بواسطة لورين ناجل
إن الحصول على تقدير دقيق لاستهلاك وقود مركبتك الجوية غير المأهولة هو عامل أساسي في جاهزية المهمة ونجاحها. سيخبرك متغير الأداء هذا عما إذا كانت طائرتك المسيّرة التي تعمل بالوقود قادرة على تسليم الطرد، أو الوصول إلى الزاوية الخلفية من الحقل، أو بلوغ هدفك.
الشكل 1: مركبة جوية غير مأهولة تعمل بالوقود أثناء الطيران
بالنسبة لمسارات الطيران التي تكاد تكون في حدود الإمكان، هناك عدة تقنيات يمكنك تنفيذها لتقليل استهلاك الوقود، وزيادة المدى، وتعزيز ثقتك في المهمة.
يبدأ تحديد كيفية تحسين استهلاك الوقود بحساب أو قياس معدل حرق وقود مركبتك الجوية غير المأهولة. في المركبات الجوية غير المأهولة الأكثر تطورًا والمزودة بمستشعرات تدفق الوقود المدمجة، يمكن الحصول على هذا الرقم بسهولة من نظام مراقبة الوقود الخاص بك. أما في المركبات الجوية غير المأهولة الأبسط التي لا تحتوي على أنظمة مراقبة الوقود، فيمكننا بدلاً من ذلك استعارة بعض مفاهيم تقدير الوقود من الطيران المأهول.
في هذا المقال، سنأخذك في جولة حول كيفية تقدير احتياجاتك من الوقود، وكيفية قياس الاستهلاك الحقيقي للوقود، وكيفية تقليل استهلاك مركبتك الجوية غير المأهولة للوقود / تحسين كفاءة استخدامها للوقود.
جدول المحتويات
-
كيفية تقدير احتياجات مركبة الطيران غير المأهولة من الوقود
-
ملف المهمة ومخططات الأداء
-
مثال توضيحي
-
التدحرج، والاختبار قبل الإقلاع، والإقلاع
-
التسلق
-
الطيران المستوي
-
الهبوط والنزول
-
إجمالي احتياجات الوقود
-
احتياطي الوقود ووقت BINGO
-
الارتفاع وظروف الرياح
-
كيفية قياس استهلاك مركبة الطيران غير المأهولة للوقود
-
مستشعر تدفق وقود مركبة الطيران غير المأهولة
-
برنامج إعادة تشغيل الرحلة
-
المشكلات الشائعة في قياس تدفق الوقود
-
الاتجاه الصحيح لتدفق الوقود
-
فقاعات الهواء في خط الوقود
-
نسبة الوقود إلى الزيت
-
كيفية تقليل استهلاك مركبة الطيران غير المأهولة للوقود
-
عدد الدورات في الدقيقة وإعدادات الطاقة
-
ضبط المِكربَن
-
تحسين خليط الوقود
-
التحكم في زاوية ميلان المروحة
-
الارتفاع والرياح
-
تحسين مسار الطيران
-
ملاءمة المحرك والمروحة
كيفية تقدير احتياجات مركبة الطيران غير المأهولة من الوقود
تذكر العديد من أوراق بيانات المركبات الجوية غير المأهولة أقصى مدة تحمل للوقود أو أقصى وقت طيران، لكن هذه التقديرات تفترض عادةً ظروفًا مثالية. يمكن للرياح المقابلة والرطوبة ومناورات الطيران المختلفة أن تقلل تدريجيًا من أقصى وقت طيران دقيقة بعد أخرى.
بعد شرح كيفية تأثير كل متغير على استهلاك الوقود، سنستخدم مثالًا لتوضيح كيف يمكنك استخدام جداول مرجعية مثل هذه لتقدير أداء مركبتك الجوية غير المأهولة، حتى لو لم تكن مركبتك الجوية مزودة بهذه المخططات.
ملف المهمة ومخططات الأداء
هنا سنستلهم أولًا من الطيران المأهول. تأتي الطائرات المأهولة بمواصفات أداء توضح بالتفصيل معدل حرق الوقود في ظروف مختلفة. فيما يلي مثال من طائرة سيسنا 172M سكاي هوك:
الشكل 2: جدول أداء الطيران المستوي لطائرة سيسنا 172M سكاي هوك 1976 وفقًا لدليل التشغيل
كما ترى، فإن الارتفاع الضغطي ودرجة الحرارة وعدد الدورات في الدقيقة كلها تؤثر على استهلاك الوقود.
