بقلم ياسمين القليش

تُعد جهاز اختبار قوة الدفع ضرورية لاختبار قوة الدفع ونقل العزم وسرعة الدوران والكفاءة لنظام الدفع لديك. ويضيف دمج أجهزة الاستشعار في اختباراتك مستوى إضافيًا من التحسين يمكن أن يرتقي بأدائك إلى المستوى التالي.

في صناعة الطائرات المسيّرة، من الموثّق جيدًا أن جمع البيانات من أجهزة استشعار خارجية قد يكون أمرًا صعبًا [1]. ولمعالجة هذه المشكلات، قمنا بتطوير ميزة برمجية جديدة تسمى «تحويلات الإدخال». تتيح لك هذه الميزة توصيل أجهزة استشعار تماثلية خارجية بجميع منتجات منصة الاختبار الخاصة بنا، حتى تتمكن من دمج بيانات أجهزة الاستشعار بسلاسة مع قراءات نظام الدفع لديك.

نوضح في هذا المقال كيفية توصيل أجهزة استشعار تماثلية بمنصة الاختبار الخاصة بك، ونقدم حالات استخدام تسلط الضوء على فوائد أجهزة الاستشعار الإضافية، كما نتطرق إلى بعض التحديات التي قد تواجهها أثناء الاختبارات.

جدول المحتويات

1. كيفية توصيل أجهزة استشعار خارجية بمنصة الاختبار الخاصة بك
2. أجهزة الاستشعار الخارجية المناسبة لاختبار نظام الدفع لديك
3. تحديات الاختبار باستخدام أجهزة استشعار خارجية

كيفية توصيل أجهزة استشعار خارجية بمنصة الاختبار الخاصة بك 

نوضح في هذا القسم كيفية توصيل أجهزة استشعار خارجية بمنصة الاختبار الخاصة بك. وسنستعرض استخدام جهاز استشعار للصوت لنوضح كيف يمكنك استخدام قياس ضوضاء المروحة لتحسين تجربة طيران أكثر هدوءًا.

إذا كنت تفضل عرضًا توضيحيًا بالفيديو، شاهد كيف نقوم بتوصيل جهاز الاستشعار بـفلايت ستاند 15: 

على وجه التحديد، سنقيس مستويات الديسيبل الناتجة عن نظام دفع (مروحة Xoar مقاس 26 بوصة + محرك AXI 8110) عن طريق توصيلمقياس مستوى الصوت SEN0232 بجهاز اختبار قوة الدفع فلايت ستاند 15 Pro الخاصة بنا. يعمل هذا المسبار بجهد دخل 5 فولت ويقيس مستويات الصوت من 30 ديسيبل (dB) إلى 130 ديسيبل (dB).

الشكل 1: إعداد اختبار منصة فلايت ستاند 

يمكنك اختبار مواضع مختلفة لأجهزة الاستشعار وتوليفات مختلفة للمحرك/المروحة لتحديد التكوين الذي يقلل الضوضاء إلى أدنى حد.

خطوات توصيل جهاز الاستشعار:

في برنامج فلايت ستاند: 

1. تأكد من توصيل جهاز فلايت ستاند عبر USB.
2. انتقل إلى علامة تبويب «تحويلات الإدخال».
3. انقر على «إضافة تحويل جديد».
4. في حقل «الاسم»، يمكنك كتابة اسم مستعار لجهاز الاستشعار (مثل «جهاز استشعار الصوت»).
5. اختر نوع الوحدة أو اختر «وحدات مخصصة» وأدخل «dB» للديسيبل.
6. خصّص الإدخال التماثلي العام للجهد للمتغير «a».
7. في حقل «المعادلة»، اكتب معادلة التحويل الواردة في ورقة بيانات جهاز الاستشعار، وفي حالتنا: a * 50: قيمة الديسيبل (dBA) = جهد الإخراج (V) × 50

8. أدخل حدود النظام بناءً على مواصفات ورقة البيانات لتفعيل قطع تلقائي للمحرك إذا تجاوز مستوى الصوت النطاق المحدد.

