أي طائرة مُسيرة تمتلك أفضل عمر للبطارية

تطورت تقنية الطائرات المُسيَّرة بسرعة كبيرة على مدى العقد الماضي، حيث انتقلت من طائرات لعب بسيطة إلى أدوات تُستخدم على نطاق واسع في سيناريوهات احترافية مثل التصوير الجوي، والرصد الزراعي الدقيق، والمساحة، والخدمات اللوجستية، والبحث والإنقاذ، وفحص القطاعات الكهربائية. وبالنسبة لجميع الطائرات المُسيَّرة، تُعد البطارية دائمًا واحدة من المكونات الأكثر أهمية؛ فهي تحدد بشكل مباشر زمن الطيران، والموثوقية، وقدرة الحمولة، وتكاليف التشغيل الإجمالية.

مع تطور المجتمع الحديث، يزداد الطلب على أوقات طيران أطول للطائرات المُسيرة باستمرار، مما يجعل ابتكار تقنية بطاريات الطائرات المُسيرة محور اهتمام المجتمع. والهدف واضح: تمديد وقت الطيران، وتحسين عمر البطارية، وتعزيز السلامة دون تغيير الشروط الأخرى.

ستقدم هذه المقالة بشكل منهجي أنواع بطاريات الطائرات المُسيرة، وتعريف مصطلح "أطول وقت طيران"، وأداء عمر البطارية للأنواع السائدة حاليًا من بطاريات الطائرات المُسيرة، وما هي الطائرات المُسيرة ذات العمر الأطول للبطارية، والعوامل الأساسية المؤثرة في وقت الطيران، ومحتوى عملي مثل كيفية حساب وقت طيران الطائرة المُسيرة.

ما هي بطارية الطائرة المُسيرة؟

بطارية الطائرة المسيرة هي مصدر طاقة قابل لإعادة الشحن يوفر الطاقة الكهربائية للطائرة المسيرة، ويوفر الطاقة لجميع الأجهزة مثل المحركات وأنظمة التحكم وأجهزة الاستشعار ونظم نقل الصور. وعلى عكس الطائرات التي تستخدم محركات احتراق داخلي، فإن معظم الطائرات المسيرة الحديثة تعمل بالكامل على البطاريات، مما يجعل كثافة طاقة البطارية ووزنها واستقرارها أمورًا حاسمة بالنسبة لأداء الطيران.

حاليًا، تعتمد الطائرات المسيرة بشكل أساسي على نظامين كيميائيين للبطاريات:
1. بطارية الليثيوم بوليمر (LiPo)
تُعد بطاريات LiPo شائعة جدًا في الطائرات المسيرة الاستهلاكية والعديد من الطائرات الاحترافية بسبب نسبة الطاقة إلى الوزن العالية وقدرتها العالية على التفريغ. وتستخدم هذه البطاريات تصميمًا على هيئة كيس مرن، ما يسمح بإنتاجها بمقاسات وأشكال مختلفة، وبالتالي تكييفها مع مجموعة واسعة من طرازات الطائرات. ومع ذلك، فإن بطاريات LiPo تمتلك عمر دورة منخفض نسبيًا، يتراوح عادة بين 300 و500 دورة شحن وتفريغ، وهي حساسة للتفريغ الزائد والشحن الزائد أثناء الاستخدام والتخزين، مما يتطلب صيانة دقيقة.
2. بطارية الليثيوم أيون (Li-ion)
تُعد بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) شائعة بشكل متزايد في الطائرات المُسيرة الصناعية وذات التشغيل الطويل بسبب كثافتها العالية للطاقة وعمرها الطويل في الشحن والتفريغ. يمكنها تخزين طاقة أكبر لكل وحدة وزن، مما يمكّن الطائرات المُسيرة من التحليق لفترة أطول، ويمكن أن تصل إلى 500–1000 دورة شحن أو أكثر. وعلى الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون لديها سعة تفريغ قصوى أقل قليلاً مقارنة ببطاريات ليبو، فإنها مناسبة للطائرات المُسيرة التي تتطلب طاقة مستمرة ومستقرة، مثل تلك المستخدمة في التصوير الجوي، والمسوحات، والتفتيش.