عند ارتفاع 10,000 قدم في درجة حرارة قياسية، وبمعدل 2,400 دورة في الدقيقة، تستهلك الطائرة حوالي 6.4 جالون في الساعة من الوقود.
إذا كنت ستقوم بالطيران المستوي في نفس الظروف في يوم أكثر برودة، بدرجة حرارة أقل بـ 20 درجة مئوية عن الدرجة القياسية أو -5 درجات مئوية، فستستهلك 6.6 جالون في الساعة من الوقود. فرق متواضع، ولكنه قد يكون ذا أهمية.
الآن دعنا ننظر إلى أداء التسلق:
الشكل 3: جدول أداء التسلق لطائرة سيسنا 172M وفقًا لدليل التشغيل
للتسلق من مستوى سطح البحر إلى ارتفاع 10,000 قدم في يوم تكون فيه درجة الحرارة على الأرض قياسية، سيستغرق الأمر 25 دقيقة وستستخدم 4.5 جالون من الوقود. وهذا يعادل معدل حرق وقود قدره 10.8 جالون في الساعة، أي استهلاك أعلى بنسبة 69% مما هو عليه في الطيران المستوي.
مثال توضيحي
لنفترض أن لدينا مركبة جوية غير مأهولة ذات جناح ثابت بوزن 2,300 رطل، ونعلم من ورقة بياناتها أنها تحرق حوالي 5 جالون في الساعة من الوقود عند الطيران المستوي على ارتفاع 10,000 قدم فوق مستوى سطح البحر وبمعدل 2,400 دورة في الدقيقة. ومع ذلك، ليس لدينا أرقام أو مخططات أداء مفصلة بخلاف هذا الرقم.
الشكل 4: مركبة MQ-1 بريداتور الجوية غير المأهولة بوزن إقلاع أقصى قدره 2,250 رطل
الآن لنفترض أننا نريد في مهمتنا التسلق إلى ارتفاع 12,000 قدم فوق مستوى سطح البحر، ثم الطيران المستوي لمدة 30 دقيقة، ثم النزول مباشرة إلى الهبوط. درجة الحرارة 35 درجة مئوية ونقطة انطلاقنا عند مستوى سطح البحر.
كم نحتاج من الوقود لإكمال المهمة؟
يمكننا استخدام المخططات أعلاه للتوصل إلى تقدير معقول، أو يمكننا البحث عن مخططات أداء مماثلة لمركبة جوية غير مأهولة أو طائرة ذات خصائص مشابهة لخصائص مركبتنا.
في هذا المقال، سنعمل مع المخططات في الشكلين 2 و3.
لإبقاء هذا المثال بسيطًا، سنفترض رياحًا محايدة (لا رياح معاكسة ولا رياح خلفية)، لكننا سنراجع لاحقًا في قسم لاحق كيف تؤثر ظروف الرياح على حرق الوقود.
نحن نعلم بالفعل أن طائرتنا المسيّرة تحرق حوالي 5 جالون في الساعة من الوقود في نفس الظروف التي تحرق فيها سيسنا 172M معدل 6.4 جالون في الساعة. لذلك، تحرق طائرتنا المسيّرة حوالي 78% من الوقود الذي تحرقه طائرتنا المرجعية، على الأقل في الطيران المستوي. ولتبسيط الأمر، سنفترض نفس النسبة لجميع مراحل الطيران.
نحتاج إلى حساب معدل حرق الوقود لأربع مراحل من الطيران:
-
التدحرج، والاختبار قبل الإقلاع، والإقلاع
-
التسلق
-
الطيران المستوي
-
الهبوط والنزول
بعد ذلك يمكننا حساب إجمالي احتياجاتنا من الوقود والنظر في احتياطي الوقود ووقت BINGO.
التدحرج، والاختبار قبل الإقلاع، والإقلاع
بالنسبة لطائرة سيسنا 172M بوزن 2,300 رطل، والتي لها نفس كتلة طائرتنا المسيّرة، يُقدّر أن 1.1 جالون من الوقود مطلوب للتدحرج والاختبار قبل الإقلاع والإقلاع. سنطبق نسبتنا البالغة 78% (1.1*0.78)، ونقرب للأعلى، ونقدّر استخدام جالون واحد من الوقود لهذه المرحلة من الطيران.
في هذا التمرين، سنقوم دائمًا بالتقريب للأعلى لإضافة هامش أمان.
التسلق
لمرحلة التسلق، يمكننا استخدام الشكل 3 للحصول على تقديرنا. يوضح المخطط أن الأمر يستغرق 6.1 جالون للتسلق إلى ارتفاعنا المستهدف البالغ 12,000 قدم. يمكننا بعد ذلك تطبيق نسبتنا البالغة 78% (6.1*0.78) لتقدير 4.8 جالون.
ومع ذلك، لم ننتهِ بعد، لأن أداء التسلق يتأثر بدرجة الحرارة، ونحن نعمل في يوم دافئ بدرجة حرارة 35 درجة مئوية. ينص دليل تشغيل سيسنا POH على أن «التأثير التقريبي لدرجة الحرارة غير القياسية هو زيادة الوقت والوقود والمسافة بنسبة 10% لكل 10 درجات مئوية فوق درجة الحرارة القياسية، بسبب انخفاض معدل التسلق».
لذلك، يجب أن نزيد تقديرنا لحرق الوقود بنسبة 20% كاملة لأننا أعلى بـ 20 درجة مئوية عن درجة الحرارة القياسية.
4.8*1.2 = 5.76، وسنقرب إلى 6 جالون لنمنح أنفسنا هامش أمان صغيرًا.
الطيران المستوي
حساب حرق الوقود في الطيران المستوي أمر مباشر - يمكننا استخراج رقمنا الأساسي من الشكل 2: عند 2,400 دورة في الدقيقة، و12,000 قدم، و20 درجة مئوية فوق درجة الحرارة القياسية، يكون استهلاك الوقود لطائرة 172M هو 6 جالون في الساعة. وبما أننا نطير مستويًا لمدة 30 دقيقة، فسيكون هذا 3 جالون إجمالًا، مضروبًا في 78% ليعطي 3*0.78 = 2.34، والذي سنقربه إلى 2.5 جالون.
الهبوط والنزول
لا يحتوي دليل التشغيل POH على قسم محدد حول حرق وقود النزول، ولكن لا يزال بإمكاننا استخدام المخططات لاستنتاج تقدير. في النزول، يتم استخدام إعداد طاقة أقل، لذلك يمكننا استخدام أدنى إعداد مقدم في مخطط الطيران المستوي كمرجع، وهو 2,200 دورة في الدقيقة.
يختلف حرق الوقود عند 2,200 دورة في الدقيقة عند ارتفاعنا الابتدائي (5.3 جالون في الساعة عند 12,000 قدم) وأدنى ارتفاع في المخطط (6.1 جالون في الساعة عند 2,000 قدم). سنختار متوسطًا تحفظيًا في المنتصف قدره 5.8 جالون في الساعة لحساباتنا.
معدل نزول قدره 500 قدم / دقيقة يوفر معدل نزول مريحًا، ومن 12,000 قدم إلى مستوى سطح البحر سيستغرق ذلك 24 دقيقة. (24/60)*5.8 = 2.32؛ 2.32*0.78 = 1.8 جالون، والذي سنقربه إلى 2 جالون.
سنفترض أننا نطير في هبوط مباشر وأن الوقود المطلوب للهبوط مشمول بالفعل في حساب النزول هذا.
إجمالي احتياجات الوقود
إذا جمعنا جميع تقديراتنا، فإن إجمالي احتياجاتنا من الوقود لهذه المهمة هي:
-
التدحرج، والاختبار قبل الإقلاع، والإقلاع: جالون واحد
-
التسلق: 6 جالون
-
الطيران المستوي: 2.5 جالون
-
الهبوط والنزول: جالونان
الإجمالي = 11.5 جالون من الوقود المطلوب.
احتياطي الوقود ووقت BINGO
هناك عاملان آخران يجب مراعاتهما عند تقدير الوقود المطلوب لمهمتنا.
الأول هو حجم احتياطي الوقود الذي نرغب في أن يكون معنا عند الهبوط. في الطيران العام المأهول، يُوصى بوجود 30 دقيقة على الأقل من الوقود على متن الطائرة عند الهبوط للرحلات النهارية وفق قواعد الطيران البصري (VFR)، أو 45 دقيقة من الوقود لرحلات الطيران البصري الليلية.