9. انقر على «حفظ»

النتائج

بعد التحليل، تُظهر النتائج الرسومية أدناه أنه عند أقصى عزم تسارع يبلغ 1500μs وسرعة دوران تبلغ 1099.45 دورة في الدقيقة، يولد نظام الدفع هذا ضوضاء بمستوى 76.18 ديسيبل. بعد ذلك، نقرر ما إذا كان هذا مستوى مقبولًا من الضوضاء، وإذا لم يكن كذلك، فيمكننا المضي قدمًا في اختبار توليفات أخرى لنظام الدفع لتحقيق مستوى ضوضاء أقل.

يسلط هذا المثال على توصيل أجهزة استشعار تماثلية بمنصة فلايت ستاند الخاصةة بك الضوء على إمكانية أجهزة الاستشعار الخارجية في تعزيز تطوير نظام الدفع بشكل كبير.

لماذا تستخدم أجهزة استشعار خارجية لاختبار أنظمة الدفع

يمكن أن تكون بيانات أجهزة الاستشعار أساسية في اتخاذ قرارات مدروسة تتعلق بتطوير الطائرات المسيّرة. ويمكن أن تؤدي البيانات الإضافية التي توفرها أجهزة الاستشعار إلى إنشاء طائرات مسيرة أكثر كفاءة وموثوقية وأمانًا.

إليك بعض الأسباب لإضافة أجهزة استشعار خارجية إلى إعداد الاختبار الخاص بك:

لجمع بيانات أداء إضافية

تُعد الكفاءة أحد أهم المقاييس لتقييم أداء الطائرات المسيّرة. إليك بعض أجهزة الاستشعار الجاهزة التي يمكن أن تساعدك في تحقيق كفاءة أعلى: 

• أجهزة استشعار ضغط الأسطوانة: يتيح لك مراقبة تقلبات ضغط الأسطوانة ضبط خليط الوقود والهواء بدقة، مما يعزز أداء أنظمة الدفع التي تستخدم محركات الاحتراق الداخلي.[3]

الشكل 4:  جهاز استشعار الضغط الكهروضغطي Kistler من النوع 6125C

• أجهزة الاستشعار الحرارية: تتبع درجة حرارة المكونات الحيوية لمنع ارتفاع درجة الحرارة، والتخفيف من مخاطر المخاطر البيئية المرتبطة بالحرارة، وضمان أن نظام الدفع لا يؤثر سلبًا على محيطه.[5] لاحظ أن جهاز استشعار درجة الحرارة من Tyto Robotics يتصل مباشرة بوحدة قياس القوة.

الشكل 5: جهاز استشعار درجة الحرارة PT-100 من Tyto Robotics

لتحسين الموثوقية 

يساعد اختبار الأداء مقابل العوامل البيئية باستخدام أجهزة استشعار خارجية في التنبؤ بالتفاوتات عندما تعمل الطائرة المسيّرة في ظروف العالم الحقيقي. تشمل أمثلة على هذه الأجهزة:

• أجهزة استشعار الرطوبة: يمكن أن يساعدك الاختبار بمستويات رطوبة مختلفة في تحديد كيفية الحفاظ على إنتاج ثابت لقوة الدفع في ظل ظروف بيئية متنوعة.[4]

الشكل 6: وحدة الرطوبة المعايرة HYTE-ANA-1735 من B+B Sensors

• أجهزة استشعار سرعة الهواء: يمكن أن يساعدك قياس تدفق الهواء حول نظام الدفع في تحديد مناطق التدفق الصفائحي والتدفق المضطرب، مما يؤدي إلى تعديلات في التصميم لتقليل السحب وتحسين القدرة على المناورة.

