EN
Ang paghahatol kung gaano katagal ang isang drone ay makakapagpapanatili ng paglipad sa himpapawid ay maaaring tila isang simpleng bagay na kailangan lamang basahin sa teknikal na dokumentasyon ng tagagawa, ngunit sa praktika, ito ay isa sa pinakakomplikadong kalkulasyon sa larangan ng mga walang tao na aerial na sistema. Ang oras ng paglipad ay hindi isang nakafixed na katangian kundi isang lumilitaw na resulta ng mga interaksyon sa elektrikal, mekanikal, aerodinamiko, at kapaligiran. Ang mga inhinyero, mga piloto, at mga mananaliksik ay lahat ay umaasa sa tumpak na pagtataya ng tagal ng operasyon upang maplanuhan ang mga misyon, idisenyo ang mga sistema ng pampasok, at suriin ang mga teknolohiya ng baterya. Kaya naman, ang pag-unawa kung paano kalkulahin ang oras ng paglipad ng drone ay nangangailangan ng isang buong pananaw sa drone bilang isang sistema ng pagbabago ng enerhiya imbes na isang koleksyon ng mga hiwalay na bahagi.
Sa sentro ng kalkulasyon ay matatagpuan ang ugnayan sa pagitan ng nakaimbak na enerhiya at konsumo ng Kuryente ang baterya ng isang drone ay gumagana bilang isang imbakan ng kemikal na enerhiya, na kinokonberte sa elektrikal na enerhiya at pagkatapos ay sa mekanikal na thrust. Ang tagal ng paglipad ay nakasalalay sa bilis kung paano natatapon ang imbakan na ito. Bagaman ang pangunahing prinsipyo ay katulad ng modelo ng pagkonsumo ng pampadulas ng tradisyonal na eroplano, ang elektrikong pagpapagalaw ay nagdudulot ng mga natatanging katangian tulad ng voltage sag, nonlinear discharge curves, at pagganap na nakabase sa temperatura. Ang mga kadahilanan na ito ang nagiging sanhi kung bakit ang pagtataya ng tagal ng operasyon ay parehong teknikal na kapanapanabik at operasyonal na mahalaga.
Upang magsimula, kailangan i-quantify ang enerhiya na magagamit sa baterya ng drone. Ang karamihan sa mga consumer at propesyonal na drone ay gumagamit ng lithium-polymer (LiPo) o lithium-ion (Li-ion) na baterya, na ang kapasidad ay karaniwang ipinapahayag sa milliamp-hours. Gayunpaman, ang kapasidad lamang ang hindi tumutukoy sa kabuuang enerhiya; kailangan ding isaalang-alang ang boltahe. Ang kabuuang enerhiya ng isang baterya ay ang produkto ng kanyang kapasidad at nominal na boltahe, na ipinapahayag sa watt-hours. Ang pag-convert na ito ay mahalaga dahil ang pagkonsumo ng kapangyarihan ay sinusukat sa watts, at ang tagal ng operasyon ay sa huli ang ratio ng watt-hours sa watts. Gayunpaman, kahit ang conversion na ito ay hindi lubos na nagpapakita ng tunay na pag-uugali sa mundo ng realidad. Ang mga baterya ay bihira na nagpapadala ng kanilang buong rated na kapasidad dahil sa internal na resistance, pagtanda, at mga limitasyon sa seguridad sa minimum na boltahe. Bilang resulta, ang mga inhinyero ay madalas na gumagawa gamit ang 'usable energy'—isang derated na halaga na sumasalamin sa mga praktikal na limitasyon imbes na sa mga laboratory specifications.
Kapag naunawaan na ang magagamit na enerhiya, ang atensyon ay nakatuon sa pagkonsumo ng kuryente ng drone. Para sa mga multirotor na platform, ang propulsion ang nag-aambag ng napakalaking bahagi ng paggamit ng enerhiya. Ang bawat motor ay kailangang makagenera ng sapat na thrust upang labanan ang timbang ng drone, at ang kuryenteng kailangan upang makabuo ng ganitong thrust ay tumataas nang mabilis habang dumadami ang load. Ang ugnayan sa pagitan ng thrust at kuryente ay pinamamahalaan ng aerodynamics ng propeller at ng kahusayan ng motor—parehong nagbabago depende sa bilis ng pag-ikot. Ang isang drone na nananatili sa hangin (hovers) sa isang komportableng antas ng throttle ay kumokonsumo ng malaki ang pagkakaiba ng kuryente kumpara sa isang drone na gumagana malapit sa pinakamataas nitong kakayahan sa thrust. Ito ang dahilan kung bakit ang anumang dagdag sa payload, kahit paano man lang, ay maaaring makapansin-pansin na pababain ang oras ng paglipad: dahil ito ay nagpupush sa sistema ng propulsion papasok sa isang mas hindi mahusay na rehiyon ng operasyon.