في المهمات غير المأهولة، لا نحتاج إلى أن نكون صارمين مثل الطيران المأهول لأنه لا توجد أرواح على متنها، وإن كنا نفترض أننا نريد استعادة طائرتنا المسيّرة. وبناءً على ذلك، لهذه المهمة، لنقل إننا نريد الهبوط مع 15 دقيقة من الوقود، وهو ما يعادل في الطيران المستوي 6.4*(15/60)*0.78 = 1.25 جالون، والذي سنقربه إلى 1.5 جالون.
لضمان أن طائرتنا المسيّرة لديها ما يكفي من الوقود للهبوط مع هامش أمان، سنتأكد من أن لدينا 13 جالونًا على الأقل من الوقود (11.5 + 1.5) على متنها عند بدء هذه المهمة.
يسمح لنا وقت BINGO بتحديد متى نحتاج إلى العودة إلى القاعدة لكي نهبط مع احتياطي الوقود الذي حددناه. يضمن وقت BINGO أنه بغض النظر عن مكاننا في مهمتنا، إذا عدنا على الفور، فيمكننا العودة إلى القاعدة مع 15 دقيقة على الأقل من الوقود في خزاننا.
لحساب وقت BINGO، نحدد أولًا المسافة بين قاعدتنا / محطة إعادة التزود بالوقود وأبعد نقطة في مهمتنا. لنفترض أن ذلك 10 أميال. ثم نحدد الوقت المطلوب لقطع تلك المسافة. بناءً على مخططات أداء الطيران المستوي لدينا، يمكننا تقدير أننا نطير بسرعة حوالي 100 عقدة، أو 115 ميلًا في الساعة. لقطع 10 أميال، سيستغرق الأمر أكثر بقليل من 5 دقائق، أو حوالي 0.5 جالون من الوقود.
نضيف وقت السفر هذا (5 دقائق) إلى احتياطينا (15 دقيقة)، ونلاحظ أننا نحتاج إلى العودة إلى القاعدة عندما ينخفض الوقود على متننا إلى 20 دقيقة. إذا كنا نُقلع بـ 13 جالونًا من الوقود، وافترضنا معدل حرق متوسط قدره 5 جالون في الساعة، فهذا يضعنا عند ~2.6 ساعة (ساعتان و36 دقيقة) من الوقود على متننا. لذلك، نحتاج إلى العودة إلى القاعدة بعد ساعتين و16 دقيقة (ساعتان و36 دقيقة - 20 دقيقة).
يبدأ العد التنازلي لوقت BINGO بمجرد تشغيل محركنا. إذا بدأنا تشغيل محرك الطائرة المسيّرة في الساعة 10:00، فإن وقت BINGO لدينا هو 10:00 + ساعتان و16 دقيقة، لذلك ستعود مركبتنا الجوية غير المأهولة إلى القاعدة في موعد لا يتجاوز 12:16.
الارتفاع وظروف الرياح
يجب أيضًا مراعاة ظروف الرياح لإجراء تحليل دقيق لاستهلاك الوقود، خاصة إذا كانت المهمة تعتمد على المسار بدلاً من الوقت. ستبطئ الرياح المقابلة طائرتك المسيّرة وتزيد استهلاك الوقود لكل ميل، بينما يكون للرياح الخلفية تأثير معاكس.
هناك العديد من التطبيقات التي يمكنك استخدامها لتحديد سرعات الرياح وظروفها عند ارتفاعك المستهدف، مثل تطبيق Windy أو مزود الطقس الجوي المحلي الخاص بك (NAV CANADA، AWC، إلخ).
الشكل 5: واجهة سطح المكتب لتطبيق Windy مع سرعة رياح محددة للارتفاع
يتم حساب زيادة استهلاك الوقود من خلال تحديد المدة الزمنية الإضافية التي ستستغرقها المهمة في تلك الظروف، ويأتي بمفهوم السرعة الجوية مقابل السرعة الأرضية.
تقيس السرعة الجوية سرعة الطائرة بالنسبة للهواء المحيط، بينما السرعة الأرضية هي السرعة الفعلية بالنسبة لسطح الأرض أدناه. عند ثبات الخانق، لا تتغير السرعة الجوية مع الرياح المقابلة أو الخلفية، بينما تتغير السرعة الأرضية.