ما هي بطارية الطائرة المُسيرة الأطول عمراً؟

عند الحديث عن "أطول بطارية" في الطائرات المُسيرة، فإن ذلك يشمل في الواقع بُعدين رئيسيين:
1. أطول وقت طيران بشحنة واحدة
يشير هذا إلى أقصى فترة يمكن فيها للبطارية دعم تحليق الطائرة المُسيرة بعد شحنها مرة واحدة. بالنسبة للطائرات المُسيرة الاستهلاكية النموذجية، يعتبر مدى 30–50 دقيقة ممتازًا، بينما يمكن لبعض الطائرات المُسيرة الصناعية أن تتجاوز 60 دقيقة أو حتى أكثر تحت ظروف مثالية.
زهوشون للتكنولوجيا الذكية
2. أطول عمر إجمالي للبطارية
يشير هذا إلى عدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن أن تكملها البطارية. كلما زاد عدد الدورات، دلّ ذلك على طول عمر البطارية وانخفاض التكلفة الإجمالية. تُقدِّم بطاريات الليثيوم أيون المتقدمة وبعض تقنيات البطاريات شبه الصلبة الجديدة أداءً أفضل من حيث هذا المؤشر.

بطارية ViBMS

من أجل تحقيق أوقات طيران أطول، يواصل مصنعو البطاريات تقديم تصاميم خلايا ذات كثافة طاقة أعلى واستقرار حراري أفضل، بالإضافة إلى أنظمة إدارة بطاريات (BMS) أكثر ذكاءً. مما يطيل من وقت الطيران، ويحسّن السلامة، ويقلل الحاجة إلى استبدال البطاريات بشكل متكرر.

كم من الوقت يمكن لبطارية الطائرة المُسيرة أن تطير؟

يتم قياس عمر بطارية الطائرة المُسيرة عادةً من منظورين:
1. وقت الطيران
يبلغ وقت طيران الطائرات المُسيرة الاستهلاكية العادية في الغالب بين 20 و30 دقيقة، في حين يمكن لبعض الطرازات المتطورة مثل طائرات التصوير الجوي الاحترافية أن تتجاوز 40–50 دقيقة. ويمكن لبعض الطائرات الصناعية المُحسّنة أن تصل حتى إلى أكثر من 60 دقيقة.
زهوشون للتكنولوجيا الذكية
2. عدد دورات الشحن/التفريغ
يُعبَّر عادةً عن العمر الافتراضي الكلي للبطارية من حيث عدد الدورات: حيث تشهد بطاريات ليثيوم بوليمر انخفاضًا كبيرًا في السعة بعد 300 إلى 500 دورة، في حين يمكن لبطاريات الليثيوم أيون الحفاظ على أداء جيد لـ 500 إلى 1000 دورة أو أكثر. ويمكن إطالة عمر البطارية من خلال الاستخدام والتخزين المناسبين (مثل تجنب الشحن الزائد، والتفريغ الكامل، ودرجات الحرارة القصوى، والتخزين لفترات طويلة وهي مشحونة بالكامل).

العوامل المؤثرة في مدة طيران الطائرة المُسيرة

حتى مع الأداء الممتاز للبطارية، فإن أداء الطائرة المُسيرة الفعلي يتأثر بعدة عوامل:
1. سعة البطارية
كلما زادت الطاقة المخزنة في البطارية، المقاسة بوحدة واط-ساعة (Wh) أو ملي أمبير-ساعة (mAh)، زادت مدة الطيران نظريًا. ومع ذلك، فإن زيادة السعة تتطلب عادةً زيادة في الوزن، مما يستدعي تحقيق توازن بينهما.
2. وزن الطائرة المُسيرة والحمولة
يزيد وزن الطائرة والحمولات الإضافية مثل الكاميرات أو المستشعرات من استهلاك الطاقة ويؤدي إلى تقليل مدة الطيران.
3. بيئة الطيران
تؤثر العوامل البيئية مثل سرعة الرياح ودرجة الحرارة وكثافة الهواء على كفاءة الطيران؛ حيث تقلل كل من درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة من كفاءة البطارية.
4. وضع الطيران
يستهلك التحليق السلس طاقة أقل مقارنة بالمنعطفات الحادة أو التسارع/التباطؤ بسرعة عالية.
5. كفاءة نظام الدفع
تحدد كفاءة المحركات والدوارات ونظام الدفع بشكل عام مدى تحويل الطاقة الكهربائية إلى دفع للطيران.

كيفية حساب وقت طيران الطائرة المُسيّرة؟

الطريقة المبسطة لتقدير وقت طيران الطائرة المُسيّرة هي:
وقت الطيران (بالدقائق) = [ طاقة البطارية (وات-ساعة) / متوسط استهلاك الطاقة (واط) ] × 60
مدة الطيران (بالدقائق) = [متوسط استهلاك الطاقة (واط) \ طاقة البطارية (وات-ساعة) ] × 60
ومع ذلك، في الاستخدام الفعلي، يجب أخذ عوامل متعددة بعين الاعتبار مثل مقاومة الرياح والمتطلبات الفعلية للطاقة. لذلك، فإن هذا الحساب لا يعد سوى مرجع تقريبي، وغالبًا ما تكون مدة الطيران الفعلية أقل قليلاً من القيمة النظرية.

أي التطبيقات تتطلب عمر طيران طويل أكثر؟

تختلف متطلبات عمر الطيران بشكل كبير بين تطبيقات الطائرات المُسيَّرة المختلفة:
1. رسم الخرائط والمراقبة على نطاق واسع
تتطلب مجالات الزراعة والتعدين والحراجة وغيرها تغطية مناطق كبيرة، ويمكن أن يحسن العمر الطويل في الطيران الكفاءة بشكل كبير.
2. عمليات البحث والإنقاذ والاستجابة للطوارئ
في مهام البحث والإنقاذ، تحتاج الطائرات المُسيَّرة إلى البحث باستمرار لفترات طويلة، ويؤثر عمر الطيران مباشرة على كفاءة الإنقاذ.
3. المراقبة البيئية والمناخية
تتطلب المراقبة البيئية أخذ عينات أو إجراء ملاحظات مستمرة على مدى فترة طويلة في نقاط متعددة، مما يجعل عمر الطيران الطويل أمراً بالغ الأهمية.
4. تفتيش البنية التحتية
في المهام مثل فحص خطوط الكهرباء والأنابيب، فإن القدرة على الطيران المستمر تقلل من الانقطاعات.
5. الخدمات اللوجستية والتوصيل
في الحالات التي تُستخدم فيها الطائرات المُسيرة لتوصيل البضائع، يحدد عمر الطيران مباشرة مدى الوصول ونطاق الخدمة.

الاستنتاج

تُعد التطورات في تقنية بطاريات الطائرات المُسيرة واحدة من القوى الدافعة الأساسية لتوسيع نطاق تطبيقاتها. من البطاريات الليثيومية التقليدية (LiPo) إلى بطاريات الليثيوم أيون ذات الكثافة العالية للطاقة، ثم إلى أنظمة البطاريات شبه الصلبة التي تمتلك إمكانات أكبر في المستقبل، تتواصل البطاريات في دفع حدود عمر الطيران ومدة الاستخدام.
فهم أنواع البطاريات المختلفة، وطرق قياس زمن الطيران وعمر الدورة، والعوامل الرئيسية المؤثرة في زمن الطيران، سيساعدك على اختيار بطارية ومنصة طائرة مُسيرة مناسبة لأداء المهام المختلفة. في المستقبل، ومع الاستمرار في تحسين تركيبة البطارية وتكنولوجيا المواد وأنظمة إدارة البطارية، سيستمر تحسن زمن طيران الطائرات المُسيرة وموثوقيتها الشاملة، مما يجلب حلولًا جوية ذكية أكثر كفاءة إلى المزيد من الصناعات.