Ang hover power ay madalas gamitin bilang batayan para sa pagtataya ng tagal ng operasyon dahil kumakatawan ito sa isang kondisyong pananatili. Ang pagsukat ng kasalukuyang hover at boltahe ay nagbibigay ng direkta at direktang pagtataya ng pagkonsumo ng kapangyarihan. Gayunpaman, ang mga tunay na misyon ay bihira nangangahulugan lamang ng purong pag-hover. Ang paglipad pasulong, pag-akyat, pagpapabagal, at pagmamanobra ay lahat ay nagdudulot ng dinamikong load sa mga motor. Ang hangin naman ay nagdaragdag ng karagdagang pagkakaiba-iba, na minsan ay nagpapataas ng pagkonsumo ng kapangyarihan nang malaki. Dahil dito, ang mga pagkalkula ng tagal ng operasyon na batay lamang sa datos ng hover ay madalas na optimistiko. Ang mas tumpak na mga prediksyon ay nangangailangan ng pag-unawa kung paano nagbabago ang kapangyarihan sa buong profile ng misyon.
Ang pagmomodelo batay sa misyon ay hinahati ang isang lipad sa mga segmento—pag-alis, pag-akyat, paglipad na pantay, pagbaba, at paglalapag—at nagtatalaga ng isang halaga ng kapangyarihan sa bawat isa. Ang pag-alis at pag-akyat ay karaniwang nangangailangan ng pinakamataas na kapangyarihan, samantalang ang pagbaba ay maaaring mangailangan ng napakaliit lamang. Ang kapangyarihan sa panahon ng paglipad na pantay ay nakasalalay sa bilis ng hangin, aerodynamic drag (pangunahing paglaban sa hangin), at translational lift (pagtaas dulot ng paggalaw pasulong). Ang mga drone na may maraming rotor ay nakakaranas ng katamtamang pagbawas sa kapangyarihan habang lumilipad pasulong dahil mas epektibo ang daloy ng hangin sa loob ng mga propeller, ngunit kadalasan ay binabalanse ito ng dagdag na paglaban mula sa katawan ng drone at sa dala nitong karga. Sa pamamagitan ng pagbigay ng timbang sa bawat segmento batay sa tagal nito, ang mga inhinyero ay makakakalkula ng isang average na halaga ng kapangyarihan na mas sumasalamin sa tunay na operasyon.
Ang mga kondisyong pangkapaligiran ay nagpapakumplikado pa lalo sa pagtataya ng tagal ng pagganap. Ang densidad ng hangin ay bumababa kasabay ng taas at temperatura, na nagpapababa ng kahusayan ng propeller at pumipilit sa mga motor na umikot nang mas mabilis upang panatilihin ang thrust. Ang malamig na panahon ay nagpapababa ng pagganap ng baterya dahil sa pagbagal ng mga reaksyon na kimikal, samantalang ang mainit na panahon ay nagpapataas ng thermal stress sa mga motor at electronic speed controller. Ang hangin ay partikular na nakaaapekto: ang paglipad laban sa matinding headwind ay maaaring idoble ang konsumo ng kapangyarihan, habang ang paglipad kasama ang tailwind ay maaaring bawasan ito. Dahil hindi maiiwasan ang pagkakaiba-iba ng mga kondisyong pangkapaligiran, ang mga kalkulasyon para sa tagal ng pagganap ay kadalasang may kasamang safety margin upang matiyak na ang drone ay makakabalik sa base kahit sa ilalim ng lumalala nang mga kondisyon.
