EN
Meramalkan berapa lama sebuah dron dapat kekal di udara mungkin kelihatan sebagai perkara mudah yang hanya melibatkan pembacaan lembaran spesifikasi pengilang, namun dalam amalan sebenar, ia merupakan salah satu pengiraan paling halus dalam bidang sistem udara tanpa pemandu. Masa penerbangan bukanlah ciri tetap, tetapi hasil yang muncul daripada interaksi elektrik, mekanikal, aerodinamik, dan persekitaran. Jurutera, penerbang, dan penyelidik semuanya bergantung kepada anggaran ketahanan yang tepat untuk merancang misi, mereka bentuk sistem pendorong, dan menilai teknologi bateri. Oleh itu, memahami cara mengira masa penerbangan dron memerlukan pandangan holistik terhadap dron sebagai suatu sistem penukaran tenaga, bukan sekadar kumpulan komponen yang terpisah.
Di jantung pengiraan ini terletak hubungan antara tenaga tersimpan dan kehabisan kuasa bateri dron berfungsi sebagai takungan tenaga kimia, yang ditukar kepada tenaga elektrik dan seterusnya kepada daya tolakan mekanikal. Tempoh penerbangan bergantung pada kelajuan pengosongan takungan ini. Walaupun prinsip asasnya menyerupai model penggunaan bahan api bagi pesawat tradisional, pendorongan elektrik memperkenalkan ciri-ciri unik seperti penurunan voltan (voltage sag), lengkung pelepasan tak linear, dan prestasi yang bergantung kepada suhu. Faktor-faktor ini menjadikan anggaran ketahanan penerbangan menarik dari segi teknikal serta kritikal dari segi operasi.
Untuk memulakan, tenaga yang tersedia dalam bateri dron perlu dikuantifikasi. Kebanyakan dron pengguna dan profesional menggunakan bateri litium-polimer (LiPo) atau litium-ion (Li-ion), yang kapasitinya biasanya dinyatakan dalam miliamp-jam. Namun, kapasiti sahaja tidak menentukan jumlah tenaga; voltan juga perlu diambil kira. Jumlah tenaga suatu bateri merupakan hasil darab kapasitinya dengan voltan nominalnya, dan dinyatakan dalam watt-jam. Penukaran ini penting kerana penggunaan kuasa diukur dalam watt, manakala jangka masa operasi akhirnya merupakan nisbah antara watt-jam kepada watt. Walaupun begitu, penukaran ini masih tidak sepenuhnya mencerminkan kelakuan sebenar dalam keadaan sebenar. Bateri jarang memberikan keseluruhan kapasiti terpilihnya disebabkan oleh rintangan dalaman, penuaan, dan had keselamatan bagi voltan minimum. Oleh sebab itu, jurutera sering bekerja dengan "tenaga boleh guna", iaitu nilai yang telah dikurangkan untuk mencerminkan sekatan praktikal berbanding spesifikasi makmal.
Setelah tenaga yang tersedia difahami, tumpuan beralih kepada penggunaan kuasa dron. Bagi platform multirotor, sistem pendorong menyumbang sebahagian besar penggunaan tenaga. Setiap motor mesti menjana cukup daya angkat untuk menentang berat dron, dan kuasa yang diperlukan untuk menghasilkan daya angkat ini meningkat dengan pesat apabila beban meningkat. Hubungan antara daya angkat dan kuasa dikawal oleh aerodinamik bilah pemutar dan kecekapan motor, kedua-duanya berubah mengikut kelajuan putaran. Sebuah dron yang terapung pada tahap bukaan gas yang selesa menggunakan kuasa yang jauh lebih rendah berbanding dron yang beroperasi hampir pada keupayaan daya angkat maksimumnya. Ini adalah sebabnya penambahan muatan, walaupun kecil, boleh mengurangkan masa penerbangan secara ketara: ia mendorong sistem pendorong ke dalam rantau operasi yang kurang cekap.
Kuasa mengapung sering digunakan sebagai garis dasar untuk anggaran ketahanan kerana ia mewakili keadaan mantap. Pengukuran arus dan voltan mengapung memberikan anggaran langsung terhadap penggunaan kuasa. Namun, misi sebenar jarang sekali terdiri daripada mengapung semata-mata. Penerbangan ke hadapan, pendakian, penyahpecutan, dan manuver semua memberikan beban dinamik kepada motor. Angin pula memperkenalkan variabiliti tambahan, kadang-kadang meningkatkan penggunaan kuasa secara ketara. Oleh sebab itu, pengiraan ketahanan yang berdasarkan data mengapung sahaja cenderung terlalu optimistik. Ramalan yang lebih tepat memerlukan pemahaman tentang bagaimana kuasa berubah-ubah sepanjang profil misi.
Pemodelan berdasarkan misi membahagikan penerbangan kepada beberapa segmen—lepas landas, naik, terbang mengufuk, turun, dan mendarat—dan menetapkan nilai kuasa bagi setiap segmen. Lepas landas dan pendakian biasanya memerlukan kuasa tertinggi, manakala fasa turun mungkin memerlukan kuasa yang sangat rendah. Kuasa semasa terbang mengufuk bergantung kepada kelajuan udara, seretan aerodinamik, dan angkat translasi. Dron multirotor mengalami pengurangan kuasa yang sederhana semasa penerbangan ke hadapan kerana aliran udara melalui bilah kipas menjadi lebih cekap, tetapi faedah ini sering diimbangi oleh peningkatan seretan akibat badan pesawat dan muatan. Dengan memberikan pemberat kepada setiap segmen berdasarkan tempoh masa masing-masing, jurutera boleh mengira nilai kuasa purata yang lebih mencerminkan realiti operasi.
Keadaan persekitaran seterusnya menyusahkan anggaran ketahanan. Ketumpatan udara berkurang dengan ketinggian dan suhu, mengurangkan kecekapan bilah pemutar dan memaksa motor berputar lebih laju untuk mengekalkan daya tolakan. Cuaca sejuk mengurangkan prestasi bateri dengan memperlahankan tindak balas kimia, manakala cuaca panas meningkatkan tekanan haba terhadap motor dan pengawal kelajuan elektronik. Angin mempunyai pengaruh yang ketara: penerbangan melawan angin kencang dari hadapan boleh mendarab dua kali ganda penggunaan kuasa, manakala penerbangan dengan angin dari belakang mungkin mengurangkannya. Memandangkan variasi persekitaran tidak dapat dielakkan, pengiraan ketahanan sering memasukkan sempadan keselamatan untuk memastikan dron mampu kembali ke pangkalan walaupun dalam keadaan yang semakin memburuk.
Faktor penting lain adalah kesihatan bateri itu sendiri. Seiring masa, kitaran cas-discaj berulang-ulang akan merosakkan kimia dalaman bateri, meningkatkan rintangan dan mengurangkan kapasiti. Kemerosotan ini memanifestasikan diri sebagai penurunan voltan di bawah beban, yang boleh mencetuskan amaran voltan rendah secara prematur dan memendekkan masa penerbangan. Pemantauan kesihatan bateri melalui pengukuran rintangan dalaman dan bilangan kitaran membolehkan operator meramalkan kemerosotan prestasi serta menggantikan bateri sebelum ia menjadi tidak boleh dipercayai. Bagi pengurusan armada jangka panjang, penjejakan penuaan bateri adalah sama pentingnya dengan pengiraan masa penerbangan.
Ciri-ciri muatan juga mempengaruhi ketahanan dengan cara yang melangkaui faktor berat sahaja. Banyak muatan profesional—seperti pengimbas LiDAR, kamera multispektral, dan modul komunikasi—mengambil tenaga elektrik daripada bateri dron. Penggunaan tenaga tambahan ini perlu ditambahkan kepada kuasa pendorongan apabila menganggar jumlah penggunaan tenaga. Muatan yang mengambil kuasa sebanyak 20 watt mungkin kelihatan tidak signifikan, tetapi dalam misi selama 30 minit, ia menghabiskan 10 watt-jam, yang boleh mengurangkan masa penerbangan sehingga beberapa minit. Oleh itu, jurutera perlu mempertimbangkan kedua-dua kesan mekanikal dan elektrikal muatan apabila mengira ketahanan.
Pemilihan propeler memainkan peranan yang cukup besar dalam pengoptimuman masa penerbangan. Propeler yang lebih besar dengan sudut kecondongan (pitch) yang lebih rendah cenderung lebih cekap dalam menghasilkan daya tolakan pada kelajuan putaran yang rendah, menjadikannya ideal untuk dron yang menekankan ketahanan. Propeler yang lebih kecil dengan sudut kecondongan tinggi menghasilkan daya tolakan yang lebih besar pada kelajuan tinggi tetapi kurang cekap untuk menggantung di udara (hovering). Penyesuaian ciri-ciri propeler dengan keperluan misi boleh memberikan peningkatan ketara terhadap masa penerbangan. Begitu juga, kadar KV motor—iaitu bilangan putaran setiap volt—mempengaruhi kecekapan. Motor ber-KV rendah yang dipasangkan dengan propeler besar sering memberikan ketahanan yang lebih unggul kerana ia beroperasi secara cekap pada kelajuan putaran (RPM) yang lebih rendah.
Untuk memperhalus ramalan ketahanan, jurutera kerap bergantung pada ujian empirikal. Tapak dorongan memberikan ukuran terperinci mengenai dorongan, arus, voltan, dan kecekapan bagi kombinasi motor-propeler tertentu. Data ini membolehkan jurutera membina lengkung prestasi yang memetakan penggunaan kuasa kepada output dorongan. Dengan mengetahui berat dron, seseorang boleh menentukan dorongan yang diperlukan bagi setiap motor dan membaca nilai kuasa sepadan daripada lengkung tersebut. Kaedah ini jauh lebih tepat berbanding bergantung pada spesifikasi pengilang atau ukuran hover ringkas.
Drone moden juga menjana log telemetri yang luas yang merekodkan arus, voltan, kedudukan gas, dan kelajuan putaran motor (RPM) sepanjang penerbangan. Menganalisis log ini memberikan wawasan mengenai bagaimana penggunaan kuasa berubah di bawah keadaan sebenar. Seiring masa, operator boleh membina model ramalan yang disesuaikan khusus untuk drone, beban, dan jenis misi tertentu mereka. Sesetengah sistem lanjutan malah menggunakan pembelajaran mesin untuk meramalkan tempoh penerbangan berdasarkan data sejarah, input persekitaran, dan parameter misi.
Walaupun kompleksnya faktor-faktor ini, pengiraan asasnya tetap elegan dan mudah: masa penerbangan bersamaan dengan tenaga boleh guna dibahagi dengan penggunaan kuasa purata. Cabaran utamanya terletak pada penentuan kedua-dua nilai ini secara tepat. Tenaga boleh guna bergantung kepada kimia bateri, suhu, penuaan, dan had pelepasan. Penggunaan kuasa purata pula bergantung kepada berat, aerodinamik, kecekapan propulsi, dinamik misi, dan keadaan persekitaran. Dengan menganalisis setiap faktor secara sistematik, jurutera dapat menghasilkan anggaran ketahanan yang sangat boleh dipercayai.
Dalam operasi profesional, anggaran ketahanan bukan sekadar suatu latihan teknikal tetapi merupakan keperluan keselamatan. Kerangka peraturan sering menghendaki bahawa dron mengekalkan tenaga simpanan untuk kejadian tidak dijangka seperti perubahan angin atau pendaratan cemas. Ramalan masa penerbangan yang tepat memastikan pematuhan terhadap peraturan ini dan mengurangkan risiko kehilangan kuasa di udara. Bagi aplikasi komersial seperti pemetaan, pemeriksaan dan penghantaran, ketahanan secara langsung mempengaruhi produktiviti dan kecekapan kos. Sebuah dron yang mampu kekal di udara walaupun hanya beberapa minit lebih lama boleh meliputi kawasan yang jauh lebih luas atau menyelesaikan tugas tambahan dalam setiap misi.
Ke hadapan, kemajuan dalam teknologi bateri menjanjikan akan membentuk semula pengiraan ketahanan. Bateri litium-sulfur, bateri pepejal (solid-state), dan bateri dengan anod berisi silikon tinggi menawarkan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi berbanding kimia LiPo dan Li-ion semasa. Sel bahan api hidrogen dan sistem kuasa hibrid menyediakan jalan alternatif untuk memperpanjang masa penerbangan, khususnya bagi dron berskala besar. Apabila teknologi-teknologi ini matang, kaedah yang digunakan untuk mengira ketahanan juga akan berkembang; namun, prinsip asas tenaga dan kuasa akan kekal sebagai tumpuan utama.
Secara ringkasnya, mengira masa penerbangan dron memerlukan pemahaman menyeluruh tentang cara tenaga disimpan, ditukar, dan digunakan. Walaupun formula asasnya mudah, ketepatan dalam dunia sebenar menuntut pertimbangan teliti terhadap tingkah laku bateri, kecekapan sistem pendorong, dinamik misi, pengaruh persekitaran, serta ciri-ciri beban. Dengan menggabungkan pemodelan teori bersama ujian empirikal dan analisis data, jurutera dapat meramalkan masa penerbangan dengan keyakinan tinggi serta mengoptimumkan dron untuk pelbagai misi yang direka khas bagi menjalankannya. Ketahanan bukan sekadar spesifikasi; ia merupakan cerminan terhadap kualiti keseluruhan rekabentuk dron dan kesiapsiagaan operasinya.
