بقلم Lauren Nagel
مقدمة
عندما يتعلق الأمر بأداء الطائرات المسيّرة، فهناك مقايضة ضرورية بين عاملين مهمين: الحمولة ومدة الطيران.
تزداد أهمية امتلاك سعة حمولة جيدة بشكل متزايد لطائرات التوصيل، وطائرات الشحن، وطائرات البحث والإنقاذ، وغيرها.
يمكن أن يساعدك التنبؤ بكيفية تأثير الحمولة على مدة طيرانك في وضع أهداف وتوقعات واقعية.
سنتناول في هذا المقال ما يلي:
- حسابات حمولة الطائرة المسيّرة
- كيفية زيادة عدد دورات المحرك الكهربائي في الدقيقة (والدفع)
- مقارنة حمولة الطائرة المسيّرة باستخدام حاسبة مدة الطيران
- حمولة بعض الطائرات المسيّرة المعروفة
- إضافي: كيفية زيادة مدة طيرانك وسعة حمولتك
الشكل 1: طائرة مسيّرة زراعية تحمل حمولة
1. حساب حمولة الطائرة المسيّرة
يمكننا البدء بافتراض أن إضافة حمولة يقلل من مدة الطيران.
يفترض معظم الناس ذلك بشكل بديهي، ولكن لماذا هو صحيح؟ لغرض هذا المقال، نفترض أن الحمولة تزداد بينما تظل مكونات الطائرة المسيّرة كما هي. لاحظ أن تقليل وزن الهيكل هو خيار جيد أيضًا وله نفس تأثير تقليل كتلة الحمولة.
الأمر يرجع في النهاية إلى هذا: للتغلب على وزن أعلى، يلزم دفع أكبر من المراوح، مما يتطلب عدد دورات أعلى في الدقيقة، والذي يسحب المزيد من الطاقة من البطارية، وبالتالي يقلل من عمر البطارية المتاح ومدة الطيران.
دعونا ننظر إلى الأمر بمزيد من التفصيل:
عندما تضيف كتلة إلى طائرة بدون طيار، فإنك تزيد من كمية الدفع المطلوبة لرفعها عن الأرض.
عندما تكون الطائرة المسيّرة في حالة تحليق ثابت، فإنها تكون في حالة توازن، وبالتالي يكون الدفع مساويًا للوزن:
الشكل 2: طائرة مسيّرة تحلق في حالة توازن
بالنسبة لمعظم الطائرات المسيّرة، تريد أن يكون أقصى دفع لها حوالي ضعف ما هو مطلوب للتحليق الثابت، مما يسمح لها بالإقلاع والتسلق والعمل بسلاسة. في النهاية، كتلة أكبر = متطلبات دفع أكبر.
قراءة إضافية: كم حمولة يمكن للطائرة المسيّرة حملها
هناك عدة طرق لحساب الدفع، ولكنه يعتمد بشكل عام على عدة عوامل، بما في ذلك قطر المروحة وخطوتها، وكثافة الهواء، والسرعة، وسرعة الدوران (عدد الدورات في الدقيقة)، كما توضحه هذه المعادلة لدفع المروحة الديناميكي:
بناءً على هذه المعادلة، التي اشتقها Electric Aircraft Guy، هناك طريقتان يمكننا من خلالهما زيادة الدفع: يمكننا تغيير أبعاد المروحة، أو يمكننا زيادة عدد الدورات في الدقيقة. هذه المعادلة عامة جدًا. للحصول على دفع أكثر دقة، فكر في الاختبار باستخدام منصة دفع.
بما أننا نحافظ على مراوحنا ثابتة، فسيتعين علينا بالتالي زيادة عدد الدورات في الدقيقة.
2. كيفية زيادة عدد دورات المحرك الكهربائي في الدقيقة
لزيادة عدد الدورات في الدقيقة، يتعين علينا سحب المزيد من الطاقة الكهربائية من البطارية، وتحديدًا المزيد من الجهد.
تعرف على المزيد: شاهد هذا الفيديو لمعرفة كيفية تأثير الجهد على سرعة المحرك.
غالبًا ما يتم التعبير عن سعة البطارية بالواط-ساعة (Wh). إذا كانت لديك سعة تبلغ 70 واط-ساعة، فيمكنك سحب 70 واط من الطاقة لمدة ساعة واحدة أو 1 واط من الطاقة لمدة 70 ساعة.
