EN
1. Кіріспе
Дронның ұшу мерзімі оның тәжірибелік құндылығын анықтайтын ең маңызды көрсеткіштердің бірі болып табылады. Бұл ЖЖА (жерден басқарылатын ұшақ) киносуретке түсіру, ауыл шаруашылығын бақылау, инфрақұрылымды тексеру немесе авариялық жағдайларда қолданылса да, оның ауада ұзақ уақыт бола алу қабілеті миссияны қаншалықты тиімді орындай алатынын анықтайды. Қозғалтқыш жүйелері мен борттық интеллектіде жедел қарқынмен жетілдірулерге қарамастан, батареялардың шектеулері көптеген электрлік дрондар үшін негізгі «тұғыр» болып қала береді. Сондықтан батареяның жұмыс істеу уақытын ұзарту — бұл жалғыз-ақ нүктедегі жақсарту емес, сонымен қатар химиялық құрам, аэродинамика, электроника және операциялық стратегияларды қамтитын жүйелік деңгейдегі оптимизациялау мәселесі. Бұл мақала дрондардың батареясының жұмыс істеу уақытын маңызды түрде ұзартуға мүмкіндік беретін әдістер туралы терең қайта құрылған және техникалық тұрғыдан байытылған талқылауды ұсынады.
2. Батарея химиясы мен энергия сақтау жақсартулары
Ұзақ ұшу уақытының негізі энергия көзінде өзінде жатыр. Литий-полимерлі және литий-ионды аккумуляторлар БАСЖ нарығында басымдылыққа ие болса да, олардың сапасы материалдың құрамы мен ішкі құрылымына тәуелді болуы мүмкін. Қазіргі заманғы литий-ионды аккумуляторлардың NMC және NCA түрлері ескі LiPo аккумуляторларымен салыстырғанда жоғарылық гравиметриялық энергия тығыздығы мен жақсарған жылулық қасиеттерге ие. Бұл химиялық құрамдар дрондарға салмағын арттырмай, көбірек энергия сақтауға мүмкіндік береді, бұл тікелей ұзақ ұшу миссияларына айналады.
Литийдің дәстүрлі жүйелерінен тыс, келесі ұрпақтың технологиялары пайда болуда. Мысалы, қатты электролитті аккумуляторлар отқа қауіпті сұйық электролиттерді қатты өткізгіштермен ауыстырады, бұл жоғары энергия тығыздығын қамтамасыз етеді және жылулық тізбектің бұзылу қаупін азайтады. Циклдық өмірі шектеулі болғанымен, литий-күкірт аккумуляторлары қазіргі литий-ионды элементтерге қарағанда бірнеше есе жоғары энергия тығыздығын ұсынады. Сутегі отындық элементтері мен литий-ауа концепциялары да ұзақ уақыт жұмыс істейтін БАҚ-тар үшін болашақтағы мүмкіндіктерді көрсетеді. Бұл технологиялар әзірше негізгі бағытта емес, бірақ олар дрондардың қуат жүйелері қалай дамып келе жатқанын көрсетеді.
3. Құрылымдық оптимизация және салмақтың азайтылуы
Ұшу уақытын ұзартудың ең тиімді тәсілдерінің бірі — массаны азайту болып табылады, себебі көтеруші күшті қалыптастыру үшін қажетті қуат салмақпен тура пропорционал өседі. Материалдар ғылымындағы жетістіктер дрондардың рамаларын құруға мүмкіндік берді: олар бір мезгілде жеңіл де берік болады. Көміртекті талшықты композиттер, жоғары беріктікте полимерлер мен магний қорытпалары қазір құрылымдық массаны азайту үшін, бірақ тұрақтылықты сақтау үшін кеңінен қолданылады.
Салмақты азайту рамаға ғана шектелмейді. Электрондық компоненттердің — ұшу бақылаушыларының, GPS модульдерінің, камералардың және байланыс жүйелерінің — миниатюризациясы да ұзақтығын жақсартуға үлес қосады. Бірнеше функцияны бір платаға интеграциялау сымдардың күрделілігін және жалпы массаны азайтады. Аэродинамикалық жетілдіру де тиімділікті одан әрі арттырады. Ағысқа қарсы қалыпталған иіндер, тегіс беттер және оптимал дене пішіндері кедергіні азайтады, сондықтан дрон аз қуатпен ұшу биіктігін сақтай алады.
4. Қозғалтқыш жүйесінің тиімділігі
Қозғалтқыш жүйесі — көпроторлы дрондағы энергияның ең үлкен тұтынушысы болып табылады, сондықтан тіпті незақымды жақсартулар да ұшу уақытын қатты ұзартуға мүмкіндік береді. Қозғалтқыштарды таңдау маңызды рөл атқарады. Төмен ішкі кедергісі бар, жоғары сапалы магниттері бар және сәйкес KV рейтингі бар қозғалтқыштар жүктеме кезінде тиімдірек жұмыс істейді. Ауыр дрондар үшін айналу жиілігі төменірек болатын үлкен қозғалтқыштар көбінесе қуатқа қатысты итермелі күштің жақсырақ қатынасын қамтамасыз етеді.
Қанаттардың конструкциясы да осындай маңызды. Кішірек айналу жиілігінде айналатын үлкен диаметрлі қанаттар әдетте көбірек тиімді көтеруші күш туғызады. Қанаттардың геометриясы, қадам бұрышы және материалдың қаттылығы аэродинамикалық сипаттамаларға әсер етеді. Мысалы, көміртекті талшықтан жасалған қанаттар пластикалық қанаттарға қарағанда жүктеме кезінде пішінін жақсы сақтайды, сондықтан иілу нәтижесіндегі энергия шығыны азаяды. Электрондық жылдамдық реттегіштер (ESC) де тиімділікке үлес қосады. Өрісті бағытталған басқару (FOC) технологиясын қолданатын заманауи ESC-тер қозғалтқыштың жұмысын тегісірек етеді және электрлық шу деңгейін төмендетеді, бұл жалпы қуаттың пайдаланылуын жақсартады.
5. Ақылды энергия басқару және ұшу басқаруы
Бағдарламалық қамтамасыз етудің оптимизациясы — батареяның қызмет көрсету мерзімін ұзарту үшін жиі ескерілмейтін, бірақ өте тиімді әдіс. Нақты уақыттағы жағдайларға қарай қозғалтқыштардың шығысын реттей алатын, өзгермелі алгоритмдермен жабдықталған жетілдірілген ұшу басқарушылары артық энергия тұтынуын азайтады. Болжамды басқару жүйелері желдің әсерін алдын ала болжап, содан кейін қатты дүрбелеңсіз түзету орнына жұмсартылған компенсация жасайды.
Ұшу траекториясын жоспарлау да энергия тұтынуына әсер етеді. Тиімді миссия жобалауы сүйір бұрыштарды, қатты биіктік өзгерістерін және артық қамтылу аймақтарын болдырмауға бағытталған. Карталау міндеттері үшін бір-біріне қабаттасу дәрежесін оптимизациялау және ұшу жылдамдығын реттеу энергия шығынын қатты азайтуға мүмкіндік береді. Көпроторлы дрондар үшін қуатты тұтынатын ұшу режимі — парықтау — микродүрбелеңдерді азайтатын жақсартылған стабилизациялық алгоритмдер арқылы тиімдірек етілуі мүмкін.
6. Экологиялық және операциялық ескерілулер
Ең алдыңғы құрылғылар да жаман басқарылса, тиімсіз жұмыс істей алады. Батареяның қызмет ету ұзақтығына қоршаған ортаның жағдайлары әсер етеді. Төмен температурада литийлік батареялардағы химиялық реакциялар баяуласады, сондықтан пайдаланылатын сыйымдылық азаяды. Күшті жел дрондың орнын сақтау үшін көбірек энергия жұмсауын талап етеді. Сондықтан қолайлы ауа-райы жағдайларында ұшу ұшу уақытын максималды ұзартады.
Батареяны дайындау — тағы бір маңызды фактор. Батареяларды оптималды температура ауқымына дейін алдын ала жылыту разрядтау тиімділігін жақсартады. Агрессивті газ тетігін қолданбау, ұзындығы бойынша жылдамдықты бірқалыпты көтеру және қосымша маневрлерді азайту ұшу уақытын ұзартуға ықпал етеді. Жүкті басқару да соншалықты маңызды. Қажетсіз қосымша құрылғыларды алып тастау, жеңіл салмақты камераларды қолдану және салмақтың теңестірілуін қамтамасыз ету тұрақты ұшу үшін қажетті қуатты азайтады.
Дұрыс аккумулятордың күтімі қазіргі өнімділігі мен ұзақ мерзімді денсаулығын да арттырады. Аккумуляторларды бөлшектеп зарядталған күйде сақтау, терең разрядталудан аулақ болу және ішкі кедергіні кезекті тексеру сыйымдылықты уақыт өте келе сақтауға көмектеседі.
7. Кеңейтілген миссиялар үшін альтернативті электр қоректендіру жүйелері
Дәстүрлі аккумуляторлар ұсына алмайтын әлдеқайда ұзаққа созылатын ұшу мерзімін талап ететін қолданбалар үшін гибридті және альтернативті электр қоректендіру жүйелері перспективалы шешімдер ұсынады. Газ-электрлік гибридті дрондар ұшу кезінде электр энергиясын өндіру үшін кішірек жану қозғалтқыштарын пайдаланады, ол көп роторлы платформаларды сағаттар бойы ауада ұстап тұруға мүмкіндік береді. Сондай-ақ мамандандырылған өнеркәсіптік операцияларда қолданылатын сутегі отындық элементі бар дрондар ұзақ ұшу мерзімін аз шығарындылармен қамтамасыз етеді.
Күн энергиясымен көмекшілік жасайтын дрондар — басқа бір бағыт. Жеңіл салмақты күн энергиясынан қоректенетін панельдермен жабдықталған тұрақты қанатты БАЖ-дар ұшу кезінде энергияны жинауға қабілетті, олардың миссиясының ұзақтығын әлдеқайда арттырады. Кейбір эксперименттік платформалар жоғары тиімділікті аккумуляторлармен бірге күн энергиясын қолдану арқылы бірнеше күндік ұшу қабілетін көрсеткен.
8. Қолданысқа арналған стратегиялар
Әртүрлі дрон қолданыстары ұзақтығын арттыруға бағытталған әртүрлі стратегиялардан пайда көреді. Суретке түсіру мен карталау дрондары ұшу траекторияларын оптимизациялау мен жеңіл салмақты суретке түсіру жүйелерінен ең көп пайда көреді. Жеткізу дрондарына жүктің сақтықпен басқарылуы қажет, сонымен қатар гибридті қозғалтқыш жүйелерінен пайда көруі мүмкін. Тексеру дрондары жиі ұзақ уақыт бойы қалыпты ұшып тұрады, сондықтан олар үлкен диаметрлі желбірлерден, төмен KV-лы қозғалтқыштардан және тұрақты ұшу кезіндегі электр энергиясын тұтынуын азайтатын алғыс деңгейдегі стабилизациялық алгоритмдерден пайда көреді.
9. Болашақтағы бағыттар
Ұшақтың (дронның) батареясының қосымша жұмыс істеу уақытын ұзарту мақсатында әртүрлі салаларда инновациялар қарқынды дамып келеді. Жасанды интеллектке негізделген энергия оптимизациясы, жетілдірілген композиттік материалдар және жаңа батарея химиясы ұшқыш аппараттардың (БА) мүмкіндіктерін әрі қарай қайта пішіндеуге әкеледі. Қатты тұрақты және литий-күкірт батареяларының жетілуімен ұшу уақыты қатты артады. Оттық элементтер технологиясы коммерциялық логистика мен ұзақ қашықтықтағы бақылау салаларына кеңейуі мүмкін. Аэродинамика, жеңіл конструкциялар және ройдтардың (ұсақ дрондардың) ықпалдастыру алгоритмдерін жақсарту операциялық тиімділікті одан әрі арттырады.
10. Қорытынды
Дрондардың аккумуляторларының жұмыс істеу уақытын ұзарту үшін энергия сақтау, конструкциялық инженерия, қозғалтқыштардың жобасы, ақылды басқару және операциялық тәртіп саласын қамтитын бүтіндік тәсіл қажет. Жеке-дара жақсарту шараларының әрқайсысы өзінше жеткілікті емес; маңызды жетістіктер тек бірнеше стратегиялардың интеграциясы арқылы қол жеткізіледі. Технологиялық жетістіктердің әрі қарай үдеуімен дрондар ұзақ ұшу уақытына ие болады, бұл күрделірек миссияларды орындауға мүмкіндік береді және олардың әртүрлі салалардағы рөлін кеңейтеді. Ауадағы ұшақтың (UAV) төзімділігінің болашағы — алғысқа лайық материалдардың, ақылдырақ алгоритмдердің және инновациялық қуат жүйелерінің бірігуінде, барлығы бірігіп ауадағы роботтардың мүмкіндіктерінің шегін кеңейтеді.