لقياس الضوضاء

يمكنك أيضًا استخدام أجهزة استشعار خارجية لتقليل المخاطر التشغيلية، خاصة في تطبيقات طيران الطائرات المسيّرة المتخصصة مثل الزراعة والعسكرية والخدمات اللوجستية. على سبيل المثال: 

• أجهزة استشعار الصوت: مراقبة مستويات الضوضاء للكشف عن التلوث الضوضائي المفرط والمشكلات الميكانيكية المحتملة، مما يساعد على ضمان أن نظام الدفع يعمل ضمن حدود الضوضاء المقبولة بيئيًا. اقرأ المزيد عن كيفية ارتباط الضوضاء بأداء المروحة.

تحديات الاختبار باستخدام أجهزة استشعار خارجية 

يطرح اختبار أنظمة الدفع باستخدام أجهزة استشعار خارجية عدة تحديات يجب معالجتها لضمان جمع بيانات دقيقة وموثوقة.

• التداخل والضوضاء: تولد أنظمة الدفع تداخلًا كهرومغناطيسيًا (EMI) واهتزازات ميكانيكية يمكن أن تؤثر على دقة أجهزة الاستشعار الخارجية.[6] يجب مراعاة تقنيات التثبيت لتقليل هذه الآثار وضمان قراءات موثوقة لأجهزة الاستشعار.
• دمج البيانات: يمكن أن يكون دمج البيانات من أجهزة استشعار متعددة أمرًا معقدًا.[6] يتطلب ضمان تفسير جمع البيانات بشكل صحيح خوارزميات برمجية متقدمة وقدرات معالجة بيانات. 
• المتانة: يجب أن تتحمل أجهزة الاستشعار الخارجية المستخدمة في اختبارات الدفع ظروف التشغيل القاسية، بما في ذلك درجات الحرارة العالية والاهتزازات والارتطامات المحتملة.[1]

كيف تحل منصات فلايت ستاند الخاصة بنا هذه المشكلات:

• نظام ثابت: يقلل خلية الحمل أحادية الكتلة لدينا من الاهتزازات التي تهدد دقة قياسات البيانات.
• دمج سلس للبيانات: يقوم برنامج فلايت ستاند بمزامنة قياس البيانات بدقة بمعدل أخذ عينات يصل إلى 1,000 هرتز، مما يتيح دمجًا سلسًا للبيانات.
• معادلات مخصصة: يدعم البرنامج معادلات مخصصة لتناسب أي خوارزمية يتم اختبارها، حتى تتمكن من استخدام أي أجهزة استشعار تلبي متطلبات التشغيل الخاصة بك.

إذا كانت لديك أي أسئلة أخرى، فلا تتردد في ترك تعليق لنا أدناه.

المراجع 

[1] Balestrieri, E., Daponte, P., De Vito, L., & Lamonaca, F. (2021). Sensors and Measurements for Unmanned Systems: An Overview. Sensors (Basel, Switzerland), 21(4), 1518. https://doi.org/10.3390/s21041518 

[2] Ghazali, M. H. M., & Rahiman, W. (2022). An investigation of the reliability of different types of sensors in the real-time vibration-based anomaly inspection in drones. Sensors, 22(16), 6015. https://doi.org/10.3390/s22166015 

[3] Ratiu, S., Popa, G. N., & Alexa, V. (2010). Monitoring of the pressure inside the cylinder for an internal-combustion engine. ResearchGate. https://www.researchgate.net/publication/228874236_Monitoring_of_the_pressure_inside_the_cylinder_for_an_internal-combustion_engine 

[4] Mikhelashvili, L., Barash, Y., Kiviniski, I., Gortinsky, L., & Neudachin, K. (2024). Formation and optical properties of LSPR-active nanowires: Role of substrate and environmental conditions. Journal of Physics: Condensed Matter, 36(10), 105703. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ad60d8 

[5] Tyto Robotics. (n.d.). How to check electric motor temperature sensor. Tyto Robotics. Retrieved August 1, 2024.

[6] Dewesoft. (n.d.). What is sensor fusion? Dewesoft Blog. Retrieved August 2, 2024, from https://dewesoft.com/blog/what-is-sensor-fusion