بقلم لورين ناجل
الاهتزاز الزائد هو أحد عوامل تدهور أداء الطائرات المسيّرة، إذ يؤدي إلى تآكل مبكر للمكونات، وتقليل مدة الطيران، وعدم استقرار تسجيلات الفيديو، وغيرها من العواقب السلبية.
يُعد عدم توازن المراوح أحد المصادر الرئيسية لهذا الاهتزاز، حيث تتوزع الكتلة بشكل غير متساوٍ على الشفرات. وقد يكون هذا الخلل موجودًا منذ خروجها من المصنع، أو قد ينجم عن أضرار تحدث أثناء النقل أو التشغيل.
نستعرض في هذا المقال دراسات تبحث العلاقة بين عدم توازن المراوح والاهتزاز، ونقدم توصية حول كيفية الحد من الاهتزاز في الطائرات المسيّرة.
جدول المحتويات
-
الاهتزاز مقابل سرعة الدوران قطر المروحة
-
تطوير نموذج للكشف عن الاهتزاز الناجم عن عدم التوازن
-
كيفية تقليل اهتزاز المراوح في الطائرات المسيّرة
الشكل 1: مروحة مثبتة على طائرة مسيّرة
1. الاهتزاز مقابل سرعة الدوران قطر المروحة
في عالم الطائرات متعددة المراوح، أكدت عدة دراسات أن العلاقة السببية بين عدم توازن المراوح والاهتزاز تمتد إلى الطائرات المسيّرة. وقد ساعدتنا هذه الدراسات على فهم هذه الظاهرة بشكل أفضل، بما في ذلك متى تصبح سببًا يدعو للقلق.
في دراسة أجراها كوانتاما عام (2019)، استُخدم مقياس اهتزاز ليزري دوبلر لقياس الاهتزاز في مراوح الطائرات المسيّرة المتوازنة وغير المتوازنة. وفي الدراسة، تم تركيز شعاع ليزر على ثلاثة مناطق في المراوح: الطرف، ومركز الشفرة، والمركز، حيث راقب حركة المروحة الديناميكية لاستنتاج سرعة الاهتزاز.
تمت مقارنة مروحة مقاس 13 بوصة وأخرى مقاس 14 بوصة.
قبل إجراء التجارب، استخدم المؤلفون نظام موازنة ساكن لموازنة المراوح في منطقتين: مركز الشفرات والمركز. ثم ثُبّتت المراوح على حامل دوّار، ودُورت بسرعة تصل إلى 7000 دورة في الدقيقة.
الشكل 2: إعداد اختبار مقياس الاهتزاز الليزري لدى كوانتاما (2019) (مُعاد إنتاجه من كوانتاما، 2019، بموجب ترخيص CC BY 4.0.)
ومن المثير للاهتمام أنه عند سرعات دوران أعلى، أظهرت المروحة مقاس 14 بوصة فجوة أكبر بكثير في سرعة الاهتزاز بين النموذجين المتوازن وغير المتوازن، مقارنة بالمروحة مقاس 13 بوصة.
عند سرعة دوران 5000 دورة في الدقيقة، أظهرت المروحة غير المتوازنة مقاس 13 بوصة سرعة اهتزاز أعلى بنسبة 12% أو 0.4 م/ث مقارنة بالمروحة المتوازنة. وبالمقارنة، بلغت هذه الفجوة 33% أو زيادة قدرها 2.3 م/ث في سرعة الاهتزاز بين المروحتين غير المتوازنة والمتوازنة مقاس 14 بوصة. وأشار المؤلفون إلى أن «زيادة كبيرة في سرعة الاهتزاز حدثت عند تجاوز 4000 دورة في الدقيقة.
الشكل 3: سرعة اهتزاز مروحة مقاس 13 بوصة (يسارًا) ومروحة مقاس 14 بوصة (يمينًا) (مُعاد إنتاجه من كوانتاما، 2019، بموجب ترخيص CC BY 4.0.)
