كيف تطير الطائرات بدون طيار في الواقع؟
أصبحت الطائرات بدون طيار متعددة المحركات الآن شائعة ومتقدمة بما يكفي بحيث يمكن لأي شخص أن يطير بها ، ولكن ربما لا يفهم معظم الناس كيف يبقون في الهواء. يمكن أن يجعلك فهم فيزياء رحلات الطائرات بدون طيار الأساسية طيارًا أفضل للطائرة بدون طيار. انه سهل!
كيف تطير طائرات الهليكوبتر
سنبدأ بشيء مختلف تمامًا: طائرات الهليكوبتر. قد يبدو الأمر وكأنه منعطف غريب ، لكن معرفة القليل عن كيفية تحليق طائرات الهليكوبتر سيجعل فهم رحلة الطائرات بدون طيار أسهل بكثير.
المروحية النموذجية لها دوار رئيسي ودوار ذيل. توجد تصميمات أخرى ، لكنها تعمل جميعها للسيطرة على نفس القوى. هذا شرح أساسي للغاية لكيفية طيران طائرات الهليكوبتر ، ولكنه مناسب لهدفنا عندما يتعلق الأمر بفهم رحلة الطائرات بدون طيار.
تحتوي المروحية على دوار رئيسي يولد قوة دفع في اتجاه هبوطي ، مما يرفع المركبة في الهواء. المشكلة هي أنه عندما يدور الدوار في اتجاه واحد ، فإنه يمارس قوة على جسم المروحية (بفضل نيوتن!) وبالتالي فإن كل من الدوار وجسم المروحية سوف يدوران ، في اتجاهين متعاكسين.
من الواضح أن هذه ليست طريقة رائعة للطيران ، ولهذا السبب تمتلك المروحيات ذيل دوار. يقوم هذا الدوار بإخراج الدفع الأفقي لمقاومة عزم الدوران من الدوار الرئيسي.
هناك طائرات هليكوبتر عديمة الذيل مع أنظمة أخرى مضادة لعزم الدوران ، مثل الروسية Kamov Ka-52 ، التي تستخدم دوَّارين رئيسيين يدوران في اتجاهين متعاكسين ، يُعرفان بالترتيب المحوري.
من المحتمل أيضًا أن تكون على دراية بالطائرة CH-47 Chinook التابعة للجيش الأمريكي ، والتي تحتوي على دوَّارين رئيسيين هائلين مضاد للدوران يعملان على تحييد عزم دوران بعضهما البعض مع توفير قدرة رفع هائلة.
ما علاقة هذا بكوادكوبتر؟ كل شىء!
الطائرات بدون طيار متعددة المحركات ومشكلة عزم الدوران
إذا نظرنا إلى التخطيط الأساسي للطائرة الرباعية ، ستلاحظ أن الدوارات الأربعة مرتبة في نمط X. يدور دعامان في اتجاه عقارب الساعة والآخران في اتجاه عكس عقارب الساعة. على وجه التحديد ، تدور الدعائم الأمامية في اتجاهات متعاكسة مع بعضها البعض وينطبق الشيء نفسه على الدعائم الخلفية. على هذا النحو ، تدور الدعائم المقابلة لبعضها البعض قطريًا في نفس الاتجاه.
النتيجة النهائية لهذا الترتيب هي أنه إذا كانت جميع الدعائم تدور بنفس السرعة ، فيجب أن تظل الطائرة بدون طيار ثابتة تمامًا وأنفها مثبت في مكانه.
استخدام عزم الدوران والدفع في المناورة
إذا كنت لا ترغب في تثبيت أنف الطائرة بدون طيار في موضع واحد ، يمكنك استخدام مبدأ إلغاء عزم الدوران هذا للمناورة. إذا قمت بإبطاء بعض المحركات عن قصد وتسريع البعض الآخر ، فإن عدم التوازن سيؤدي إلى دوران المركبة بأكملها.
وبالمثل ، إذا قمت بتسريع المحركين الخلفيين ، فإن ظهر الطائرة بدون طيار سيرفع إمالة المركبة بأكملها إلى الأمام. هذا صحيح بالنسبة لزوج من الدوارات ، بحيث يمكنك إمالة المركبة في أي اتجاه أساسي.
هناك مشاكل مع هذا النهج! على سبيل المثال ، إذا أبطأت أحد الدوار لأسفل ، فإنك تقلل أيضًا من قوة دفعه ويتعين على دوار آخر الإسراع لتعويض ذلك. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسوف ينخفض الدفع الكلي وستفقد الطائرة بدون طيار الارتفاع. ومع ذلك ، إذا قمت بزيادة قوة الدفع للدوار ، فإنه يتسبب في ميل الطائرة بدون طيار أكثر ، مما يؤدي إلى حركة غير مرغوب فيها.
السبب الوحيد الذي يجعل طائرة كوادكوبتر أو غيرها من الطائرات متعددة المحركات تطير هو بفضل حل المشكلات في الوقت الفعلي المعقد الذي تقوم به الأجهزة التي تتحكم فيها. بمعنى آخر ، عندما تخبر الطائرة بدون طيار بالتحرك في اتجاه معين في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، فإن أنظمة التحكم في الطيران على متن الطائرة تحدد بالضبط السرعة التي يجب أن يدور بها كل محرك الدوارات لتحقيق ذلك.
من وجهة نظر الطيار ، فإن مدخلات التحكم هي نفسها بالنسبة لأي طائرة. أولاً ، لدينا الانعراج ، حيث تدور الطائرة بدون طيار حول محورها الرأسي. ثانيًا ، لدينا درجة صوت ، حيث يرتفع أنف الطائرة بدون طيار لأعلى أو لأسفل ، مما يجعلها تطير للأمام أو للخلف. أخيرًا ، لدينا لفة ، حيث تتحرك الطائرة بدون طيار جنبًا إلى جنب. بالطبع ، يمكنك أيضًا التحكم في مقدار الدفع ، والذي يغير ارتفاع الطائرة بدون طيار.
كل حركات الطائرة بدون طيار هي مزيج من هذه الحركات. على سبيل المثال ، الطيران بشكل قطري عبارة عن مزيج من التدحرج والتدحرج على أدوات التحكم. تقوم وحدة التحكم في الرحلة على متن الطائرة بجميع الأعمال المعقدة المتمثلة في معرفة كيفية ترجمة أمر ما ، على سبيل المثال. ضع الأنف في سرعات محرك معينة.