كلما زاد سحب الطاقة، قصر عمر البطارية. وهنا نعود إلى نقطة البداية.
بما أننا سنسحب جهدًا أعلى (وبالتالي طاقة أكبر) للوصول إلى عدد دورات أعلى في الدقيقة، فإن عمر البطارية سيستنفد بسرعة أكبر، وستكون مدة طيراننا أقل.
3. مقارنة حمولة الطائرة المسيّرة ومدة الطيران
بعد ذلك دعونا ننظر إلى هذا في الممارسة العملية. لقد قمنا بتطوير حاسبة مدة طيران الطائرة المسيّرة التي تتيح لك إدخال معلومات طائرتك المسيّرة، مثل وزن الطائرة المسيّرة والبطارية، وسعة البطارية، وعدد المراوح. إنها تجمع هذه المعلومات مع بيانات الدفع وتقدر مدة طيرانك من أجلك.
لهذا المقال، سنستعير البيانات من نظام الدفع هذا مع محرك T-Motor MN4014 ومروحة APC 12x6e من أجل توضيح العلاقة بين الحمولة ومدة الطيران.
الشكل 3: حاسبة مدة الطيران مع بيانات عينة
مع حمولة صفرية وكتلة الطائرة المسيّرة عند 1.6 كجم (بما في ذلك البطارية)، نحصل على مدة طيران تبلغ 39.6 دقيقة.
بينما نزيد الحمولة بزيادات قدرها 0.2 كجم، شاهد ما يحدث لمدّة الطيران: 
الشكل 4: رسم بياني لمدّة طيران الطائرة المسيّرة مقابل الحمولة
مع زيادة الحمولة تدريجيًا، تقل مدة الطيران.
4. حمولة بعض الطائرات المسيّرة المعروفة
ما يعتبر حمولة «جيدة» يعتمد على عوامل كثيرة، مثل حجم الطائرة المسيّرة ووظيفتها. إليك حمولة بعض الطائرات المسيّرة المعروفة كمرجع:
- حمولة DJI AGRAS T40: 50 كجم (110 أرطال)
- حمولة DJI Inspire 2: 0.8 كجم (1.8 أرطال)
- حمولة طائرة MQ-9A Reaper المسيّرة: 1,746 كجم (3,850 أرطال)
- حمولة طائرة Predator RQ-1 المسيّرة: 204 كجم (450 أرطال)
- حمولة طائرة Lancet-3 المسيّرة: 3 كجم (6.6 أرطال)
- حمولة طائرة SYPAQ المسيّرة: 3 كجم (6.6 أرطال)
- حمولة طائرة Raven RQ-11 المسيّرة: 0.18 كجم (0.4 أرطال)
5. إضافي: كيفية زيادة مدة طيران الطائرة المسيّرة وسعة حمولتها
توضح المعادلة أدناه كيف ترتبط سعة البطارية وسحب الطاقة بمدة طيران الطائرة المسيّرة. كلما زاد سحب الطاقة، كانت مدة الطيران أقصر:
هناك طريقة واحدة بسيطة يمكنك من خلالها زيادة كل من مدة الطيران وسعة حمولة طائرتك المسيّرة، والأمر كله يعود إلى متغير رئيسي واحد: الكفاءة. يؤدي زيادة كفاءة نظام الدفع لديك إلى تقليل الطاقة المسحوبة من البطارية، وبالتالي زيادة مدة طيرانك.
تحسين الكفاءة ليس موضوع هذا المقال، ولكن لدينا دليل كامل حول كيفية زيادة مدة طيران الطائرة المسيّرة وسعة رفعها، والذي يمكنك قراءته إذا كنت تتطلع إلى تحسين أداء طائرتك المسيّرة.
الخلاصة
في هذا المقال، أوضحنا كيف تؤثر حمولة الطائرة المسيّرة على مدة الطيران. المتغيرات الرئيسية هي الدفع، وعدد الدورات في الدقيقة، والطاقة الكهربائية، وسعة البطارية.
إذا كانت لديك أي أسئلة عالقة أو مواضيع ترغب في أن نتناولها، فاترك لنا تعليقًا أدناه.