EN
Drone-un havada ne qədər müddət qala biləcəyini proqnozlaşdırmaq, istehsalçının texniki xüsusiyyətlər siyahısını oxumaq qədər sadə bir iş kimi görünə bilər, lakin praktikada bu, pilotsuz aerodinamik sistemlər sahəsində ən subtil hesablamalardan biridir. Uçuş müddəti sabit bir xüsusiyyət deyil, elektrik, mexaniki, aerodinamik və mühit qarşılıqlı təsirlərinin yaratdığı nəticədir. Mühəndislər, pilotlar və tədqiqatçılar missiyaları planlaşdırmaq, tərtibat sistemlərini dizayn etmək və batareya texnologiyalarını qiymətləndirmək üçün dəqiq davamlılıq qiymətləndirməsindən asılıdırlar. Beləliklə, drone-un uçuş müddətini necə hesablamağı başa düşmək, onu ayrı-ayrı komponentlərin toplusu kimi deyil, enerji çevrilməsi sistemi kimi bütövlükdə baxmağı tələb edir.
Hesablamanın əsasında duran əlaqə yığılmış enerji və enerji sömrəsi dronun batareyası kimyəvi enerjinin saxlanma qabıdır; bu enerji əvvəlcə elektrik enerjisinə, sonra isə mexaniki itələməyə çevrilir. Uçuş müddəti bu enerji ehtiyatının nə qədər tez bitdiyindən asılıdır. Əsas prinsip ənənəvi təyyarələrin yanacaq sərfi modelinə bənzəsə də, elektrik mühərrikləri gərginlik düşməsi, qeyri-xətti boşalma əyriləri və temperaturdan asılı performans kimi xüsusi xüsusiyyətlərə malikdir. Bu amillər uçuş müddətinin qiymətləndirilməsini həm texniki cəhətdən maraqlı, həm də operativ cəhətdən vacib edir.
Əvvəlcə, dron batareyasında mövcud olan enerji miqdarı müəyyən edilməlidir. Əksər istehlakçı və peşəkar dronlar adətən litium-polimer (LiPo) və ya litium-ion (Li-ion) batareyalarından istifadə edirlər; onların tutumları ümumiyyətlə milliamper-saatla ifadə olunur. Bununla belə, yalnız tutum enerjini təyin etmir; gərginlik də nəzərə alınmalıdır. Batareyanın ümumi enerjisi onun tutumu ilə nominal gərginliyinin hasilinə bərabərdir və vatt-saatla ifadə olunur. Bu çevirmə vacibdir, çünki güc istehlakı vattla ölçülür və davamlılıq nəhayət vatt-saatın vatta nisbətidir. Lakin bu çevirmə də real dünyanı tam əks etdirmir. Batareyalar daxili müqavimət, yaşlanma və minimum gərginlik üzrə təhlükəsizlik hədləri səbəbindən adətən öz qeyd olunmuş tam tutumlarını vermir. Nəticədə mühəndislər tez-tez laboratoriya spesifikasiyaları deyil, praktiki məhdudiyyətləri əks etdirən «istifadəyə yararlı enerji» adlanan azaldılmış dəyərlərlə işləyirlər.
Mövcud enerjinin başa düşülməsindən sonra diqqət drone-un enerji istehlakına yönəldilir. Çoxrotorlu platformalar üçün təkmilləşdirmə enerji istehlakının ən böyük hissəsini təşkil edir. Hər bir mühərrik drone-un çəkisini kompensasiya etmək üçün kifayət qədər itki yaratmalıdır və bu itkini yaratmaq üçün tələb olunan güc yükün artması ilə sürətlə artır. İtki və güc arasındakı əlaqə pərvanə aerodinamikası və mühərrikin səmərəliliyi ilə müəyyən olunur; hər ikisi də fırlanma sürətindən asılı olaraq dəyişir. Rahat gaza səviyyəsində dayanma rejimində işləyən drone, maksimum itkisi imkanlarının yaxınlarında işləyən drone-a nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə az enerji istehlak edir. Buna görə də yüklərin artırılması, belə ki, kiçik artımlar belə uçuş müddətini əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər: bunlar təkmilləşdirmə sisteminə daha az səmərəli iş rejiminə keçməyə məcbur edir.
Davamlılıq qiymətləndirilməsi üçün bazis kimi tez-tez asılı qalma gücü istifadə olunur, çünki bu, sabit vəziyyəti təmsil edir. Asılı qalma cəriani və gərginliyinin ölçülmesi enerji istehlakının birbaşa qiymətləndirilməsini verir. Bununla belə, real missiyalar nadir hallarda tamamilə asılı qalma rejimindən ibarət olur. İleriləmə, qalxma, frenləmə və manevr etmə bütün dinamik yükləri matorlara tətbiq edir. Külək əlavə dəyişkənlik gətirir və bəzən enerji istehlakını əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Bu səbəbdən yalnız asılı qalma məlumatlarına əsaslanan davamlılıq hesablamaları adətən optimistik olur. Daha dəqiq proqnozlar missiya profili boyu gücün necə dalğalanmasını başa düşməyi tələb edir.
