امروزه بحث در خصوص پهپادها و حوزه کارایی آنها در بخش فناوری، مبحثی داغ و همواره جذاب است. به گونه ای که برخی شرکتها همچنان درصدد هستند تا با کار بر روی سیستم کنترل این ابزار تکنولوژی و بهبود سیستم ناوبری آن، ایده های جدیدی را مطرح سازند.
اگر تنها کمی در مورد پهپادها اطلاعات داشته باشید متوجه می شوید که این ابزارهای مفید در بخش های گوناگونی از زندگی بشر کاربرد داشته و قادر به رفع نیاز او می باشند.
پهپاد چیست ؟
واژه پهپاد” مخفف پرنده هدایت پذیر از دور” است که برای هواپیماهای بدون سرنشین تعریف شده و از حروف اول کلمات مذکور ساخته شده است. به عبارت دیگر پهپاد وسیله ای هوایی و بدون سرنشین است که امکان هدایت آن از راه دور وجود دارد. بدین ترتیب کنترل پهپاد بدون نیاز به حضور فیزیکی انسان در وسیله پرنده صورت می پذیرد با این حال انسان می تواند به عنوان محموله در پهپاد حضور داشته باشد.
تاریخچه استفاده از پهپاد به سال ۱۸۴۹ باز می گردد؛ در آن زمان اتریش، بالن پر از بمب بدون سرنشینی را برای حمله به ونیز فرستاد و نام خود را به عنوان نخستین بهره گیرنده از پرنده های بدون سرنشین در تاریخ به ثبت رساند. با این حال نوآوری در زمینه ساخت هواپیماهای بدون سرنشین یا همان پهپادها به طور جدی از سال ۱۹۰۰ آغاز شد که هدف آن در اصل آموزش پرسنل نظامی بود. بدین ترتیب تولید نخستین پهپادها در طول جنگ جهانی اول و توسط شرکت دیتون رایت آغاز گردید که البته موفقیتی در پی نداشت.
در سال ۱۹۵۹، نیروی هوایی ایالات متحده در پی افزایش نگرانی های این سازمان در خصوص از دست دادن خلبانان خود در خاک دشمن، شروع به برنامه ریزی برای استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین کرد. این روند تا آگوست ۱۹۶۴ نیز ادامه یافت به گونه ای که با افزایش درگیری نیروی دریایی ایالات متحده و نیروی دریایی ویتنام در خلیج تونکین، آمریکا تصمیم به ارسال پهپادهای خود به این خلیج گرفت. بدین ترتیب پهپادهای مدل رایان ۱۴۷، رایان AQM-91 فایرفلای، لاکهید دی-۲۱ اولین پهپادهای نظامی بودند که در جنگ ویتنام
به کار گرفته شدند.
جنگ فرسایشی ۱۹۶۷ تا ۱۹۷۰ در خاورمیانه، برجسته ترین نبرد در معرفی پهپادهای مجهز به دوربین های شناسایی است. جالب است بدانید از سال ۲۰۱۲، نیروی هوایی ایالات متحده ۷۴۹۴ پهپاد را برای شناسایی تجهیزات نظامی سایر کشورها به کار گرفته است. این تعداد تقریباً برابر با یک سوم هواپیماهای نیروی هوایی ایالات متحده می باشد.
طبق آمار در سال ۲۰۱۳ حداقل ۵۰ کشور از پهپاد استفاده می کردند. چین، ایران، اسرائیل و سایرین از جمله اصلی ترین طراحان و سازندگان پهپادها می باشند.
شَهپَر یا همان (Aileron) قسمتی از نوک بال است .حرکت شهپرها منجر به حرکت هواپیماها به چپ یا به راست، در آسمان می شود. این حرکت در دو شهپر، در خلاف جهت هم رخ می دهد به اینگونه که اگر شهپر بال راست به سمت بالا حرکت کند؛ شهپر بال چپ به طور همزمان پائین می آید.
به قسمت متحرک پایدار کننده عمودی (vertical stabilizer) رادر (Rudder) میگویند و در واقع چرخش حول محور عمودی هواپیما و انحراف از مسیر توسط آن انجام می شود که همان Yaw می باشد و خلبان توسط پدال هایی که زیر پایش قرار دارد Rudder را حرکت می دهد.
