (AltLinux, AstraLinux).