Дрон батарейн цэнэг дуусах үед юу болдог

Дрон батарейн цэнэг дуусах үед үр дагавар нь зөвхөн хүчдлийн алдагдалд хүрэхтүүн биш. Энэ үйл явц нь дронд аюулгүй бүүрхүүлж, газар унаж, юмс тааруулж, эсвэл сэргээж нехүүлж чадахгүй байдалд хүргэдэг механик, электроник, аэродинамик, програм хангамжийн хариу үйлдлийн нарийн холбоо үүсгэндэг. Орчин үеийн дронд батарейн төлөвлөгөөт хяналтын систем, аварга ажиллагааны протокол, урьдчилан таамаглалын алгоритм зэрэг нарийн технологиуд орлуулж, онцгой аварга үйл явцуудыг саатуулж, гэтэдүүр батарейн цэнэг дуусах нь дронд тохиодог хамгийн түгээмүүр аварга үйл явц юм. Дронд батарейн цэнэг шүүрт түвшинд хүрэх үед юу болдогийг ойлгох нь аюулгүй ажиллагаа, хуульд нийцүүлж ажиллах, хугацаанд түүний итгэмүүр бүүрхүүлж ажиллахын тулд чухал. Энэ статистик нь дронд батарейн цэнэг дуусах үед үүсдэг физик процессын, системийн үйлдлийн, нислэх динамикийн, ажиллагааны үр дагаварын талаар академик бүтцэд суурилж, дэлгэрэнгүй шинжилгээг үзүүлдэг.

1. Нислэх үед батарейн цэнэг дуусах нь энергийн кризис

Дронд хэрэглэгдэх цахилгаан энергийн нүүрс — нислэг, тогтвортой байлгах, навигацийн, холбооны, сенсорын болон дронд суурилж буй тооцоолох системд цахилгаан энергия үлдээдэг. Цахилгаан батарейн хүч хорогдож буй үед хүчдэл удаан унаж, моторууд ба электрон төхөөрөмжид хүртэмүүр цахилгаан хүч багасдаг. Газар дээрх төхөөрөмжүүдтэй харьцуулбал, дронд цахилгаан энергия дуусаад л шууд зогсож чадахгүй — унаж ирэхгүйн тулд үүрд нислэг хадгалж үлдэх ёстой. Түүнээс батарейн хүч хорогдох нь үлдэшгүй үзэлд орших аюултай үйл явдал бөлгөн бүхнээс илүү, харин хүнд үзэлд орших аюултай үйл явдал.

Дронд хамгийн түгээмүүр цахилгаан батарей — литий-полимер (LiPo) батарейд хүчдэл хорогдох үед шугаман бус хувирал үзүүлдэг. Хүчдэл анх удаан унаж, батарейн хүч 20–30% хүртэл хүрсний дараа хурдан унаж эхэлдэг. Энэ хурдан унаж бүхнээс илүү туршлагагүй пилотуудын хүртэмүүр бүхнээс илүү. Хүчдэл моторын хурд хадгалж үлдэхүйн тулд шаардагдаж буй хүчдэл доор унаж буй үед түлхүүр хүч багасдаг, үүнээс өндөр багасдаг. Хэрэв батарейн хүч хорогдож үлдэх үед дронд хяналт гагнуулж ирэх магадлал бүхнээс илүү.

Батарейн дотоод эсүртэл мөн батарей хоосрох үед нэмэгддүг, түүнд онцгой түвшин дээрх ачаалал, жишээ нь: өндөр хурдтай нислэг эсвэл хүчтүй салхи компенсацийн үед.

2. Батарейн доод түвшинд нислэг удирдагчийн хариу үйлдэл

Орчин үеийн дронууд нислэг удирдагчийг орнууд, ялгаатай батарейн хүчдэл, гүйдлийн хэрэгцээ, температур, үлдсэн нислэгийн хугацаа зэрэг хүчин зүйлсийг тасралтгүй хянахад зориулан тоноглогдсон.

2.1 Батарейн доод түвшинд анхны сэрэмжлүүр

Дрон батарейн хүчний түвшин 25–30% орчимд бүүрхүүлд нь батарейн хүчний доод түвшний сэрэмжлүүлэлт өгдөг. Энэ үе нь мэдээллийн үе бөлгөө, пилотын гэр цэг рүү буцаж ирэх үйлдлийг эхлүүлэх боломж олгож буй. Дрон хүчний хадгалалтын зориулалтаар хурдны хүчтүүн хөдөлгөөнүүдийг хязгаарлахын гадна бүхлээрхүүн хөдөлгөөнүүдийг хадгалж буй.

2.2 Батарейн шүүрхүүлд нь критик үе

Батарейн хүчний түвшин критик түвшинд хүртэл—ихэнхдээ 10–15%—дрон автоматически Гэр Цэг Рүү Буцаж Ирэх (RTH) үйлдлийг эхлүүлж буй. Нислэг удирдлагын систем нь гэр цэг рүү хүрэхдээ хангалттай энергия үлдсэн үү гэдгийг тооцож буй. Хэрвээ үү не, түүн дээр пилотын командыг үл хүлээж, хамгийн ойрхин аюулгүй бүүрхүүлд нь бууж ирэх үйлдлийг эхлүүлж буй.

2.3 Дархан бууж ирэх үе

Хүчдэл нь тогтвортой нислэгт шаардагдаж буй хамгийн доод түвшин дор унахад, дрон дархан бууж ирэх горимд орж буй. Энэ үед нислэг хүртэл пилотын командын үл хүлээж, хөдөлгүүрүүд хүчдэлийн бүүрхүүлд нь харьяатайгаар таван хурдны хурдан буюу удаан хөдөлгөөнүүдийг хийж буй. Дархан бууж ирэх нь бүүрхүүлд нь бүхлээрхүүн хүчний алдагдалыг саархуулж, чөлөөт уналт үүсгэхийг саархуулж буй.

2.4 Цахилгаан хүчний таслалт үе

Батарейн хүчдэл аюултай зориудаа бага болж—ихэвчлэн нүд бүрт 3,0 В-оос доошоо—хүртэл нислэг удирдлагын төхөөрөмж шаардлагатай бус системүүдийг унтраадаг. Хүчдэл илүү буурвал моторууд бүрд унтраадаг. Энэ үед дрон хяналтгүй унадаг.

Эднәй авоматик хариу уралдааны үйлдвэрлэгчдийн хооронд ялгаатай бөлгөөнүүдтэй, гэтэл үндсэн зарчим нь ертөнцөд ижил: хөндлөн нислэгийн аюулгүй байдлыг хамгийн урт хугацаа хадгалах.

3. Батарейн хүчний дуусалт нислэгийн аэродинамика нарийн холбогдох нүднүүд

Батарейн хүчний дуусалт дрон-ийн аэродинамика нарийн холбогдох нүднүүдтэй. Хүчдэл буурвал моторын түлхүүр хүч буурдаг. Олон роторт дрон-ууд таван түлхүүр хүчний тэнцвэрт байдлыг хадгалахын тулд нарийн тохируулалт шаарддаг. Моторын хурдны жижиг бууралт ч дараах үр дүнд хүргэдэг:

• Өндөрлөн унаж бууралт
• Хоризонтал хурдатгал бууралт
• Түлхүүр хүчний бууралт
• Салхинд хазайлт ихсэлт
• Хөвж байхад хүндшрүүлт

Тэмцээч хүч нь таталцлыг даван туулахдаа онгоц унаж эхэлдэг. Хэрэв батарей маш их үрэгдсэн бол буух хурд нь аюулгүй хязгаарыг давж, хатуу бууралт эсвэл осол болно.

Хамгийн хүнд тохиолдолд нэг эсвэл хэд хэдэн мотор бусад моторноос өмнө хүч алдаж, дрон эрс буурч магадгүй. Энэ нь биеэ угааж, эргэлт, эргэлтэд хүргэж, эргэлтэд хүргэж болно. Дрон хяналтгүй байр суурьтай болсноор хангалттай хүчгүйгээр сэргээх нь бараг боломжгүй болно.

4. Батареа алдагдсан үед харилцаа холбоо, навигацийн алдаа

Батарейн дутагдал нь хөдөлгөөнд нөлөөлөхөөс илүүг нөлөөлж байна. Харилцаа холбооны систем, GPS модуль, бордын процессор ч тогтвортой хүчдэлийг шаарддаг. Батарей сулрах тусам эдгээр системүүд алдаатай байж болно.

4.1 GPS-ийн үйл ажиллагааны тасалбар буурсан

GPS модуль нь хиймэл дагуулын хаалтыг хадгалахын тулд тогтмол хүчдэлийг шаарддаг. Бага даралт нь байршлын мэдээллийг түр алдаж, дронг ATTI (хэлэлцээ) режимд орох хэрэгтэй. АТТИ хэлбэрээр дрон байр сууриа хадгалах боломжгүй бөгөөд салхитайгаар угааж байна.

4.2 Хяналтын системний дохио

Холбооны модуль цахилгаан хүчнээс тасралдвал дрон уудам хяналтын төхөөрөмжтэй холбогдохгүй болой. Түүн дагуу аварга ажиллах дүрэм идэвхжин, ихэвчлэн RTH юм ухаа бүрэн бүүрхийлүүр ажиллаж байна.

4.3 Сенсорын гэмтэл

Хараа сенсорууд, саад тавигч камерууд ба инфраулаан модулууд доод хүчдэлд шүүрхийлүүр ажиллаж байна. Эднүү сенсоруудгүй дрон саад тавигчдыг илрүүлж неүмүүр бүрэн бүүрхийлүүр ажиллаж байна.

4.4 Бүүрхийлүүр хурдны бүүрхийлүүр

Нислэгийн хяналтын төхөөрөмж цахилгаан хүчний хадгалалт үүднээс бүүрхийлүүр хурдны бүүрхийлүүр ажиллаж байна. Түүн дагуу хариу үйлдлийн хугацаа уртасаж, тогтвортой бүүрхийлүүр нарийн бүүрхийлүүр ажиллаж байна.

Эднүү гэмтлүүд нислэгийн батарейн хүчний дуусалттой холбоотой рискуудыг нэмж байна, түүнд цаг тухайд нь интервенц хийх нь чухал.

5. Батарейн бүүрхийлүүр гэмтэл үед юу болой

Батарейн бүүрхийлүүр гэмтэл хамгийн аюултай бүүрхийлүүр. Батарей цахилгаан хүчнийг илгээж неүмүүр моторууд мөртөөн зогсож байна. Хөндлөн нислэгийн онгоцоос ялгаатай, олон роторын дронууд глид хийж неүмүүр. Тэрд бүүрхийлүүр хүчнийг хадгалж байна. Моторын түлхүүр хүчнийгүй дрон чөлөөт унтаралд орой.

5.1 Чөлөөт унаж буйн динамика

Чөлөөт унаж буйн үед дрон доош нь ойролцоогоор 9.8 м/с² хурдатгалд хурдасса.

5.2 Мөргөлдүүн үр дагавар

Мөргөлдүүн ховдос нь өндөр, гадаргууны төрөл болон дронгийн загварын хамаарч өөрчлөгдөнө. Түүнд дараах ховдосууд хамаарна:

• Суурийн хэсгүүд хугарах
• Хайрцаг трескүүд
• Хөдөлгүүрүүд ховдосдох
• Гимбал ховдосдох
• Батарейн цүлхмүүд
• Нисгүүрүүд тасрах

Зарим тохиолдолд батарей нь дотоод богино замын улмаас цохилт хийхэд дэлбэрэх эсвэл шатаагдах боломжтой.

5.3 Тэсрэлтийн дараах батарейн аюул

Агаарын дунд батарейны үйл ажиллагаа бүтэхгүй бол тархсан, хэт халуун, эсвэл урсаж болно. Ийм батарейг ашиглахдаа болгоомжтой байх хэрэгтэй. Энэ нь тусгаарлагдаж, гал хориотой сав тутамд байршуулж, аюултай хог хаягдлын чиглэлийн дагуу хаягдана.

6. Ухаалаг батарей систем, урьдчилан таамаглах алгоритм

Орчин үеийн дронүүд нь дараахь зүйлсийг хянах микроконтроллероор тоноглогдсон ухаалаг батарей ашигладаг:

• Вольт
• Одоогийн
• Температур
• Эсийн тэнцвэр
• Одоогоор үлдсэн нислэгийн хугацаа
• Цэнэглэх циклүүд
• Эрүүл мэндийн байдал

Эдгээр системүүд нислэгийн удирдахтай харилцан харилцаа холбоо тогтоохын тулд бодит цаг үеийн мэдээллийг өгдөг. Дрон үүрэг даалгавраа гүйцэтгэж, аюулгүй буцаж ирэх эсэхийг урьдчилан таамаглах алгоритмүүд бий. Хэрэв тооцоолол хангалтгүй хүч чадлыг харуулж байгаа бол дрон автоматжуулж үүрэг гүйцэтгэлийг түргэн шуурхайд нь буцааж эсвэл RTH-г эхлүүлэх боломжтой.

Ухаалаг батареянууд нь мөн хүчдэл хоригт түвшин хүрэхээс өмнө унтрах замаар хэт хоосрондойлтыхой саад зогсоодог. Энэ батарейн ажиллах чадварыг хамгаалдог, гэхдээ хүүрт хол байх үед гэнэт цахилгаан губишилт үүсгэж болзо.

7. Батарейн хоосрондойлтыг хурдасгагч орчин нөхцлүүд

Батарейн хоосрондойлт тусгаарлан үүсдэггүй. Орчин нөхцлүүд нь хоосрондойлтын хурд ба хүчдэлийн тогтвортой байдлыг илтүүд нөлөөлдөг.

7.1 Хүйтэн цаг агаар

Бага температур батарейн химийн идэвхийг бууруулдог, хүчдэлийн унажилт ба багасган багтаамж үүсгэдог. Дронууд хүйтэн орчинд гэнэт цахилгаан губишилт үүсгэж болзо.

7.2 Өндөр хүчтэй салхи

Салхи моторын ачааллыг нэмэгдүүлдөг, батарейн хоосрондойлтыг хурдасгүүлдөг. Хүчтэй салхины нөлөөнийг компенсацийн үед хүчдэлийн унажилт илтүүд нэмэгддөг.

7.3 Өндөр өндөрлөг

Зөөлөн агаар пропеллерын үр ашгийг бууруулдог, үлдээх хүчдийн хүрдлүүд хадгалуулдог. Энэ нь цахилгаан хэрэглээг нэмэгдүүлдөг.

7.4 Хүнд ачаа

Камеру, сенсоруудын буюу хүргэлтийн савуудыг зөөх нь нислэгийн хугацааг бүүр товчруулж, хүчний шаардлагыг нэмэгдүүлж буй.

Эдгээр хүчин зүйлсийг ойлгох нь пилотуудад батарейн үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах, дуусаж хаяхыг саархуулахад тусалмуй.

8. Батарей дуусах үед автамат хамгаалалтын дүрэм

Батарейн түвшин шүүрхүүл болойн үед дронууд автамат хамгаалалтын дүрэмс идэвхжүүлж буй:

• Автамат гэрт буцаж ирэх
• Автамат бууж ирэх
• Хүчлэн бууж ирэх
• Хүчний үүрэгтүүлэх
• Хөдөлгүүрийн хурдны бүүрдүүлэх
• Сигнал дуудлага
• Хяналтын системд дэгдэлтийн анхааруулга

Эдгээр протокол нь хяналтгүй осол учруулахыг хориглоно. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь батарейн хүчтэй үрэгдэл эсвэл байгаль орчны бэрхшээлүүдийг нөхөн төлж чадахгүй.

9. Батарейн хэрэглээ багассан нь дрончдын эрүүл мэндэд урт хугацааны нөлөө үзүүлдэг

Дахин давтагдаж буй гүнзгий цэнэглэл нь батарейн эсүүдийг гэмтүүлж, дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж, хүчин чадлыг багасгаж байна. Цаг хугацаа өнгөрөх тусам, дрон:

• Онгоцны нислэгийн хугацааг багасгах
• Сэлбэг нэмэгдсэн
• Агаарын дунд буух эрсдэл өндөр
• Нөөцтэй байдлын бууралт

Батарейн бүрэн хэрэглээг зайлуулах, 40~60% цэнэгтэй хадгалах, тэнцвэржүүлэх эсүүд зэрэг батарейн зөв засвар үйлчилгээ нь батарейн амьдралыг урт болгодог.

10. Дүгнэлт

Дрон батарейн цэнэг дуусах үед цахилгаан систем, нислэг удирдагч, аэродинамик, холбооны модуль ба орчин нөхцөл хоорондын нарийн харилцан үйлдлүүд үүсдэг. Батарейн цэнэг дуусах нь сэрэмжлүүлэлт, онцгой төлөвлөгөө, хүчтэй бүүрдүүлэлт ба — хяналтгүй үлдэх тохиолдолд — бүтнээр нь цахилгаан хүчний губи, үл хяналттай унаж ирэх үйлдлийг дагуулдэг. Эдгээр үйлдлүүдийн тухай ойлголт нь дронг аюулгүй ашиглах, даалгаварын төлөвлөгөөнд хамаарах ба төхөөрөмжийн үргэлжлэх хугацаа зөөлөн бүүрдүүлэх үүрэгтэй. Дронгүүд хөгжин явж буй үед ухаант батарейн систем ба урьдчилан таамаглалын алгоритм нь батарейн цэнэг дуусахаас үүсгүй аварга аюулд саад тавихад түүнд илүү чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Батарейн цэнэг дуусах нь хүчдлийг бууруулдэг, нислэг хүчний хүчийг сулруулдэг, навигацийг саадтайдэг ба автомат аюулгүйн төлөвлөгөөнд дуудалт үүсдэг. Дронгүүд Хүүрт-Хүүрт (Return-to-Home), хүчтэй бүүрдүүлэлт хийх эсвэл бүтнээр нь цахилгаан хүчний губи үүсгүй үл хяналттай унаж ирэх магадлалтай. Ухаант батарейн систем нь үлдсэн нислэгийн хугацааг таамаглайдэг, харин орчин нөхцөл нь цэнэг дуусах хурдыг нэмэгдүүлдэг. Эдгээр үйлдлүүдийн тухай ойлголт нь хүүртлүүдийн губи, аюулгүй ажиллагаа сайжруулдэг.