بقلم المهندس والباحث الجامعي : عامر الدرابسه

تعرض هذه المقالة تصميم وتصنيع واختبارات الطيران لمركبة جوية تجريبية كهربائية بدون طيار. تبدأ عملية

 التصميم بتحديد متطلبات الأداء ، بما في ذلك سرعة المماطلة ، والسرعة القصوى ، وارتفاع الإبحار ، والسقف المطلق ، ونصف قطر الدوران والسرعة. يتم اشتقاق حمل الجناح وحمل الطاقة المصاحب من متطلبات أداء محددة. يتم تحديد منطقة الجناح وكتلة الطائرات بدون طيار ومتطلبات الطاقة بناءً على متطلبات التحمل والحمولة. يحدد استهلاك الطاقة حجم المحرك. يتم الحصول على مشاريع الديناميكا الهوائية والاستقرار على أساس الملف الشخصي المختار ومنطقة الجناح الناتجة. بعد الانتهاء من التصميم ، يتم تصنيع الطائرات بدون طيار باستخدام مواد مركبة. تم تجهيز الطائرة بدون طيار بمحرك AXi 4130/20 kv305 بدون فرش ولوحة تحكم الطيران Pixhawk. وزنه الإجمالي 8.6 كجم. تم إجراء اختبارات الطيران لتقييم الخصائص التشغيلية والديناميكية للطائرة بدون طيار ولإثبات نجاح التصميم.

يلعب التصميم الديناميكي الهوائي دورًا حاسمًا في التصميم المفاهيمي للطائرة. يؤثر التصميم الديناميكي الهوائي بشكل كبير على تصميم وأنظمة الطائرة ، وبالتالي عملية تصنيعها. يسمح التصميم الديناميكي الهوائي الجيد للطائرة بالحصول على أداء جيد وتقليل التكاليف بسبب انخفاض استهلاك الوقود. في بداية التصميم المفاهيمي للطائرة ، يجب تحديد العديد من المعلمات. وضعت الدراسات منهجيات للتصميم المفاهيمي للطائرة للطائرات التقليدية وحللت طرقًا مختلفة لهذا الغرض. طور فولسكوف طريقة لتحديد معلمات الطائرات للطائرات دون سرعة الصوت. يشيع استخدام الوقود الهيدروكربوني ، مثل البترول ، في الطائرات. لذلك ، يعتمد تطوير منهجيات التصميم التقليدية على وقود الهيدروكربون.

تعتمد مدة الرحلة على الطاقة التي تحملها الطائرات بدون طيار. تبلغ كثافة الطاقة للزيوت وبطاريات ليثيوم أيون وبطاريات حمض الرصاص 46.4 و 0.36-0.88 و 0.17 ميجا جول / كجم على التوالي. يوفر الوقود بكثافة طاقة عالية وزنًا أقل وأداء أفضل في ظل ظروف الطيران نفسها. لذلك ، يعد استخدام الوقود بكثافة طاقة منخفضة في تصميم الطائرة مهمة بحثية. بالإضافة إلى ذلك ، يؤثر الوزن بشكل كبير على استهلاك الطاقة للطائرة ، مما يجعل من الصعب تطوير بطارية يمكنها تلبية النطاق المطلوب وتحمل الطائرة. طوّر الدرابسه منهجية لتحديد حجم أنظمة الدفع الكهربائية الفرعية لطائرة بدون طيار.

الطائرات بدون طيار الكهربائية أثقل من الطائرات بدون طيار في جميع السيناريوهات. إذا زادت كثافة طاقة البطاريات في المستقبل ، فيمكن عندئذ تنفيذ المركبات الجوية بدون طيار المزودة بمحرك كهربائي ، مع انخفاض وزن البطارية وتحسين الأداء. بفضل التحسينات في أجهزة إلكترونيات الطيران مثل البطاريات والمحركات الكهربائية ، تجذب المركبات الجوية الكهربائية بدون طيار المزيد والمزيد من الاهتمام من الباحثين. استنبط الدرابسه مؤخرًا معادلات لتقدير مدى وتحمل الطائرات الكهربائية. بحثت هذه الدراسة تأثير قانون Poikert نسبة للعالم الألماني على عملية تفريغ البطارية لتوفير مفهوم أفضل لتصميم وزن البطارية. قدم الدرابسه لاحقًا مثالًا بسيطًا لتحديد القيم الصحيحة لأفضل شروط النطاق. تم تطوير طرق اختبار الطيران لسيارة صغيرة بدون طيار تعمل بالكهرباء. حددت هذه الدراسة بنجاح قطبية المقاومة ومعايير الأداء المختلفة ، بما في ذلك نطاق الطيران والتحمل وخصائص التسلق والانعطاف للمركبات الجوية بدون طيار مع محرك كهربائي.

تطوير وتصنيع واختبار الطائرات بدون طيار التجريبية. تشمل الإنجازات الرئيسية في هذه الدراسة الأداء الديناميكي الهوائي بناءً على جدول الامتثال ، ونهج تقدير الوزن ، وأنماط تصميم الطائرات التقليدية. باستخدام الجدول الزمني المناسب ، يتم تحديد حمل الجناح المقابل والقوة بوضوح ، والتي يمكن أن تلبي جميع متطلبات الأداء. عند استخدام تقدير نهج الوزن ، يتم تحديد بنية الكتلة الفارغة للطائرة كدالة لمنطقة الجناح الداعم. باستخدام نتائج المعلمات ، يتم صياغة الوزن الأقصى للإقلاع وتقييمه بنجاح. المعلمات المحسوبة ، مثل معامل السحب ومعامل السحب ، تتلقى مؤقتًا قيمًا تجريبية من الحساب الأول ويتم إعادة حسابها في إجراء حساب الخصائص الديناميكية الهوائية.

تتوقف التغذية المرتدة لمعامل المقاومة الصاعد صفر ومعامل المقاومة المستحث عندما تصبح قيم التغذية المرتدة مماثلة للقيم الأصلية. لا يعتبر تحليل القوة في هذه الدراسة. سيتم تضمين هذا في عملي المستقبلي.

بناء على نتائج التصميم ، تم بناء الطائرات بدون طيار التجريبية. هذه هي المحاولة الأولى من قبل مختبر معهد تكنولوجيا الطيران والإدارة (جامعة أوليانوفسك التقنية الحكومية) لإكمال التجميع الهيكلي الرئيسي الكامل للمواد المركبة للطائرة. بعد التجميع الناجح للوحدات الرئيسية والإضافية ، تم تنفيذ عمليات الفحص وخطط الطيران اللازمة ، وتم إجراء أول اختبار طيران في 29 مايو 2019. يتجاوز الوزن الإجمالي الفعلي وزن التصميم الأصلي الذي يبلغ 6.5 كجم. يمكن أن يرتبط هذا الخطأ الكبير بنسبة الوزن الفارغ إلى منطقة التحكم في الجناح. لم تكن الأهمية التجريبية لهذه العلاقة دقيقة بما يكفي في نهج تقدير الوزن. حدث هذا بشكل رئيسي لأن هذه هي المحاولة الأولى لصنع هيكل الطائرة الرئيسي من المواد المركبة. يجب تحسين القيمة التجريبية بعد اكتساب المزيد من الخبرة في التصنيع.