بقلم Lauren Nagel
تستطيع أكبر الطائرات المسيّرة ومركبات eVTOL اليوم حمل آلاف الأرطال، سواء على شكل أشخاص أو شحنات أو غير ذلك. ولكن كيف يمكننا تحديد مقدار الوزن الذي يمكن للطائرة المسيّرة حمله؟
يعتمد مقدار الوزن الذي يمكن للطائرة المسيّرة حمله أولًا وقبل كل شيء على مقدار قوة الدفع التي تنتجها مراوحها.
وبعبارة واحدة: يعادل مقدار الوزن الذي يمكن للطائرة المسيّرة حمله الفرق بين إجمالي قوة دفع الطائرة المسيّرة وقوة الدفع اللازمة لطيرانها.
سيختلف هذا الرقم بناءً على نوع الرحلة التي صُممت الطائرة المسيّرة لإتمامها، وسنتناول ذلك أدناه.
سنتناول في هذا المقال ما يلي:
- نسبة قوة دفع الطائرة المسيّرة إلى وزنها
- متطلبات قوة الدفع للعمليات الأساسية
- كيفية حساب مقدار الوزن الذي يمكن للطائرة المسيّرة حمله
الشكل 1: طائرة مسيّرة لحمل الشحنات
نسبة قوة دفع الطائرة المسيّرة إلى وزنها
عندما تحوم الطائرة المسيّرة في مكانها (في حالة عدم وجود رياح)، تكون قوة الدفع المنتجة مساوية لوزن الطائرة المسيّرة:
لذا، إذا كانت كتلة الطائرة المسيّرة 35 كجمًا على سبيل المثال:
تحتاج مراوح الطائرة المسيّرة إذن إلى إنتاج 343 نيوتن أو 35 كجم قوة دفع لكي تحوم الطائرة. وإذا كنا نبني طائرة رباعية المراوح بأربع مراوح، فإن ذلك يعادل 86 نيوتن أو نحو 9 كجم لكل مروحة.
لكن الأمر ليس بهذه البساطة، لأن الطائرة المسيّرة ستحتاج في معظم الحالات أيضًا إلى الإقلاع والمناورة، وهو ما يتطلب تسارعًا وقوة دفع أكبر.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن الطرق الساكنة والديناميكية لموازنة مراوح الطائرة المسيّرة
قوة الدفع اللازمة للعمليات الأساسية
هناك قاعدة أساسية تنص على أنه بالنسبة لمعظم الطائرات المسيّرة، إذا كانت مراوحك قادرة على توليد قوة دفع تعادل ضعف ما هو مطلوب للحوم، فسيكون لديك تحكم كافٍ لمعظم العمليات. وللحصول على تحكم مستقر، يجب أن تستهدف نسبة قوة دفع إلى حمولة تبلغ 2:1.
توجد هذه القاعدة لأن طيران الطائرات المسيّرة في ظروف العالم الحقيقي لا يكون دائمًا في خط مستقيم وعلى مستوى واحد. تتطلب هبات الرياح والاضطرابات الجوية والحركات السريعة قوة دفع إضافية للدوران أو التسارع. ويتضمن ذلك تطبيق محركات الطائرة المسيّرة قوة أكبر على جانب واحد مقارنة بالآخر. لذا، إذا كنت تبني طائرة مسيّرة للمراقبة أو التصوير أو الطيران الأساسي، فهذه قاعدة بسيطة نسبيًا يمكن اتباعها.
بالنسبة لطائرتنا المسيّرة التي تزن 35 كجمًا، ستحتاج كل مروحة إذن إلى إنتاج نحو 18 كجم قوة دفع للحصول على تحكم مستقر.
الشكل 2: طائرة الرفع الثقيل IF1200
كيفية حساب مقدار الوزن الذي يمكن للطائرة المسيّرة حمله
لنفترض أننا نريد من طائرتنا المسيّرة حمل حمولة بالإضافة إلى وزنها الخاص. علينا فقط تحديد مقدار الكتلة الإضافية التي نحتاج إلى حملها، ثم التأكد من أن المراوح قادرة على إنتاج قوة دفع كافية.
لنفترض أننا نريد من طائرتنا المسيّرة التي تزن 35 كجمًا حمل حمولة تزن 5 كجم، وبالتالي سيبلغ وزنها الإجمالي 40 كجم.
إذا استخدمنا نفس المعادلة السابقة:
سنجد أننا بحاجة إلى أن تنتج طائرتنا رباعية المراوح 40 كجم قوة دفع للحوم، أو 80 كجم قوة دفع للحصول على تحكم مستقر. وبقسمة ذلك على أربع مراوح، يكون الناتج 20 كجم لكل مروحة.
هناك عدة طرق يمكننا استخدامها للتأكد من أن مراوحنا قادرة على إنتاج 20 كجم قوة دفع لكل منها، وهي مشروحة في هذا المقال حول كيفية حساب وقياس قوة دفع المروحة.
الخلاصة
في الختام، يعتمد مقدار الوزن الذي يمكن للطائرة المسيّرة حمله على عدة عوامل، وأهمها مقدار قوة الدفع التي تولدها مراوحها.
هناك عدة طرق لتقدير ما إذا كانت مراوحك قادرة على إنتاج قوة دفع كافية، ولكن الطريقة الوحيدة للتأكد هي إجراء اختبارات مناسبة.
إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن الطائرات المسيّرة وأنظمة الدفع وكيفية تحسين الأداء، فإننا نشجعك على الاطلاع على مجموعتنا من المقالات.