على سبيل المثال، سيستغرق الطيران لمسافة 50 ميلًا بسرعة جوية قدرها 115 ميلًا في الساعة بدون رياح حوالي 26 دقيقة. ومع ذلك، إذا أضفنا رياحًا مقابلة بسرعة 15 ميلًا في الساعة، فستنخفض سرعتنا الأرضية إلى 100 ميل في الساعة، وسيستغرق نفس المسار حوالي 30 دقيقة.
إذا كنا نطير مستويًا على ارتفاع 10,000 قدم بمعدل حرق وقود قدره 5 جالون في الساعة، فإن ذلك يمثل فرقًا قدره حوالي 0.3 جالون (2.2 مقابل 2.5 جالون) لهذا الجزء من المهمة.
في المهمات الحرجة، يمكن أن تؤثر الاختلافات الصغيرة مثل هذه على حمولتك، ومدى طيرانك، وما إذا كانت طائرتك المسيّرة ستعود بأمان أم لا.
كيفية قياس استهلاك مركبة الطيران غير المأهولة للوقود
يمكن استخدام المتغيرات المستخدمة في القسم الأخير لحساب تقدير لاحتياجات مركبتك الجوية غير المأهولة من الوقود. ومع ذلك، لا يمكن للنمذجة أن تقربك إلا إلى حد ما من حرق الوقود الحقيقي، خاصة بدون بيانات أداء خاصة بالطائرة المسيّرة.
في دراسة هيوكاوا وآخرينعلى سبيل المثال، تم استكشاف طريقة لتقدير استهلاك الوقود للطائرات المسيّرة. وبينما اعتبر المؤلفون أن الطريقة صالحة، حيث وقع الاستهلاك الفعلي للوقود (0.05 جم/ث) ضمن النطاق التقديري البالغ 0.04-0.1 جم/ث، إلا أن الحد العلوي للنطاق كان أعلى بنسبة 150% من الحد الأدنى، وبالتالي لم يكن دقيقًا بشكل خاص.
للحصول على تقدير أكثر دقة بكثير لمتطلبات وقود طائرتك المسيّرة، نوصي باستخدام منصة اختبار محرك الطائرات المسيّرة، والتي تتضمن مستشعرًا لتدفق وقود الطائرات المسيّرة ووظيفة إعادة تشغيل الرحلة، مما يمكن أن يساعدك على قياس استهلاك الوقود في ظروف مشابهة لرحلتك. المزيد من التفاصيل أدناه.
لاختبار نظام الدفع في طائرتك المسيّرة باستخدام المنصة، ما عليك سوى تركيب المحرك والمروحة باستخدام لوحة تثبيت المحرك المرفقة، وتوصيل خزان الوقود بمستشعر تدفق الوقود.
الشكل 6: منصة اختبار المحرك Flight Stand 60
مستشعر تدفق وقود الطائرات المسيّرة
يمكن لمستشعر تدفق الوقود المرفق مع منصة اختبار المحرك Flight Stand 60 قياس معدلات تدفق الوقود بين 20 - 800 مل/دقيقة، بدقة 1 مل/دقيقة.
هذا مستشعر تدفق وقود من نوع التوربين يعمل عن طريق تدوير مروحة داخلية عند مرور الوقود من خلاله، حيث تتناسب سرعة الدوران مع معدل التدفق.
برنامج إعادة تشغيل الرحلة
يأتي برنامج Flight Stand مجانًا مع منصة اختبار المحرك Flight Stand 60.
إحدى أكثر ميزات البرنامج فائدة لاختبار محرك الطائرات المسيّرة تسمى ميزة إعادة تشغيل الرحلة، والتي تتيح لك تحميل بيانات وحدة التحكم في الخانق من رحلة سابقة حتى تتمكن من إعادة تشغيل نمط الخانق بينما يكون محركك متصلًا بالمنصة. يوضح الفيديو أدناه كيفية عمل هذه الميزة.
الشكل 7: واجهة إعادة تشغيل الرحلة في برنامج Flight Stand
يوفر لك هذا تقديرًا موثوقًا لاستهلاك وقود طائرتك المسيّرة خلال تلك الرحلة المحددة، ويمكن إضافة الظروف الديناميكية باستخدام جدار رياح لخلق ظروف أكثر واقعية.