تدعم هذه النتائج النتائج السابقة التي تشير إلى أن الاهتزازات الناجمة عن عدم توازن المراوح يكون لها تأثير أكبر عند سرعات دوران أعلى، وتوحي بأنها قد تكون أكثر تأثيرًا على الطائرات المسيّرة ذات المراوح الأكبر حجمًا.
للمزيد من القراءة: معايير موازنة المراوح للطائرات المسيّرة
2. تطوير نموذج للكشف عن الاهتزاز الناجم عن عدم التوازن
هدفت دراسة أحدث أجراها سالم وآخرون (2025) إلى معالجة التحديات المرتبطة بالكشف عن عدم توازن الدوار في البيئات الديناميكية، مثل تلك التي تنطوي على اضطراب الرياح والضوضاء البيئية.
تم إحداث عدم التوازن في النظام عن طريق إرخاء أحد براغي الشفرة في المروحة. وسُجلت أنماط الاهتزاز باستخدام مستشعر نظام كهروميكانيكي دقيق (MEMS) مثبت على جسم الطائرة المسيّرة، واستُخدمت البيانات المسجلة لتدريب نموذج الشبكة العصبية متعددة الطبقات MLP الخاص بهم، والذي سيُطبق لاحقًا على مجموعة بيانات اختبار.
وفي نتائجهم، أشاروا إلى أن ملف الاهتزاز للدوار غير المتوازن أظهر اهتزازًا أكبر بكثير في المحاور الثلاثة (X، Y، Z) مقارنة بالدوار المتوازن. وكان الانحراف أكثر وضوحًا في المحور X، مع ذروات تتجاوز 2g، لكن الأنماط غير المنتظمة الملاحظة في المحورين Y وZ تشير إلى أن عدم التوازن أحدث اهتزازات ثانوية في جميع أنحاء النظام.
ويشير المؤلف إلى أن «هذه التقلبات لا يمكن أن تؤثر على استقرار الطائرة المسيّرة فحسب، بل قد تزيد أيضًا من خطر الفشل الميكانيكي إذا تُركت دون معالجة».
الشكل 4: تسارع الاهتزاز للمراوح أ) المتوازنة و ب) غير المتوازنة (سالم، 2025) (مُعاد إنتاجه من سالم، 2025، بموجب ترخيص CC BY 4.0.)
تمكنت شبكتهم العصبية من تحقيق معامل ارتباط قدره 0.9224 في مجموعات بيانات الاختبار، مما يشير إلى إمكانية استخدام النموذج لتحديد حالات عدم التوازن المحددة في أنظمة الدفع الأخرى باستخدام بيانات مماثلة.
من الضروري توصيف الاهتزاز بدقة في أنظمة الطائرات المسيّرة، إذ يساهم في العوامل التي تتم مناقشتها في الأقسام التالية.
موصى به لك: خيارات اختبار النفق الهوائي (مقارنة)
3. كيفية تقليل اهتزاز المراوح في الطائرات المسيّرة
تثير دراسات كهذه عدة أسئلة: عند أي سرعة دوران تسبب آثار عدم التوازن اهتزازًا زائدًا لمروحة معينة؟ هل يمكن لنماذج اهتزاز المراوح أن تساعد في تحديد حالات عدم التوازن في الطائرات الأخرى؟ كيف يمكن تقليل اهتزاز المروحة؟
للإجابة عن كلا السؤالين، نحتاج إلى بيانات قوية لتوصيف المراوح المعنية.
في تايلو روبوتيكس، قمنا بتطوير نظام موازنة ديناميكي للمراوح يتيح للمستخدمين قياس حالات عدم التوازن في مراوحهم وتصحيحها.
في بضع دورات سريعة، يمكن للمستخدمين تحقيق موازنة بمعايير ISO. انقر هنا لمعرفة المزيد.
الشكل 5: إضافة أوزان إلى شفرات المروحة لتحقيق توزيع متساوٍ للكتلة
لمعرفة المزيد حول كيفية تأثير المراوح غير المتوازنة على طائرتك المسيّرة، حمّل ورقتنا البيضاء: عواقب عدم توازن المراوح على أداء الطائرات المسيّرة:
تنزيل الورقة البيضاء