حرکت Rudder و تاثیر آن رو هوپیما به این صورت است که با حرکت رادر به سمت چپ هوایی که از سمت چپ پایدار کننده عمودی به رادر برخورد می کند، آن را فشرده می کند و به آن اعمال نیرو می کند و باعث می شود که قسمت دم هواپیما به سمت راست حرکت کند و این کوپل یا گشتاور ایجاد شده حول محور عمودی باعث چرخش نوک هواپیما به سمت چپ می گردد.
به طور خلاصه حرکت Rudder به سمت چپ باعث دور زدن هواپیما به سمت چپ می شود و حرکت Rudder به سمت راست باعث دور زدن هواپیما به سمت راست می شود. و در اصل رادر کمک میکند هواپیما بدون تغییر ارتفاع به چپ و راست حرکت کند.
رادر در قسمت انتهایی پایدار کننده عمودی ( Vertical Stabilizer ) متصل شده است. Rudder توسط 2 پدالی که زیر پایین خلبان وجود دارند کنترل می شود. این قسمت بر خلاف Vertical Stabilizer ثابت نیست و متحرک می باشد. لازم به ذکر است که Rudder به خلبان این امکان را می دهد که دماغه هواپیما را در زمان پرواز به سمت چپ و یا راست متمایل نماید. همچنین در هنگام دور زدن هواپیما، از Rudder و Aileron ها به صورت ترکیبی استفاده می شود تا هواپیما بتواند یک دور بدون مشکل را تجربه کند.
فلپ ها قطعات و قسمت های اضافی در بال و ایرفویل هواپیما هستند که با افزایش سطح موثر بال و تغییر انحنای بال باعث ایجاد نیروی برآ بیشتر در سرعت های پایین هستند از این رو هواپیما ها می توانند با استفاده از این قطعه و در سرعت کمتر از سرعت مورد نیاز به راحتی تیک اف کرده و یا فرود بیایند.
این قطعات معمولا در انتهای بال ( ایرفویل ) هواپیما ها که اصطلاحا به آن leading edge یا لبه فرار نیز گفته می شود قرار می گیرد. فلپ ها در شکل ها و کاربرد های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند که در ادامه به معرفی چند نمونه از انواع آن ها می پردازیم.
این فلپ در واقع ساده ترین نوع فلپ مورد استفاده در هواپیما ها محسوب می شود. این فلپ با توجه به محدودیت حرکتی که دارد توانایی تولید نیرو برای اضافی زیادی را ندارد و از طرف دیگر باعث ایجاد توربولانس و نیروی درگ زیادی در بال شده که البته این نیروی درگ می تواند به شما برای کاهش سرعت در لندینگ ها کمک فراوانی کند.
فلپ هایی هستند که از زیر ایرفویل و بال هواپیما ها خارج می شوند و نصبت به فلپ های Plain توانایی تولید نیروی برای بیشتر را دارند اما از این فلپ ها امروزه استفاده چندانی نمی شود و مانند فلپ های plain به دلیل ساختاری که دارند نیروی پسا و درگ بسیار زیادی را در هواپیما ایجاد می کنند.
این فلپ ها جزو پرکاربرد ترین و مرسوم ترین فلپ های مورد استفاده در هواپیماهی کوچک و بزرگ امروزی هستند. دلیل این محبوبیت را می توان در دو ویژگی این فلپ ها یافت.
تغییر در انحنای بال هواپیما و تولید نیرو برای بیشتر
ایجاد شکافی بین لبه فرار بال و خود فلپ
ایجاد این شکاف بین لبه فرار و لبه حمله فلپ باعث حرکت هوای پر فشار از زیر بال به روی بال و تولید نیروی برای بیشتر درعین کاهش تولید نیرو پسا و درگ می باشد که باعث بالا رفتن کارایی و بازدهی بال می شود.
برتری این فلپ ها نسب به سایرین را می توان ایجاد نیروی برآ بسیار شگفت انگیز برای هواپیما های سنگین دانست چراکه با استفاده از این فلپ علاوه بر تغییر در منحنی بال سطح مقطع موثر بال را نیز افزایش می دهد و به دلیل ایجاد شکاف هایی بین بال و فلپ مانند فلپ Slotted نیروی پسای کمتری را نیز تولید می کند.
یکی از کاربردی ترین و حساس ترین قسمت های پرنده های بدون سرنشین، بال آن است و از آنجایی که تمام نیروی لازم برای بالا کشیدن توسط آن ایجاد می شود طراحی و ساخت این قسمت، دقت و ظرافت بالایی را می طلبد.
بالها موجب افزایش نیروی بالا برنده (Lift) و گردش هوا در اطراف پهپاد می شوند و محاسبات گسترده ای را جهت طراحی سطح مقطع بال (air foil)، طول بال (wing span)، زاویه نصب بال (angle of incidence)، مکان نصب بال به بدنه ، زاویه بین بال سمت چپ و بال سمت راست و… می طلبند. زیرا که تنها یک اشتباه محاسباتی کوچک در طراحی آنها می تواند موجب انحراف پهپاد در حین پرواز و یا حتی سقوط آن شود
ارابه فرود یکی از قسمت های مهم هر نوع هواپیما می باشد که وظیفه جذب انرژی ناشی از فرود هواپیما را بر عهده دارد. در مراحل طراحی هواپیما، معمولاً پس از طراحی بدنه و بال هواپیما، طراحی ارابه فرود انجام میشود. در واقع طراحی ارابه فرود به طراحی بدنه و چیدمان اجزاء هواپیما و محل مرکز ثقل هواپیما وابسته است.
ارابه فرود وزن کلی پرنده را تحمل کرده و آن را در حالت پایدار نگه میدارد و همینطور ضربات را جذب و خنثی میکند.
پهپاد
به طور کلی پهپادها را می توان به پنج دسته اصلی تقسیم بندی نمود.
میکرو پهپادها
در حقیقت میکرو پهپادها یک مدل کوچکتر از هواپیماهای بزرگ نیستند. بلکه آنها وسایلی مناسب، کاملاً عملیاتی، دارای قابلیت نظامی و دارای پروازهای کوچک در کلاس مربوط به خودشان هستند. تعریفی که در دارپا به کار گرفته شده است این وسیله را از نظر ابعاد محدود می کند به اینکه حداکثر 15 سانتی متر طول یا عرض یا ارتفاع داشته باشد. این ابعاد فیزیکی، این گروه از وسایل را از نظر بزرگی در حیطه ای قرار می دهد که از همه پهپادهایی که تا به حال ساخته شده است، کوچکترند. پهپادها به عنوان رباتهای هوایی شش درجه آزادی در نظر گرفته می شوند که قابلیت حمل بارهای کوچک را، به مناطق دور و یا پر خطر برای انجام ماموریت های مختلف دارا می باشند. این ماموریت ها می تواند شامل شناسایی، تعقیب، هدف یابی، کنترل جاده ها و مرزها، کنترل ترافیک شهری، نشانه گذاری، و حسگری زیست محیطی باشد.
از سوی دیگر میکرو
مینی پهپادها
مینی پهپادها دارای محدوده عملیاتی کمتر از 8 هزار فوت بوده و با برخورداری از سه دوربین نصب شده بر روی آنها این توانایی را دارند که از موقعیت دشمن فیلمبرداری کرده و بلافاصله به اپراتورهای خود ارسال نمایند.
این پهپادها به طور معمول اندکی از کف دست انسان کوچکتر هستند و وزنی معادل 18 گرم دارند. همچنین این ابزارها کاملاً بی صدا بوده و اگر بالای سر شما پرواز کنند شما قادر به تشخیص آن نیستید. گفتنی است یک مینی پهپاد تنها در سه دقیقه راه اندازی می شود که این ویژگی در ماموریت های نظامی در میادین جنگی بسیار حائز اهمیت می باشد. شارژ پهپاد مذکور بر روی سقف آن نصب شده و با استفاده از آن می تواند حدود سه ساعت و نیم پرواز بی وقفه داشته باشد.
جالب است بدانید کاربردهای فراوانی برای این پهپاد وجود دارد. به طور مثال جزایری وجود دارد که انسان امکان حضور در آن را ندارد و یا در میدان جنگ برخی نقاط باید پیش از حضور نیروها شناسایی شود که در این صورت از این مینی پهپادها استفاده می گردد.
پهپاد های تاکتیکی
4.جنگنده های بدون سرنشین
پهپاد
پهپادها از لحاظ فناوری در چهار زمینه مورد بررسی قرار می گیرند:
بدنه یک پهپاد باید به گونه ای طراحی گردد که بتواند سامانه های ارتباطی، جنگ افزارها، اشخاص، بارها و کلیه لوازم مرتبط با ماموریت محوله اش را در خود جای دهد و ویژگی سازگاری با شرایط جوی منطقه ماموریت را نیز دارا باشد.
یکی از بخش های مهم یک مولتی روتور یا پهپاد بدنه آن می باشد که در زبان خارجی به آن Frame یا فریم ایر (بدنه هواپیما) گفته می شود. هر پهپاد با توجه به تعداد روتورهای خود به یک فریم مخصوص نیاز دارد تا بتوانید تمامی قطعات ذکر شده را بر روی آن نصب کنید. به عنوان مثال بدنه ای که در تصویر بالا مشاهده می کنید مخصوص یک کوادکوپتر یا پهپاد ۴ موتوره می باشد که بر روی هر کدام از بازوهای آن یک روتور نصب میشود. از مهمترین ویژگی های یک فریم خوب باید تا حد امکان سبک بوده و علاوه بر این استحکام لازم برای تحمل وزن مولتی روتور را داشته باشد. شما باید با دقت بالا فلایت کنترل، موتورها و لوازم دیگر را بر روی این فریم نصب کنید.
پهپادها نیاز به نوع ویژهای از موتورها دارند. در نوع پیستونی دور بالای موتور و وزن کم، باعث متمایز کردن این موتور می شود. بیشترین مصرف موتور در پهپادها مربوط به موتور وانکل و نوع ویژه ای از موتوردو زمانه است.
برای ساخت پهپاد هنگام خرید موتور باید خیلی دقت کنید که آن موتور با قطعات دیگر نظیر فلایت کنترل و غیره سازگار می باشد یا خیر؛ به همین دلیل یک ابزار با نام eCalc وجود دارد که به صورت آنلاین تمامی محدودیت ها نظیر میزان سرعت، زمان پرواز و قابلیت حمل را در اختیار سازنده قرار می دهد. بنابراین قبل از شروع کار می توانید بگویید که این قطعات در کنار هم کار می کنند.
برای چینش موتورها باید به صورتی عمل کنید که دو موتور چپگرد یا راستگرد کنار هم قرار نگیرند. یعنی موتور جلو سمت چپ و عقب سمت راست جهت عقربه های ساعت می چرخند و موتورهای جلو سمت راست و عقب سمت چپ خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند تا بلکه بتوانند نیروی کششی همدیگر ار خنثی کنند و تعادلی مناسب برای پرنده به ارمغان بیاورند.
یکی دیگر از قطعاتی که نقش اساسی در کوادکوپتر دارد کنترلر الکترونیکی موتورها می باشند که هنگام پرواز سرعت و مقدار جریانی که به طور مداوم می تواند برای موتورها تامین کند را با واحد Amps کنترل می کند. این کنترل کننده های سرعت مولتی روتور با نظارت بر راندمان موتورها و گشتاور تولیدی آنها از بروز هرگونه آسیب برای موتورها جلوگیری می کنند. در واقع این این کنترلر های الکترونیکی پیوندی میان برد مرکزی و موتورها میباشند که با لحیم کاری به هم متصل می شوند.
ملخ ها یا در زبان لاتین (propellers) یکی دیگر از قطعاتی مورد نیاز برای ساخت پهپاد هستند که نقش اساسی برای ارائه یک پرواز کنترل شده را دارند. هنگام خرید ملخ کوادکوپتر توجه داشته باشید که مدل خریداری شده سازگار با موتور مورد نظر می باشد چرا که در دیتاشیب یا ورق مشخصات موتورها سایز و نوع پروانه های سازگار با آن ذکر می شود. برای افزایش کارایی این پروانه ها کاربر دو گزینه را پیش روی خود می بیند. اول می تواند از ملخ هایی با تیغه های بیشتر استفاده کند یا طول تیغه ها را افزایش دهد که در بسیاری از مواقع افزایش طول تیغه ها باعث به هم ریختن چارچوب مولتی روتور و بروز یک بی نظمی خاص میشود. بنابراین برای افزایش کارایی و گشتاور تولیدی می تونید از ملخ های سه پره استفاده کنید. برای نصب ملخ ها دقت کنید که به طور محکم در جایگاه خود نصب شده اند و هیچگونه خطری برای آنها وجود ندارد. برای افزایش ایمنی آنها و عدم آسیب به خلبان و سایر لوازم اطراف توصیه می شود از گاردهای محافظ ملخ استفاده کنید.
درباره این سایت