Որքան երկար կարող է աշխատել դրոնի մարտկոցը

Անօդային սարքի թռիչքի տևողության կանխատեսումը, թվում է, պարզ գործողություն է՝ համապատասխան արտադրողի տեխնիկական բնութագրերի ցուցակը կարդալով, սակայն իրականում դա անօդային համակարգերի ոլորտում ամենաբարդ հաշվարկներից մեկն է: Թռիչքի տևողությունը չի կարելի դիտարկել որպես ֆիքսված բնութագիր, այլ որպես էլեկտրական, մեխանիկական, աերոդինամիկական և միջավայրային փոխազդեցությունների արդյունք: Ճարտարագետները, օդաչուները և հետազոտողները բոլորն առաջադրանքների պլանավորման, շարժասարքերի մշակման և մարտկոցների տեխնոլոգիաների գնահատման համար հիմնվում են ճշգրիտ թռիչքի տևողության գնահատման վրա: Հետևաբար, անօդային սարքի թռիչքի տևողության հաշվարկման մեթոդները հասկանալու համար անհրաժեշտ է դիտարկել անօդային սարքը որպես էներգիայի վերափոխման համակարգ, այլ ոչ թե առանձին բաղադրիչների հավաքածու:

Հիմնական հաշվարկի կենտրոնում գտնվում է պահված էներգիայի և էլեկտրաէներգիայի սպառում շարժիչի մեջ դրոնի մարտկոցը քիմիական էներգիայի պաշար է, որը վերափոխվում է էլեկտրական էներգիայի, այնուհետև՝ մեխանիկական մղման: Թռիչքի տևողությունը կախված է այս պաշարի սպառման արագությունից: Չնայած հիմնական սկզբունքը նման է ավանդական թռիչքային մեքենաների վառելիքի սպառման մոդելին, էլեկտրական շարժաբանությունը ներմուծում է յուրահատուկ բնութագրեր, ինչպես օրինակ՝ լարման նվազում, ոչ գծային արտանետման կորեր և ջերմաստիճանից կախված աշխատանքային ցուցանիշներ: Այս գործոնները թռիչքի տևողության գնահատումը դարձնում են ինչպես տեխնիկապես հետաքրքիր, այնպես էլ շահագործման տեսանկյունից կրիտիկական:

Սկզբում անհրաժեշտ է որակապես որոշել թռչող սարքի մեջ առկա էներգիան: Շատ սպառողական և պրոֆեսիոնալ թռչող սարքեր օգտագործում են լիթիում-պոլիմեր (LiPo) կամ լիթիում-իոնային (Li-ion) մարտկոցներ, որոնց հզորությունը սովորաբար արտահայտվում է միլիամպեր-ժամերով: Սակայն միայն հզորությունը չի որոշում էներգիան. անհրաժեշտ է հաշվի առնել նաև լարումը: Մարտկոցի ընդհանուր էներգիան հավասար է նրա հզորության և անվանական լարման արտադրյալին և արտահայտվում է վատտ-ժամերով: Այս փոխակերպումը անհրաժեշտ է, քանի որ հզորության սպառումը չափվում է վատտերով, իսկ թռիչքի տևողությունը վերջնականապես հավասար է վատտ-ժամերի և վատտերի հարաբերությանը: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ այս փոխակերպումը չի ամբողջությամբ արտացոլում իրական աշխարհի վարքագիծը: Մարտկոցները հազվադեպ են տալիս իրենց լրիվ նշված հզորությունը՝ ներքին դիմադրության, տարիքային մաշվածության և նվազագույն լարման վրա սահմանված անվտանգության սահմանափակումների պատճառով: Այդ պատճառով ինժեներները հաճախ աշխատում են «օգտագործելի էներգիայի» հետ՝ իրական պայմաններին համապատասխանող նվազեցված արժեքով, որը ավելի շուտ արտացոլում է գործնական սահմանափակումները, քան լաբորատորիայի սպեցիֆիկացիաները:

Երբ հասանելի էներգիան հասկացված է, ուշադրությունը շեղվում է դրոնի էներգիայի սպառման վրա: Բազմառոտորային հարթակների դեպքում շարժանավային համակարգը կազմում է էներգիայի սպառման հիմնական մասը: Յուրաքանչյուր շարժիչ պետք է առաջացնի բավարար մխուրճում, որպեսզի հակազդի դրոնի քաշին, իսկ այդ մխուրճումն առաջացնելու համար անհրաժեշտ հզորությունը արագ աճում է բեռնվածքի աճի հետ մեկտեղ: Մխուրճումի և հզորության միջև հարաբերությունը կարգավորվում է պտտվող սալիկների աերոդինամիկայով և շարժիչի արդյունավետությամբ, որոնք երկուսն էլ փոփոխվում են պտտման արագության փոփոխման հետ մեկտեղ: Այն դրոնը, որը մնում է օդում հարմարավետ թրոթլի մակարդակում, զգալիորեն ավելի քիչ հզորություն է սպառում, քան այն դրոնը, որը աշխատում է իր առավելագույն մխուրճումն ապահովելու սահմանային հնարավորության մոտ: Հենց դրա համար էլ բեռնավորման ավելացումները՝ նույնիսկ փոքր չափսի ավելացումները, կարող են նկատելիորեն կրճատել թռիչքի տևողությունը. դրանք շարժանավային համակարգը տեղափոխում են ավելի քիչ արդյունավետ աշխատանքային տիրույթ:

Հաճախ օգտագործվում է լողացման հզորությունը՝ որպես շարունակականության գնահատման հիմք, քանի որ այն ներկայացնում է հաստատուն վիճակի պայմաններ: Լողացման ժամանակ հոսանքի և լարման չափումը տալիս է հզորության սպառման ուղղակի գնահատական: Սակայն իրական առաջադրանքները հազվադեպ են բաղկացած միայն լողացման ռեժիմից: Առաջադեմ թռիչքը, բարձրացումը, արգելակումը և մանևրավորումը բոլորը մեքենայի շարժիչների վրա առաջացնում են դինամիկ բեռնվածություն: Քամին ավելացնում է լրացուցիչ փոփոխականություն, երբեմն կտրուկ մեծացնելով հզորության սպառումը: Այս պատճառով միայն լողացման տվյալների վրա հիմնված շարունակականության հաշվարկները հաճախ չափազանց օպտիմիստական են: Ավելի ճշգրիտ prognozների համար անհրաժեշտ է հասկանալ, թե ինչպես է հզորությունը փոփոխվում ամբողջ առաջադրանքի պրոֆիլի ընթացքում:

Առաքելության վրա հիմնված մոդելավորումը թռիչքը բաժանում է հատվածների՝ վերելք, բարձրացում, կրուզավորում, իջեցում և վայրէջք, և յուրաքանչյուրին վերագրում է հզորության արժեք: Վերելքի և բարձրացման ժամանակ սովորաբար պահանջվում է ամենաբարձր հզորությունը, իսկ իջեցման ժամանակ՝ շատ փոքր հզորություն: Կրուզավորման հզորությունը կախված է օդի արագությունից, աերոդինամիկ դիմադրությունից և թափանցիկ բարձրացման ուժից: Բազմառոտորային անօդային սարքերը առաջացնում են հզորության չնչին նվազում առաջադեմ թռիչքի ժամանակ, քանի որ օդի հոսքը պտտվող թեքավորների միջով դառնում է ավելի արդյունավետ, սակայն այս առավելությունը հաճախ հակազդվում է օդանավի մարմնի և բեռնավորման կողմից առաջացող մեծացած դիմադրությամբ: Յուրաքանչյուր հատվածի տևողության համամասնությամբ կշռելով՝ ինժեներները կարող են հաշվարկել միջին հզորության արժեք, որը ավելի ճշգրիտ արտացոլում է շահագործման իրականությունը:

Շրջակա միջավայրի պայմանները հետագայում բարդացնում են թռիչքային ժամանակի գնահատումը: Օդի խտությունը նվազում է բարձրության և ջերմաստիճանի մեծացման հետ մեկտեղ, ինչը նվազեցնում է պտտվող սրվակի արդյունավետությունը և ստիպում է շարժիչներին ավելի արագ պտտվել՝ մնալու համար միևնույն մխոցային ուժի վրա: Սառը եղանակը նվազեցնում է մարտկոցի աշխատանքային ցուցանիշները՝ դանդաղեցնելով քիմիական ռեակցիաները, իսկ տաք եղանակը մեծացնում է շարժիչների և էլեկտրոնային արագության կարգավորիչների վրա գործադրվող ջերմային լարվածությունը: Քամին հատկապես մեծ ազդեցություն ունի. հզոր դիմառան քամու դեմ թռիչքի ժամանակ էներգիայի սպառումը կարող է կրկնապատկվել, իսկ հետառան քամու օգտագործման դեպքում՝ նվազել: Քանի որ շրջակա միջավայրի փոփոխականությունը անխուսափելի է, թռիչքային ժամանակի հաշվարկները հաճախ ներառում են անվտանգության մարգին, որպեսզի ապահովվի անսարքության պայմաններում նաև ավտոմատ թռիչքային սարքի տնային վերադարձը:

Մեկ այլ կարևոր գործոն է մարտկոցի ինքնին վիճակը: Ժամանակի ընթացքում բազմակի լիցքավորման և ավարտավորման ցիկլերը վնասում են մարտկոցի ներքին քիմիական կազմը՝ մեծացնելով դիմադրությունը և նվազեցնելով հզորությունը: Այս վատացումը դրսևորվում է բեռի տակ լարման նվազմամբ, որը կարող է վաղաժամկետ ակտիվացնել ցածր լարման նախազգուշացումներ և կրճատել թռիչքի տևողությունը: Մարտկոցի վիճակի վերահսկումը՝ ներքին դիմադրության չափումների և ցիկլերի հաշվարկի միջոցով, հնարավորություն է տալիս օպերատորներին կանխատեսել արդյունքների անկումը և մարտկոցները փոխարինել այն պահին, երբ դրանք դեռ վստահելի են: Երկարաժամկետ բեռնատար մեքենաների ֆլոտի կառավարման համար մարտկոցների տարիքային վատացման վերահսկումը նույնքան կարևոր է, որքան թռիչքի տևողության հաշվարկը:

Բեռնատարողության բնութագրերը նաև ազդում են թռիչքային տևողության վրա՝ այնպես, ինչպես դա ավելի շատ է կախված քաշից: Մի շարք մասնագիտական բեռնատարողություններ, օրինակ՝ LiDAR սկաներները, բազմասպեկտրալ միջոցները և կապի մոդուլները, սնուցվում են թռչող սարքի մեջ տեղադրված մարտկոցից: Ընդհանուր էներգիայի օգտագործման գնահատման ժամանակ այս լրացուցիչ սպառումը պետք է ավելացվի շարժման համար անհրաժեշտ էներգիային: 20 վատտ սպառող բեռնատարողությունը կարող է թվալ աննշան, սակայն 30 րոպե տևողությամբ թռիչքի ընթացքում այն սպառում է 10 վատտ-ժամ, ինչը կարող է նվազեցնել թռիչքի տևողությունը մի քանի րոպեով: Հետևաբար՝ ինժեներները թռիչքային տևողությունը հաշվարկելիս ստիպված են հաշվի առնել բեռնատարողության մեխանիկական և էլեկտրական ազդեցությունները:

Պտուտակի ընտրությունը բավականին մեծ դեր է խաղում թռիչքի տևողության օպտիմալացման գործում: Մեծ չափսի և ցածր քայլով պտուտակները, որպես կանոն, ավելի արդյունավետ են ստեղծելու մղում ցածր պտտման արագության դեպքում, ինչը դրանք հարմարեցնում է տևողականության վրա կենտրոնացած անօդային սարքերի համար: Փոքր չափսի և բարձր քայլով պտուտակները մեծ մղում են առաջացնում բարձր արագության դեպքում, սակայն ավելի քիչ արդյունավետ են կայուն թռիչքի ժամանակ: Պտուտակի բնութագրերի համապատասխանեցումը միսիայի պահանջներին կարող է զգալիորեն բարելավել թռիչքի տևողությունը: Նմանատիպ է նաև շարժիչի KV ցուցանիշը՝ մեկ վոլտի համար պտույտների թիվը, որը նույնպես ազդում է արդյունավետության վրա: Ցածր KV-ով շարժիչները, որոնք զուգակցված են մեծ չափսի պտուտակների հետ, հաճախ ապահովում են գերազանց տևողականություն, քանի որ աշխատում են ավելի արդյունավետ ցածր Պտ/ր-ով:

Մշակողները հաճախ օգտագործում են փորձարարական ստուգումներ՝ տևողության prognozները ճշգրտելու համար: Շարժիչ-պտուտակի համադրությունների համար մխոցային ուժի ստանդարտային սարքերը տալիս են մխոցային ուժի, հոսանքի, լարման և արդյունավետության մանրամասն չափումներ: Այս տվյալները թույլ են տալիս մշակողներին կառուցել կատարողականության կորեր, որոնք կապում են սպառվող հզորությունը մխոցային ուժի արդյունքի հետ: Իմանալով անօդային սարքի զանգվածը՝ կարելի է որոշել յուրաքանչյուր շարժիչի համար անհրաժեշտ մխոցային ուժը և կորից կարդալ համապատասխան հզորության արժեքը: Այս մեթոդը շատ ավելի ճշգրտված է, քան արտադրողի տեխնիկական բնութագրերի կամ պարզ կախված վիճակի չափումների վրա հիմնված մեթոդները:

Ժամանակակից դրոնները նաև ստեղծում են մանրամասն հեռատեղեկատվական մատյաններ, որոնք գրանցում են հոսանքը, լարումը, թրոթլի դիրքը և շարժիչների պտտման հաճախականությունը թռիչքի ընթացքում: Այս մատյանների վերլուծությունը տալիս է տեղեկություն այն մասին, թե ինչպես է փոխվում էներգիայի սպառումը իրական պայմաններում: Ժամանակի ընթացքում օպերատորները կարող են ստեղծել կանխատեսման մոդելներ՝ հարմարեցված իրենց կոնկրետ դրոնին, բեռնավորմանը և առաջադրանքի տեսակին: Որոշ առաջադեմ համակարգեր նույնիսկ օգտագործում են մեքենայական ուսուցում՝ կանխատեսելու թռիչքի տևողությունը հիմնված պատմական տվյալների, շրջակա միջավայրի մուտքային տվյալների և առաջադրանքի պարամետրերի վրա:

Չնայած այս գործոնների բարդությանը՝ հիմնարար հաշվարկը մնում է հետևյալն է՝ թռիչքի տևողությունը հավասար է օգտագործելի էներգիայի բաժանած միջին հզորության սպառման վրա: Հիմնական դժվարությունը կայանում է այս երկու արժեքները ճշգրիտ որոշելու մեջ: Օգտագործելի էներգիան կախված է մարտկոցի քիմիական կազմից, ջերմաստիճանից, մարտկոցի տարիքից և այն սահմաններից, որոնց սահմաններում այն կարող է արտանետվել: Միջին հզորության սպառումը կախված է քաշից, աերոդինամիկայից, շարժիչային համակարգի արդյունավետությունից, թռիչքի դինամիկայից և շրջակա միջավայրի պայմաններից: Յուրաքանչյուր գործոնի համակարգային վերլուծության միջոցով ինժեներները կարող են ստանալ բավականին հուսալի թռիչքի տևողության գնահատականներ:

Մասնագիտական գործողություններում ճանապարհային համակարգի կայունության գնահատումը ոչ միայն տեխնիկական վարժություն է, այլև անվտանգության պահանջ է: Կարգավորող շրջանակները հաճախ պահանջում են, որ անօդային սարքերը պահեն ավելցուկային էներգիա անսպասելի իրադարձությունների համար, օրինակ՝ քամու ուղղության փոփոխություն կամ արտակարգ վայրէջք: Ճշգրիտ թռիչքի տևողության prognozavanum-ը ապահովում է այդ կանոնակարգերի պահպանումը և նվազեցնում է օդում էներգիայի կորստի ռիսկը: Քարտեզագրման, ստուգման և փոխադրման նման առևտրային կիրառումների համար կայունությունը ուղղակիորեն ազդում է արտադրողականության և ծախսերի արդյունավետության վրա: Այն անօդային սարքը, որը կարող է մի քանի րոպե ավելի երկար մնալ օդում, կարող է զգալիորեն ավելի մեծ տարածք համակածել կամ յուրաքանչյուր առաջադրանքում լրացուցիչ առաջադրանքներ կատարել:

Ապագայում բատարեակների տեխնոլոգիայի ձեռքբերումները կփոխեն թռիչքային տևողության հաշվարկման մեթոդները: Լիթիում-ծծումբ, պինդ վիճակի և բարձր սիլիցիումային անոդներով բատարեակները ավելի բարձր էներգիայի խտություն են ապահովում, քան ներկայումս օգտագործվող LiPo և Li-ion բատարեակները: Ջրածնային վառելիքի մարտկոցները և հիբրիդային էներգամատակարարման համակարգերը այլընտրանքային ճանապարհներ են բացում թռիչքային տևողության մեծացման համար, հատկապես՝ մեծ չափսի անօդային սարքերի համար: Երբ այս տեխնոլոգիաները հասունանան, թռիչքային տևողության հաշվարկման մեթոդները նույնպես կզարգանան, սակայն էներգիայի և հզորության հիմնարար սկզբունքները կմնան կենտրոնական:

Ամփոփելով՝ անօդային սարքի թռիչքի տևողության հաշվարկը պահանջում է մանրամասն հասկացողություն այն մասին, թե ինչպես է էներգիան պահվում, վերափոխվում և սպառվում: Չնայած հիմնարար բանաձևը պարզ է, իրական աշխարհում ճշգրտությունը պահանջում է մշակել մարտկոցի վարքագիծը, շարժաբանական համակարգի արդյունավետությունը, առաջադրանքի դինամիկան, շրջակա միջավայրի ազդեցությունը և բեռնավորման բնութագրերը: Տեսական մոդելավորումը միավորելով փորձարարական ստուգումների և տվյալների վերլուծության հետ՝ ինժեներները կարող են վստահությամբ prognozavorel թռիչքի տևողությունը և օպտիմալացնել անօդային սարքերը այն բազմազան առաջադրանքների համար, որոնց համար դրանք նախագծված են: Թռիչքի տևողությունը ոչ միայն տեխնիկական բնութագիր է, այլև անօդային սարքի ընդհանուր նախագծման որակի և շահագործման պատրաստականության արտացոլանք: