بقلم لورين ناجيل
يُعد تقليل ضوضاء الطائرات المسيّرة أولوية لدى العديد من مطوري ومشغلي هذه الطائرات. ويُعد شراء مراوح منخفضة الضوضاء أو طائرة مسيّرة منخفضة الضوضاء إحدى الطرق لتحقيق ذلك، ولكن هناك دائمًا مجال لمزيد من التحسين.
ما الذي يمكنك فعله أيضًا، كمطور أو مشغل للطائرات المسيّرة، لتقليل ضوضائها؟
نتناول في هذا المقال كيف تساهم المراوح في ضوضاء الطائرات المسيّرة، وكيف يختلف مستوى الضوضاء بين المراوح المتوازنة وغير المتوازنة. ونختتم بتوصية عملية حول كيفية تقليل الضوضاء الصادرة عن مراوح طائرتك المسيّرة.
جدول المحتويات
-
تلف المراوح والضوضاء
-
أداء مراوح الطائرات المسيّرة منخفضة الضوضاء
-
كيفية تقليل ضوضاء الطائرات المسيّرة
الشكل 1: طائرة مسيّرة رباعية الدوارات أثناء الطيران
1. تلف المراوح والضوضاء
من المنطقي افتراض أن المراوح غير المتوازنة تنتج ضوضاء أكبر من المراوح المتوازنة. ومع ذلك، بالنسبة لعدم التوازن الطفيف الذي لا يعيق طيران الطائرة المسيّرة بشكل كبير، فإن النتائج متباينة.
على سبيل المثال، في دراسة بيشان (2015)، لاحظ الباحثون العكس. اختُبرت مراوح ذات عيوب مختلفة مثل النتوءات، والشفرات المسننة، وعدم توازن الكتلة لإنتاج الضوضاء، وتم تدويرها بسرعات مختلفة تتراوح من 3000 إلى 5500 دورة في الدقيقة.
في غالبية تجاربهم، أظهرت المراوح ذات النتوءات أو الشقوق، في المتوسط، إنتاج ضوضاء مساوٍ أو أعلى (LZmax) مقارنة بالمروحة غير التالفة.
الشكل 2: أعلى مستوى ضوضاء تم اكتشافه (LZmax) للمراوح التالفة (B1 - B5)، وغير المتوازنة (B6)، والملساء (بيشان، 2015)
في حالة المروحة غير المتوازنة، التي أُزيل جزء من مادتها من إحدى الشفرات عن طريق الصنفرة، أظهرت النتائج أن المروحة المتوازنة أنتجت في الواقع ضوضاء أكبر عند الترددات الأعلى عند 5000 دورة في الدقيقة.
الشكل 3: أطياف الضوضاء للمراوح الملساء وغير المتوازنة عند 3000 (يسارًا) و5000 دورة في الدقيقة (يمينًا) (بيشان، 2015)
موصى به لك: كيفية إنشاء خريطة لأداء المحرك
لم يحدد الباحثون مقدار المادة التي أُزيلت من الشفرة، لذا يصعب تفسير هذه النتائج. كما لم يتم توصيف المراوح التي تضررت بإضافة أو إزالة المادة بالتفصيل، ومن المرجح أنها تمثل حالة غير متوازنة في حد ذاتها.
يناقش الباحثون الفرق بين الضوضاء النغمية والضوضاء واسعة النطاق، ويفرقون بينهما على النحو التالي: «ترتبط الضوضاء النغمية بالديناميكا الهوائية والحركية للشفرة في تدفق منتظم، [...] بسمكها وحمولتها وضوضاء رباعي الأقطاب. أما الضوضاء واسعة النطاق فهي أكثر تعقيدًا وتنتج عن التفاعل بين التدفق والمكونات المختلفة للشفرة».
تمثل مستويات الضوضاء النغمية معظم المساهمة في إجمالي الضوضاء، بينما تمثل الضوضاء واسعة النطاق جزءًا صغيرًا فقط. ويشيرون إلى أن أحد المساهمين الرئيسيين في الضوضاء النغمية هو ضوضاء السُمك، التي يحددها سُمك شفرة المروحة.
يمكن افتراض أنه من خلال تقليل سُمك شفرة المروحة غير المتوازنة عن طريق الصنفرة، فقد يكونون قد قللوا من ضوضاء السُمك وخفضوا إجمالي إنتاج الضوضاء النغمية.
إذا كنت بحاجة إلى إضافة أو إزالة الوزن من المراوح لأغراض الموازنة أو غيرها، فهناك طرق آمنة للقيام بذلك.