مشاكل شائعة في قياس تدفق الوقود
اتجاه تدفق الوقود
هناك بعض المشاكل التي يجب الانتباه إليها عند قياس تدفق وقود الطائرات المسيّرة. أولًا، التأكد من توصيل مستشعر تدفق الوقود بحيث يتدفق الوقود في الاتجاه الصحيح. يتضمن المستشعر أسهمًا تشير إلى الاتجاه الذي يجب أن يتدفق فيه الوقود بين خزان الوقود والمستشعر والمحرك.
فقاعات الهواء في خط الوقود
المشكلة الثانية هي وجود فقاعات الهواء في خط الوقود. لتقليل فقاعات الهواء في نظام وقود الطائرة المسيّرة، تأكد من إحكام إغلاق جميع خطوط الوقود ووصلات الخزان والتوصيلات، وخلوها من الشقوق، حيث يمكن أن تسمح حتى التسريبات الصغيرة بسحب الهواء إلى النظام. افحص الأنابيب الوقودية القديمة واستبدلها بانتظام، وتأكد من أن مآخذ الوقود (clunk) يظل مغمورًا طوال الرحلة، ووجّه خطوط الوقود بعيدًا عن المكونات الساخنة لتقليل تبخر الوقود وتكوّن الفقاعات.
نسبة الوقود إلى الزيت
أخيرًا، من الضروري استخدام النسبة الصحيحة للزيت إلى الوقود إذا كنت تستخدم محركًا ثنائي الأشواط. قد تختلف هذه النسبة خلال مرحلة التليين والتشغيل العادي، لذا تحقق من دليل استخدام محركك للحصول على التعليمات. سيساعدك ضبط هذه النسبة بشكل صحيح على تجنب نقص التزييت وتراكم الكربون، مما يضمن أداءً أكثر سلاسة واختبارات دون انقطاع.
كيفية تقليل استهلاك وقود الطائرات المسيّرة
الآن بعد أن عرفنا كيفية تقدير وقياس تدفق وقود الطائرات المسيّرة، دعونا نلقي نظرة على كيفية تحسينه.
فيما يلي 7 طرق يمكنك من خلالها تحسين استهلاك وقود الطائرات المسيّرة.
1. إعدادات دورات المحرك في الدقيقة والقدرة
إحدى أبسط الطرق لتقليل استهلاك الوقود هي تشغيل المحرك عند أعلى معدل لدورات المحرك في الدقيقة من حيث الكفاءة بدلًا من تشغيله بأقصى قدرة.
في دراسة أجراها أوزتورك وأونجو عام 2025، قيّم باحثون محرك طائرة مسيّرة ثنائي الأشواط تحت تركيبات مختلفة من المراوح ومعدلات دورات المحرك في الدقيقة بين 3,000 و5,000 دورة في الدقيقة. وحددوا نقطة تشغيل مثالية عند حوالي 4,000 دورة في الدقيقة. عند هذا الإعداد، انخفض استهلاك الوقود خلال مهمة نموذجية مدتها أربع ساعات من 2.51 لتر إلى 1.86 لتر، بينما تحسن الأداء الإجمالي بنسبة 47%.
وجدت الدراسة أيضًا أن زيادة دورات المحرك في الدقيقة إلى ما بعد النطاق الأمثل تؤدي إلى عوائد متناقصة في قوة الدفع مع زيادة كبيرة في استهلاك الوقود ودرجة حرارة المحرك. بالنسبة للمهمات طويلة المدى، يمكن أن يؤدي اختيار أدنى إعداد للقدرة لا يزال يلبي متطلبات سرعة الهواء والحمولة إلى تحسين كبير في اقتصاد الوقود.
2. ضبط المزيج
يمكن أن يكون لضبط المزيج بشكل صحيح تأثير كبير بشكل مدهش على استهلاك الوقود، خاصة في المحركات ثنائية الأشواط.
المزيج الغني جدًا يهدر الوقود ويمكن أن يسبب تراكم الكربون، بينما قد يؤدي المزيج الفقير جدًا إلى ارتفاع درجة الحرارة أو الاحتراق المبكر أو تلف المحرك. يمكن أن تؤدي التعديلات الصغيرة على إبر السرعة العالية والسرعة المنخفضة، والتي غالبًا ما تكون بمقدار ⅛ إلى ¼ دورة فقط، إلى تحسين سلاسة المحرك واستجابته للخانق وكفاءة الوقود بشكل كبير.
