مداومت پرواز مولتی روتور ؛ بیشینه‌سازی و عوامل خطا

عوامل اعتبار آزمون مداومت پرواز حداکثر

در ابتدای این گفتار برخی تعاریف را مرور می‌کنیم.

مداومت پرواز مولتی روتور (endurance): به طولانی ترین مدت پرواز ممکن و ایمن گفته می‌شود که با یک فرود موفق همراه باشد و پرنده در اثر این پرواز آسیبی نبیند. مثال: پروازی که ۳۴ دقیقه طول بکشد اما پس از فرود آگاه شویم که باتری در اثر دشارژ عمیق آسیب دیده است ملاک مداومت پرواز نیست.

هاور (hover): شناوری مولتی روتور در هوا بدون داشتن سرعت افقی یا قائم قابل توجه

مرکز جرم (Center of Gravity): مرکزی فرضی است که با به دست آوردن میانگین جرمی از تمام ذرات یک شیء محل آن معلوم می‌گردد. در بسیاری از اوقات می‌توان فرض نمود که شیء تماماً در مرکز جرم خود متمرکز شده است.

بار (payload): بار خالصی که مولتی روتور بدون سرنشین حمل می‌کند. مولتی روتور بایستی بتواند بدون بار نیز پرواز نماید و بار نمی‌تواند در پرواز نقشی داشته باشد. برای مثال باتری، سوخت یا ارابه‌ی فرود را نمی‌توان هیچگاه جزو pay-load به حساب آورد.

سرعت سیر (Cruise Speed): سرعتی است که با حرکت پرنده در آن سرعت برد پرنده حداکثر می‌شود. این سرعت الزاماً سرعتی نیست که پرنده کمترین مصرف انرژی را در آن داشته باشد.

تاثیرات هاور، ارتفاع از سطح دریا، مرکز جرم و زمین

اثر هاور

پرواز در حالت هاور انرژی‌بر ترین حالت یک پرنده است یعنی در این حالت به ازای بار و سوخت (یا باتری) یکسان مداومت پرواز کمینه خواهد بود. و معمولا و مولتی روتور های بدون سرنشین در حالت پرواز رو به جلو مداومت پرواز بیشتری دارند. شرکت فاتح آسمان شریف مداومت پرواز را در حالت هاور (کمینه مداومت) اندازه گیری و اعلام می‌نماید، چرا که هاور یک از مهمترین حالت پرواز یک مولتی روتور است.

اثر ارتفاع از سطح دریای آزاد

علی الاصول هرچه از سطح زمین ارتفاع بیشتر می‌شود، هوا رقیق تر و در نتیجه برای سامانه های هوایی همچون مولتی روتور که با جا به جایی هوا بر نیروی جاذبه فائق می آیند، غلبه بر نیروی گرانش سخت تر می‌شود. بر این اساس در ارتفاع‌های بالاتر که هوا رقیق تر است انرژی مصرفی عمود پرواز در واحد زمان بیشتر می‌شود. این امر نشان می‌دهد که مداومت پرواز با بار و سوخت (باتری) یکسان همواره در ارتفاعات بالاتر کمتر است. معمولاً به صورت استاندارد مداومت پرواز در سطح دریاهای آزاد (Sea Level) بیان می‌گردد و اگر مداومت پرواز در شهری با ارتفاعی خاص مد نظر شماست آن را از فروشنده بپرسید. شرکت فاتح آسمان شریف معمولا مداومت پرواز پرنده های خود را علاوه بر سطح دریا در ارتفاع ۱۵۰۰ متری از سطح دریا (که برابر با میانگین ارتفاع تهران از سطح دریا است) نیز اعلام می نماید.

اثر مرکز جرم

 اگر مولتی روتور از نظر مرکز جرم کاملاً تراز نشده باشند مصرف انرژی در حالت هاور بیشتر خواهد شد. بنابراین علی الاصول پرواز باید در شرایط قرار داشتن دقیق مرکزی جرم زیر مرکز مولتی روتور اتفاق بیفتد.

در نظر گرفتن اثر زمین بر افزایش راندمان

قدرت بالای مورد نیاز برای هاور هنگامی که عمود پرواز تحت اثر زمین پرواز می‌کند کاهش می‌یابد. اثر زمین حالتی است که به خاطر نزدیکی به زمین بازدهی پرواز بالا می رود. این پدیده به علت دخالت سطح زمین در الگوی جریان هوای عبور کننده از روی روتورها رخ می‌دهد. افزایش بازدهی در نزدیکی زمین به علت دو اثر مستقل رخ می‌دهد. اقزایش بازدهی آیرودینامیکی در نزدیکی زمین مداومت پرواز را افزایش می‌دهد.

اولین و مهم‌ترین کاهش سرعت جریان هوا است. از آنجایی که زمین جریان هوای زیر مولتی روتور را مختل می‌کند، تمامی جریان دستخوش تغییر می‌شود. این امر منجر به کاهش نیروی پسا و افزایش نیروی برآ می‌گردد. نیروی پسای کمتر یعنی مولتی روتور برای هاور به انرژی کمتری در واحد زمان (توان) نیازمند خواهند بود.

پدیده دوم کاهش گرداب نوک روتور است. هنگامی که پرنده تحت اثر زمین پرواز می‌کند، الگوی جریان هوا به سمت پایین و به سمت خارج تمایل به محدود کردن تولید گرداب دارند. این باعث می شود بخش بیرونی روتور کارآمد تر عمل کند و کاهش تلاطم کلی سیستم ناشی از استهلاک گرداب اتفاق بیفتد.

نتیجه گیری

مداومت پرواز بیان شده برای هر مولتی روتور باید در حالت هاور، با payload خالص معلوم در ارتفاع از سطح دریای مشخص و پرواز به دور از زمین باشد. در سال‌های اخیر برخی تولید کنندگان معروف پهپاد مداومت پرواز را در شرایط هاور در نزدیکی زمین بیان می‌کنند که عدد اعلام شده نادقیق و غیر قابل اعتماد است. برخی دیگر نیز مداومت پرواز را بدون اعلام payload خالص اعلام می‌کنند. برخی دیگر نیز مداومت پرواز در سطح دریای آزاد را بدون آگاهی مشتری به ارتفاعات بالاتر نیز نسبت می‌دهند. در این شرایط باید از عرضه کننده درخواست کرد که شرایط آزمایش مداومت پرواز حداکثر خود را تشریح کند و اگر حایز شرایط فوق بود فرایند خرید را ادامه دهد.