Isa pang mahalagang kadahilanan ang kalusugan ng baterya mismo. Sa paglipas ng panahon, ang paulit-ulit na mga siklo ng pag-charge at pag-discharge ay nagpapababa sa panloob na kimika ng baterya, na nagdudulot ng pagtaas ng resistensya at pagbaba ng kapasidad. Ang ganitong pagbaba ay ipinapakita bilang pagbaba ng voltage kapag may karga, na maaaring mag-trigger nang maaga ng mga babala sa mababang voltage at maikli ang oras ng paglipad. Ang pagsubaybay sa kalusugan ng baterya sa pamamagitan ng mga pagsukat sa panloob na resistensya at bilang ng mga siklo ay nagbibigay-daan sa mga operator na unahin ang paghahanda sa pagbaba ng pagganap at palitan ang mga baterya bago pa man maging hindi maaasahan ang mga ito. Para sa pangmatagalang pamamahala ng fleet, ang pagsubaybay sa pagtanda ng baterya ay kasing-importante ng pagkalkula ng oras ng paglipad.
Ang mga katangian ng karga ay nakaaapekto rin sa tagal ng operasyon sa paraan na lumalampas sa timbang lamang. Maraming propesyonal na karga—tulad ng mga scanner na gumagamit ng LiDAR, mga camera na may multispectral na kakayahan, at mga module ng komunikasyon—ay kumuha ng kuryente mula sa baterya ng drone. Ang karagdagang paggamit ng kuryenteng ito ay dapat idagdag sa kapangyarihan na ginagamit para sa pagpapagalaw kapag kinukwenta ang kabuuang paggamit ng enerhiya. Ang isang karga na kumuha ng 20 watts ay maaaring mukhang di-signipikante, ngunit sa loob ng misyong tumatagal ng 30 minuto, ito ay sumisipsip ng 10 watt-oras, na maaaring bawasan ang oras ng paglipad ng ilang minuto. Kaya naman, kailangan ng mga inhinyero na isaalang-alang ang parehong mekanikal at elektrikal na epekto ng mga karga kapag kinukwenta ang tagal ng operasyon.
Ang pagpili ng propeller ay gumagampanan ng isang kahanga-hangang malaking papel sa pag-optimize ng oras ng paglipad. Ang mas malalaking propeller na may mas mababang pitch ay karaniwang mas epektibo sa pagbuo ng thrust sa mababang bilis ng pag-ikot, kaya sila ang pinakamainam para sa mga drone na nakatuon sa tagal ng paglipad. Ang mas maliit na propeller na may mataas na pitch ay nagbibigay ng higit na thrust sa mataas na bilis ngunit mas hindi epektibo sa pag-hover. Ang pagtugma ng mga katangian ng propeller sa mga kinakailangan ng misyon ay maaaring magdulot ng malakiang pagpapabuti sa oras ng paglipad. Katulad nito, ang rating ng motor na KV—ang bilang ng mga kumpas bawat volt—ay nakaaapekto sa kahusayan. Ang mga motor na may mababang KV na pinagsama sa malalaking propeller ay madalas na nagbibigay ng superior na tagal ng paglipad dahil sila ay gumagana nang epektibo sa mas mababang RPM.
Upang mapabuti ang mga prediksyon sa tagal ng pagganap, kadalasang umaasa ang mga inhinyero sa empirikal na pagsusuri. Ang mga thrust stand ay nagbibigay ng detalyadong mga sukat ng thrust, kasalukuyang daloy (current), boltahe, at kahusayan para sa mga tiyak na kombinasyon ng motor at propeller. Ang mga datong ito ay nagpapahintulot sa mga inhinyero na bumuo ng mga kurba ng pagganap na nagmamapa ng pagkonsumo ng kapangyarihan sa output ng thrust. Sa pamamagitan ng pagkakaroon ng kaalaman sa timbang ng drone, maaaring matukoy ang kinakailangang thrust bawat motor at basahin ang katumbas na halaga ng kapangyarihan mula sa kurba. Ang paraang ito ay malaki ang naitutulong kumpara sa pag-asa lamang sa mga teknikal na tatakda ng tagagawa o sa mga simpleng pagsukat habang nananatili sa hangin (hover).
Ang mga modernong drone ay gumagawa rin ng malalawak na telemetry logs na nagre-record ng kasalukuyang kuryente, boltahe, posisyon ng throttle, at bilis ng motor (RPM) sa buong paglipad. Ang pagsusuri sa mga log na ito ay nagbibigay ng pananaw kung paano nagbabago ang pagkonsumo ng kuryente sa ilalim ng tunay na kondisyon. Sa paglipas ng panahon, ang mga operator ay maaaring magbuo ng mga prediksyon na modelo na nakatuon sa kanilang tiyak na drone, kargada, at uri ng misyon. Ang ilang advanced na sistema ay gumagamit nga ng machine learning upang hulaan ang oras ng paglipad batay sa nakaraang datos, mga input mula sa kapaligiran, at mga parameter ng misyon.
Kahit na kumplikado ang mga salik na ito, nananatiling eleganteng simple ang pangunahing pagkalkula: ang oras ng paglipad ay katumbas ng kapaki-pakinabang na enerhiya na hinati sa average na pagkonsumo ng kapangyarihan. Ang hamon ay nasa tamang pagtukoy sa dalawang halagang ito. Ang kapaki-pakinabang na enerhiya ay nakasalalay sa komposisyon ng baterya, temperatura, pagtanda, at mga limitasyon sa pagpapalabas nito. Ang average na pagkonsumo ng kapangyarihan ay nakasalalay sa timbang, aerodynamics, kahusayan ng pampasok na sistema, dynamics ng misyon, at mga kondisyon sa kapaligiran. Sa pamamagitan ng sistematikong pagsusuri sa bawat salik, ang mga inhinyero ay makakabuo ng napakatiwalaang mga pagtataya sa tagal ng operasyon.
Sa mga propesyonal na operasyon, ang pagtataya ng tagal ng pagpapatakbo ay hindi lamang isang teknikal na gawain kundi isang kinakailangang pangangalaga sa kaligtasan. Ang mga regulasyon ay kadalasang nangangailangan na panatilihin ng mga drone ang reserve na enerhiya para sa mga di-inaasahang pangyayari tulad ng pagbabago ng hangin o emergency landing. Ang tumpak na paghuhula ng tagal ng paglipad ay nagpapaguarantee ng pagsunod sa mga regulasyong ito at binabawasan ang panganib ng pagkawala ng kapangyarihan habang nasa himpapawid. Para sa mga komersyal na aplikasyon tulad ng pagmamapa, inspeksyon, at paghahatid, ang tagal ng pagpapatakbo ay direktang nakaaapekto sa produktibidad at kahusayan sa gastos. Ang isang drone na maaaring manatili sa himpapawid kahit ilang minuto pa lamang ay maaaring sakupin ang mas malawak na lugar o matapos ang karagdagang mga gawain bawat misyon.
Titingin sa hinaharap, ang mga pag-unlad sa teknolohiya ng baterya ay nangangako na baguhin ang mga kalkulasyon ng tagal ng operasyon. Ang mga bateryang lithium-sulfur, solid-state, at may mataas na laman ng silicon sa anode ay nag-aalok ng mas mataas na density ng enerhiya kaysa sa kasalukuyang mga kemikal na LiPo at Li-ion. Ang mga fuel cell na gumagamit ng hydrogen at mga hybrid na sistema ng kapangyarihan ay nagbibigay ng alternatibong paraan upang mapahabain ang oras ng paglipad, lalo na para sa malalaking drone. Habang umuunlad ang mga teknolohiyang ito, ang mga paraan na ginagamit sa pagkalkula ng tagal ng operasyon ay magbabago, ngunit ang mga pangunahing prinsipyo ng enerhiya at kapangyarihan ay mananatiling sentral.
Sa kabuuan, ang pagkalkula ng oras ng paglipad ng drone ay nangangailangan ng isang komprehensibong pag-unawa kung paano nakaimbak, nababago, at ginagamit ang enerhiya. Bagaman ang pangunahing pormula ay simple lamang, ang eksaktong resulta sa tunay na mundo ay nangangailangan ng maingat na pagsasaalang-alang sa pag-uugali ng baterya, kahusayan ng sistemang pang-propulsyon, dinamika ng misyon, impluwensya ng kapaligiran, at mga katangian ng kargada. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng teoretikal na pagmomodelo, empirikal na pagsubok, at pagsusuri ng datos, ang mga inhinyero ay makakapredict ng oras ng paglipad nang may kumpiyansa at mapapag-optimise ang mga drone para sa iba’t ibang misyon na idinisenyo nila. Ang tagal ng paglipad ay hindi lamang isang teknikal na espesipikasyon; ito ay isang salamin ng kabuuang kalidad ng disenyo ng drone at ng kanyang kahandaan sa operasyon.