عند ضبط المزيج، يجب إجراء التعديلات تدريجيًا مع مراقبة درجة حرارة المحرك ودورات المحرك في الدقيقة واستهلاك الوقود. يجعل اختبار المحرك المزود بمستشعر تدفق الوقود هذه العملية أسهل بكثير ويسمح بقياس التغييرات بدلًا من الحكم عليها بالحدس فقط.
3. تحسين مزيج الوقود
يوفر تحسين نسبة الوقود إلى الهواء فرصة أخرى لتقليل استهلاك الوقود.
بحث ماهاديفابا وآخرون في طرق إطالة قدرة الطائرات المسيّرة ذات الأجنحة الثابتة على التحليق من خلال الإدارة الآلية للمحرك. وأظهر عملهم أن الجمع بين التحكم في مزيج الوقود وتشغيل المروحة ذات الخطوة المتغيرة سمح بزيادة قدرة التحليق بما يصل إلى 12 ساعة في منصات الطائرات المسيّرة طويلة المدى.
يمكن للأنظمة الأكثر تقدمًا أتمتة هذه العملية. طوّر وانغ وآخرون استراتيجية إمداد بالوقود تعتمد على التحكم في نسبة الهواء إلى الوقود (AFR) في حلقة مغلقة باستخدام وحدة تحكم ضبابية-PID. وبالمقارنة مع طرق معايرة الوقود التقليدية في حلقة مفتوحة، حسّن النظام الذي يتحكم في نسبة الهواء إلى الوقود كفاءة القدرة بنسبة 9-33% مع زيادة قدرة التحليق بحوالي 30 دقيقة. كما حسّن نهج الحلقة المغلقة استقرار المحرك وقلّل استهلاك الوقود العابر أثناء تغييرات الخانق.
بالنسبة للطائرات المسيّرة المجهزة بأنظمة حقن الوقود الإلكترونية، يمكن لمراقبة نسبة الهواء إلى الوقود والتحكم الآلي في المزيج تحسين اقتصاد الوقود بشكل كبير مع الحفاظ على أداء ثابت للمحرك.
4. التحكم في خطوة المروحة
تلعب المروحة دورًا رئيسيًا في تحديد مدى كفاءة تحويل قدرة المحرك إلى قوة دفع.
تم تحسين المراوح ذات الخطوة الثابتة لنطاق ضيق فقط من سرعات الهواء وظروف التشغيل. وعلى النقيض من ذلك، تسمح المراوح ذات الخطوة المتغيرة بتعديل زاوية الشفرة طوال الرحلة، مما يساعد المروحة على الحفاظ على كفاءة ديناميكية هوائية أعلى أثناء الصعود والتحليق والهبوط.
قارن ستيفنسون وآخرون بين أنظمة الدفع ذات الخطوة الثابتة والمتغيرة ووجدا أن المراوح ذات الخطوة المتغيرة استهلكت طاقة أقل أثناء رحلة التحليق. في سبعة اختبارات طيران باستخدام نفس الهيكل وظروف طيران مماثلة، احتاج النظام ذو الخطوة المتغيرة باستمرار إلى طاقة أقل من التكوين ذي الخطوة الثابتة، مما قلل استهلاك الطاقة المعياري بنسبة تتراوح بين 12-23% تقريبًا حسب ظروف الاختبار. من خلال تعديل خطوة الشفرة بناءً على دورات المحرك في الدقيقة وسرعة الهواء، عمل نظام الدفع بالقرب من نقطة كفاءته المثلى طوال المهمة.
بينما تضيف الأنظمة ذات الخطوة المتغيرة تعقيدًا ووزنًا وتكلفة، إلا أنها يمكن أن توفر تحسينات كبيرة في قدرة التحليق لعمليات الطائرات المسيّرة بعيدة المدى.
5. الارتفاع وظروف الرياح
يمكن أن يكون للظروف البيئية تأثير كبير على استهلاك الوقود.
يزيد الطيران في مواجهة رياح معاكسة من الوقت اللازم لإكمال المسار، مما يزيد استهلاك الوقود حتى لو ظلت إعدادات الخانق دون تغيير. وللرياح الخلفية تأثير معاكس ويمكن أن تزيد المدى بشكل كبير.