Missiya əsaslı modelləşdirmə uçuşu hissələrə—qalxış, qalxma, mülayim uçuş, eniş və əkizmə—bölür və hər bir hissəyə güc dəyəri təyin edir. Qalxış və qalxma ümumiyyətlə ən yüksək gücü tələb edir, halbuki eniş çox az güc tələb edə bilər. Mülayim uçuş üçün lazım olan güc havada sürətə, aerodinamik müqavimətə və ötürücü qüvvəyə görə dəyişir. Çoxrotorlu dronlar irəli uçarkən gücündə müəyyən dərəcədə azalma yaşayır, çünki pərlərdən keçən hava axını daha səmərəli olur; lakin bu üstünlük adətən dronun gövdəsi və yükü tərəfindən yaradılan artan müqavimət hesabına kompensasiya olunur. Hər bir uçuş hissəsinin davam müddətinə görə çəki verilməsi ilə mühəndislər əməliyyat realıqlarını daha yaxşı əks etdirən orta güc dəyərini hesablaya bilərlər.
Mühit şəraitləri davamlılıq qiymətləndirməsini daha da mürəkkəbləşdirir. Hava sıxlığı hündürlük və temperaturla azalır, bu da tərəsiyyənin səmərəliliyini azaldır və təkanı saxlamaq üçün mühərriklerin daha sürətli fırlanmasını tələb edir. Soyuducu hava şəraiti batareyanın performansını kimyəvi reaksiyaların yavaşlaması səbəbilə azaldır, isti hava isə mühərrik və elektron sürət idarəetmə qurğularına termal gərginlik artırır. Külək xüsusilə təsirli olur: güclü qarşı küləyə qarşı uçma enerji istehlakını iki dəfə artıra bilər, arxa küləklə uçma isə onu azalda bilər. Çünki mühit dəyişkənliyi qeyri-mümkündür, davamlılıq hesablamaları tez-tez təhlükəsizlik payı daxil edir ki, dron pisləşən şəraitdə belə evə qayıda biləsin.
Digər vacib amil batareyanın özünün sağlamlığıdır. Zaman keçdikcə təkrarlanan yükləmə-boşalma dövrləri batareyanın daxili kimyasını pozaraq müqaviməti artırır və tutumunu azaldır. Bu deqradasiya yük altında gərginlik düşüşü kimi özünü büruzə verir; bu da aşağı gərginlik xəbərdarlıqlarını vaxtından əvvəl aktivləşdirə və uçuş müddətini qısaltara bilər. Batareyanın sağlamlığının izlənilməsi üçün daxili müqavimət ölçmələrindən və dövr sayılarından istifadə edilməsi operatorlara performansın azalmasını proqnozlaşdırmağa və batareyaların etibarsız hala gəlməsindən əvvəl onları dəyişməyə imkan verir. Uzunmüddətli flot idarəetməsi üçün batareyanın yaşlanmasının izlənilməsi uçuş müddətinin hesablanması qədər vacibdir.
Yüklərin xarakteristikaları, çəkidan kənarda da, uçuş müddətini təsirləyir. LiDAR skanerləri, çoxspektrli kameralar və rabitə modulları kimi bir çox peşəkar yüklər dronun akkumulyatorundan elektrik enerjisi çəkir. Ümumi enerji istehlakını qiymətləndirərkən bu köməkçi istehlakı hərəkət verən qüvvəyə əlavə etmək lazımdır. 20 vat güc çəkən yük kiçik görünə bilər, lakin 30 dəqiqəlik bir missiyada o, 10 vatt-saat enerji sərf edir ki, bu da uçuş müddətini bir neçə dəqiqə qədər azalda bilər. Beləliklə, mühəndislər uçuş müddətini hesablayarkən yüklərin mexaniki və elektrik təsirlərini hər iki yönü ilə nəzərə almalıdırlar.
Qanad seçimi uçuş müddətinin optimallaşdırılmasında qeyri-adi dərəcədə böyük rol oynayır. Daha aşağı addımlı, daha böyük qanadlar aşağı fırlanma sürətlərində itələyici qüvvə yaratmaqda daha səmərəlidir və buna görə də davamlılığa yönəldilmiş dronlar üçün idealdir. Kiçik, yüksək addımlı qanadlar yüksək sürətlərdə daha çox itələyici qüvvə yaradır, lakin asma vəziyyətində (hovering) daha az səmərəlidir. Qanad xüsusiyyətlərini missiya tələblərinə uyğunlaşdırmaq uçuş müddətində əhəmiyyətli yaxşılaşmalar əldə etməyə imkan verir. Eyni şəkildə motorun KV qiyməti — volt başına fırlanma sayı — səmərəliliyi təsir edir. Böyük qanadlarla birlikdə istifadə olunan aşağı KV-li motorlar adətən daha yaxşı davamlılıq göstərir, çünki onlar daha aşağı dövrlərdə səmərəli işləyir.