2. أداء مراوح الطائرات المسيّرة منخفضة الضوضاء
سعت دراسة ثالثة أجراها سيمكي (2021) إلى توصيف كيفية تأثير التلف على التسارع والمستويات الصوتية وأداء طيران الطائرات المسيّرة. أُجري الاختبار باستخدام طائرة DJI Phantom 4 Pro مع أربع مجموعات فريدة من المراوح؛ كان مجموعان بتصميم منخفض الضوضاء، بينما كان المجموعان الآخران بتصميم قياسي. وفي كل مجموعة، أُزيل سنتيمتر واحد من المادة من طرف إحدى المراوح لإحداث عدم توازن، بينما تُركت الأخرى دون تعديل.
أظهرت النتائج أنه بالنسبة لشفرتين قياسيتين، أظهرت المراوح غير المتوازنة زيادة في مستوى الضوضاء بمقدار 4 ديسيبل مقارنة بالمراوح غير المعدلة. وفي المقابل، أظهرت المراوح منخفضة الضوضاء فرقًا ضئيلًا أو معدومًا بين الحالتين التالفتة وغير التالفة.
الشكل 4: مستوى ضغط الصوت بالديسيبل للطائرات المسيّرة بمراوح غير تالفة وتالفة (سيمكي، 2021)
كما درسوا اهتزاز الطائرة باستخدام مقياس تسارع مدمج. وتتوافق النتائج مع القياسات الصوتية: أظهرت جميع الطائرات التالفة اهتزازًا متزايدًا، لكن الزيادة كانت أقل وضوحًا في الطائرات المسيّرة ذات المراوح منخفضة الضوضاء.
الشكل 5: الزيادة في التسارع بين الطائرات المسيّرة بمراوح غير تالفة وتالفة (سيمكي، 2021)
تفترض كل من هذه الدراسات أن مراوح الطائرة المسيّرة ومحركاتها كانت متوازنة جيدًا قبل إجراء التجارب. وسيكون من المثير للاهتمام إجراء المزيد من الدراسات حول هذه التأثيرات مع الإضافات التالية: 1) كتلة معروفة للمروحة، 2) كتلة أو مقدار معروف لعدم التوازن، 3) قياس توازن المروحة مقابل معيار معتمد.
الخلاصة من هذه الدراسات هي أن عدم التوازن الطفيف في مراوح الطائرات المسيّرة يمكن أن يؤدي إلى زيادة إنتاج الضوضاء. ومن المرجح أن يؤدي عدم التوازن الكبير إلى ضوضاء أكبر، وستصبح أكثر وضوحًا مع المراوح الأكبر أو المراوح التي تعمل بسرعات عالية جدًا.
للمزيد من القراءة: كيفية موازنة مروحة ثلاثية الشفرات
3. كيفية تقليل ضوضاء الطائرات المسيّرة
تثير دراسات كهذه عدة تساؤلات حول العلاقة بين موازنة المراوح وإنتاج الضوضاء. وبشكل عام، يبدو أن امتلاك مراوح متوازنة جيدًا يمكن أن يساعدك على تقليل ضوضاء الطائرة المسيّرة.
تتوفر في الأسواق العديد من أجهزة الموازنة الساكنة التي يمكن أن تساعدك على تحقيق توازن أساسي لمروحتك، ولكن للموازنة الأكثر دقة وتقليل تلك الديسيبلات القليلة الأخيرة، تُعد الموازنة الديناميكية ضرورية.
في Tyto Robotics، قمنا بتطوير نظامًا ديناميكيًا لموازنة المراوح يتيح للمستخدمين تحديد كمية عدم التوازن في مراوحهم وتصحيحها في بضع دورات فقط.
نستخدم معيار ISO 21940-11 كأساس للموازنة، حتى تتمكن من موازنة مراوحك بسرعة وفقًا للمعايير المعترف بها دوليًا.
يقترن النظام بمستشعر صوت لقياس الضوضاء التي تنتجها مروحتك عند حالات مختلفة من عدم التوازن.
انقر هنا لمعرفة المزيد والبدء في الموازنة.
الشكل 6: إضافة أوزان إلى شفرات المروحة لتحقيق توزيع متساوٍ للكتلة
الخلاصة
نأمل أن يكون هذا المقال قد قدم بعض الرؤى حول العلاقة بين موازنة المراوح وإنتاج ضوضاء الطائرات المسيّرة. إذا كانت لديك أي أفكار أو أسئلة أخرى، فأخبرنا في التعليقات.
لمعرفة المزيد عن كيف يمكن أن تؤثر المراوح غير المتوازنة على أداء طائرتك المسيّرة، قم بتنزيل ورقتنا البيضاء: عواقب عدم توازن المروحة على أداء الطائرات المسيّرة:
تنزيل الورقة البيضاء
المراجع
Pechan, T., & Sescu, A. (2015). Experimental study of noise emitted by propeller's surface imperfections. Applied Acoustics, 92, 12–18. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2014.12.011