يؤثر الارتفاع أيضًا على استهلاك الوقود. تقلل الارتفاعات الأعلى عمومًا من كثافة الهواء، مما يقلل السحب الديناميكي الهوائي ويمكن أن يحسن كفاءة التحليق. ومع ذلك، فإن انخفاض كثافة الهواء يقلل أيضًا من خرج قدرة المحرك وقوة دفع المروحة. يعتمد ارتفاع التحليق الأمثل على المحرك والهيكل وملف المهمة المحدد.
قبل المهمة، راجع توقعات الرياح عند ارتفاع التشغيل المقصود، حيث يمكن أن يوفر اختيار ارتفاع ذي رياح أكثر ملاءمة مكاسب كبيرة في قدرة التحليق.
إذا كنت تريد التحقق من أداء طائرتك المسيّرة في ظروف رياح مختلفة قبل الخروج، فإن جدار رياح WindShaper هو طريقة رائعة لخلق تلك الظروف في الداخل.
الشكل 8: اختبار أداء الطائرات المسيّرة في الرياح باستخدام WindShaper
6. تحسين مسار الرحلة
ليس أقصر مسار دائمًا هو المسار الأكثر كفاءة في استهلاك الوقود.
تزيد الانعطافات الحادة وتغييرات الارتفاع المتكررة والمناورات القوية من استهلاك الوقود. تقلل مسارات الطيران الأكثر سلاسة من السحب، وتخفض عوامل الحمل، وتسمح للطائرة بالبقاء في نظام تشغيلها الأكثر كفاءة.
أظهر روبرج وآخرون هذا المفهوم باستخدام تحسين سرب الجسيمات (PSO) لتحسين إعدادات قدرة الطائرات المسيّرة على طول مسارات المراقبة. جمعت خوارزميتهم بين تنعيم المسار ثلاثي الأبعاد وإدارة القدرة المحسّنة مع احترام حدود أداء الطائرة. قللت المسارات الناتجة استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 25% مقارنة بطرق تخطيط الرحلات التقليدية.
بالنسبة للطائرات المسيّرة ذاتية القيادة، يمكن لبرامج تحسين المسار أن توفر مكاسب كبيرة في قدرة التحليق دون أي تعديلات على الأجهزة على الإطلاق.
7. مطابقة المحرك والمروحة
حتى المحرك عالي الكفاءة سيهدر الوقود إذا تم إقرانه بمروحة غير مناسبة.
يجب النظر إلى المحرك والمروحة والهيكل كنظام دفع متكامل. قد تجبر المروحة الصغيرة جدًا المحرك على العمل عند دورات في الدقيقة عالية بلا داعٍ، بينما يمكن للمروحة الكبيرة جدًا أن ترهق المحرك وتقلل الكفاءة.
سلط عمل أوزتورك وأونجو الضوء على أهمية المطابقة الصحيحة بين المحرك والمروحة. أظهر تحليلهما أن اختيار المروحة كان له تأثير كبير على سلوك المحرك، حيث شكل حوالي 86% من تباين درجة حرارة المحرك الملاحظ. كما قللت تكوينات المراوح المحسّنة استهلاك الوقود بنسبة 7% تقريبًا.
عند اختيار نظام الدفع، قيّم استهلاك الوقود وقوة الدفع ودرجات حرارة التشغيل معًا. يمكن أن تحدث التغييرات الصغيرة في قطر المروحة أو خطوتها تحسينات قابلة للقياس في قدرة التحليق دون الحاجة إلى أي تعديلات على المحرك نفسه.
الخلاصة
نادرًا ما يتعلق تحسين كفاءة وقود الطائرات المسيّرة بتعديل واحد. بدلًا من ذلك، تأتي أكبر المكاسب عادةً من الجمع بين قياسات استهلاك الوقود الدقيقة وإعدادات المحرك المحسّنة واختيار المروحة وتخطيط الرحلة وإجراءات التشغيل. من خلال فهم كيفية استهلاك طائرتك المسيّرة للوقود والتحقق من الأداء من خلال الاختبارات الواقعية، يمكنك زيادة قدرة التحليق وتوسيع المدى وتحسين موثوقية المهمة والاستفادة بشكل أكثر فعالية من كل لتر وقود على متنها.