Davamlılıq proqnozlarını dəqiqləşdirmək üçün mühəndislər tez-tez empirik sınaqlara əsaslanırlar. İtələyici standları müəyyən motor-pancadan kombinasiyaları üçün itələmə, cərəyan, gərginlik və səmərəlilik haqqında ətraflı ölçümlər verir. Bu məlumatlar mühəndislərə enerji istehlakını itələmə çıxışına uyğunlaşdıran performans əyriləri qurmağa imkan verir. Drone-un çəkisini bilərək hər bir motor üçün tələb olunan itələməni müəyyən etmək və uyğun enerji dəyərini əyrindən oxumaq olar. Bu üsul, istehsalçıların texniki xüsusiyyətlərinə və ya sadəcə asma ölçülərinə əsaslanmaqdan çox daha dəqiqdir.
Müasir dronlar həmçinin uçuş zamanı cərəyanı, gərginliyi, qaz keçidini və mühərrikin dövrlərini dəqiq qeyd edən ətraflı telemetriya qeydləri yaradır. Bu qeydlərin təhlili enerji istehlakının real şəraitdə necə dəyişdiyinə dair dərin fikir verir. Vaxt keçdikcə operatorlar öz xüsusi dronlarına, yükünə və missiya növünə uyğun proqnozlaşdırıcı modellər qura bilərlər. Bəzi irəli səviyyəli sistemlər hətta tarixi məlumatlara, ətraf mühit göstəricilərinə və missiya parametrlərinə əsaslanaraq uçuş müddətini proqnozlaşdırmaq üçün maşın öyrənməsindən istifadə edir.
Bu amillərin mürəkkəbliyinə baxmayaraq, əsas hesablama gözəl sadə qalır: uçuş müddəti istifadə edilə bilən enerjiyə orta güclə istehlak nisbətidir. Çətinlik isə bu iki dəyəri dəqiq təyin etməkdədir. İstifadə edilə bilən enerji batareyanın kimyasına, temperaturuna, yaşlanmasına və boşalma hədlərinə bağlıdır. Orta güclə istehlak isə çəkiyə, aerodinamikaya, tərtibat səmərəliliyinə, missiya dinamikasına və ətraf mühit şəraitinə bağlıdır. Hər bir amili sistemli şəkildə təhlil edərək mühəndislər yüksək etibarlı davamlılıq qiymətləndirmələri hazırlaya bilərlər.
Peşəkar əməliyyatlarda davamlılıq qiymətləndirilməsi yalnız texniki bir məsələ deyil, həm də təhlükəsizlik tələbi sayılır. Tənzimləyici çərçivələr tez-tez dronların külək dəyişiklikləri və ya fövqəladə eniş kimi gözlənilməz hadisələr üçün ehtiyat enerji saxlamasını tələb edir. Dəqiq uçuş müddəti proqnozu bu qaydalarla uyğunluğu təmin edir və havada enerji itirilməsi riskini azaldır. Xəritəçəkmə, yoxlama və çatdırılma kimi ticari tətbiqlərdə davamlılıq birbaşa məhsuldarlığı və dəyər effektivliyini təsir edir. Bir neçə dəqiqə əlavə olaraq havada qala bilən dron bir missiya ərzində əhəmiyyətli dərəcədə daha çox sahəni əhatə edə bilər və ya əlavə tapşırıqlar yerinə yetirə bilər.
Gələcəyə baxdıqda, batareya texnologiyasında qazanılan irəliləyişlər davamlılıq hesablamalarının yenidən formalaşdırılmasını təmin edəcək. Litium-kükürd, bərk cisim və yüksək silisiumlu anod batareyaları mövcud LiPo və litium-ion batareyalarından daha yüksək enerji sıxlığı təklif edir. Hidrogen yanacaq elementləri və qarışıq enerji sistemləri xüsusilə böyük dronlar üçün uzun uçuş müddətlərinə nail olmaq üçün alternativ yollar təqdim edir. Bu texnologiyalar yetişdikcə davamlılığı hesablamaq üçün istifadə olunan üsullar də inkişaf edəcək, lakin enerji və gücün əsas prinsipləri mərkəzdə qalacaq.
Xülasə olaraq, dronun uçuş müddətini hesablamaq üçün enerjinin necə saxlanıldığını, çevrildiyini və istehlak edildiyini tam başa düşmək tələb olunur. Əsas düstur sadə olsa da, real dünyada dəqiqlik üçün batareyanın davranış xüsusiyyətləri, hərəkət sisteminin səmərəliliyi, missiya dinamikası, mühit təsirləri və yükün xarakteristikaları diqqətlə nəzərdən keçirilməlidir. Nəzəri modelləşdirməni empirik sınaqlarla və məlumatların təhlili ilə birləşdirərək mühəndislər uçuş müddətini etibarlı şəkildə proqnozlaşdıra bilər və dronları onlar üçün nəzərdə tutulmuş müxtəlif missiyalar üçün optimallaşdıra bilərlər. Uçuş müddəti yalnız bir texniki xüsusiyyət deyil; bu, dronun ümumi dizayn keyfiyyətini və operativ hazırkılığını əks etdirir.
