تويت
أحدثت الطائرات بدون طيار ثورة في صناعة الطيران. تساعد هذه الآلات البشر في الوصول إلى السماء بطرق جديدة وعميقة. تتمتع الطائرات بدون طيار والمروحيات الرباعية اليوم بقدرات مذهلة. تلتقط هذه الأجهزة الرائعة صورًا جوية مذهلة. يمكنهم الذهاب إلى أماكن لا يستطيع البشر حضورها، وقد جعلتهم هذه الميزة أكثر فائدة مما يتصور. كيف تم تطوير هذه الأجهزة على مدى عقود أمر رائع وينبع من ميزاتها الديناميكية الهوائية. في هذه المقالة، سوف نحدد وندرس التربيعات.
الطائرة بدون طيار أو الرباعية
تنتمي الطائرات بدون طيار إلى مجموعة من المركبات الجوية تعرف باسم المركبات الجوية غير المأهولة (UAV). يمكن لهذه المركبات أن تطير في الهواء بدون طيار. في الأساس، تجعل هذه الميزة الطائرات بدون طيار تبدو مثل الروبوتات الطائرة. تشتمل كل من الطائرات والمركبات الرباعية على برامج طيران يتم التحكم فيها بواسطة أنظمتها. تستخدم هذه الأنظمة تقنية تحديد المواقع العالمية أو GPS لتوجيه وتتبع حركات الجهاز.
الشكل 1: مثال على طائرة بدون طيار تستخدم لنقل البضائع
كوادكوبتر أو كوادكوبتر هي نوع جديد من الطائرات بدون طيار. كما يوحي الاسم، فإن هذه الدوارات الحرفية (جهاز يتم رفعه عن طريق تدوير ريش الدوار) تعتمد على أربعة دوارات سريعة الدوران للطيران. من بين هذه الدوارات الأربعة، يدور اثنان في اتجاه عقارب الساعة والآخران يدوران في عكس اتجاه عقارب الساعة. في الواقع، يساعد زوجان من المراوح الموحدة والبراغي الثابتة في عملية الطيران. يستخدم الطيارون أجهزة إرسال للتحكم عن بعد للتحكم في سرعة تغيير الأقراص الدوارة والتحكم فيها.
أنواع الطائرات بدون طيار
على الرغم من أن الدوارات المتعددة هي الأكثر طلبًا في عالم الطائرات بدون طيار، إلا أنها ليست الخيار الوحيد. إذا كنت تخطط للقيام برسم الخرائط الجوية، فيجب عليك استخدام طائرة ثابتة الجناحين، كما أن المراوح أحادية الدوار هي أيضًا حل رائع لبعض التطبيقات المحددة. فيما يلي ملخص للأنواع الأربعة الرئيسية لأنظمة تشغيل الطائرات بدون طيار ونقاط القوة والضعف في كل منها.
الطائرات متعددة الدوار
إذا كنت ترغب في الحصول على كاميرا صغيرة في الهواء لفترة قصيرة، يوصى باستخدام الدوارات المتعددة. إنها الخيار الأسهل والأرخص لوضع عينيك في السماء، ولأنها تمنحك تحكمًا كبيرًا في الموضع والإطار، فهي رائعة للتصوير الجوي.
الشكل 2: متعدد الدوار Multirotor
يتمثل عيب متعدد الدوار في قوتها وسرعتها المحدودين، مما يجعلها غير مناسبة لرسم الخرائط الجوية على نطاق واسع والمراقبة الطويلة والتفتيش عن بُعد لخطوط الأنابيب والطرق وخطوط الطاقة. على الرغم من أن هذه التكنولوجيا تتطور دائمًا، إلا أن الدوارات المتعددة غير فعالة بشكل كبير وتتطلب الكثير من الطاقة فقط لمحاربة الجاذبية وإبقائها في الهواء. باستخدام تقنية البطاريات الحالية، عند حمل شحنات خفيفة الوزن مثل الكاميرات، فإن وقت طيرانها يقتصر على حوالي 20 إلى 30 دقيقة.
المتعددة الدوار قادرة أيضًا على رفع الأجسام الثقيلة، ولكن في هذه الحالة يتم تقليل وقت طيرانها بشكل كبير. نظرًا للحاجة إلى تغييرات سريعة وعالية الدقة في الاختناقات للحفاظ على ثباتها، فليس من العملي استخدام محرك غاز لتشغيل المحركات متعددة الدوارات، لذلك تقتصر هذه الآلات على استخدام المحركات الكهربائية. لذلك، حتى يتم إدخال مصدر طاقة جديد إلى السوق، فإن هذه الآلات لها القليل جدًا من الإنجازات أثناء الرحلة.
الطائرات الجناح الثابت
تستخدم الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين (على عكس الأجنحة الدوارة، أي طائرات الهليكوبتر) أجنحة مثل الطائرات التقليدية لتوفير قوة الرفع. لهذا السبب، تحتاج هذه الأنواع من الآلات فقط إلى استخدام الطاقة للمضي قدمًا، وليس للحفاظ على طاقتها في الهواء معها، وبالتالي فهي أكثر كفاءة. يمكن لهذه الآلات السفر لمسافات أطول، ورسم خرائط لمناطق أكبر بكثير، ومراقبة هدفها لفترات طويلة من الزمن. بالإضافة إلى كونها أكثر كفاءة في هذه السيارات، من الممكن أيضًا استخدام محركات الغاز كمصدر للطاقة، ومع كثافة طاقة الوقود الأعلى، يمكن للعديد من الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين البقاء على ارتفاع 16 ساعة أو أكثر.
العيب الرئيسي للطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين هو عدم قدرتها على التحرك والوقوف فوق نقطة ما، مما يلغي استخدامها في أي عمل تصوير جوي عام. هذا يجعل رحلتهم وهبوطهم أكثر تعقيدًا، لأنه حسب حجمهم، هناك حاجة إلى مساحة مناسبة للهبوط والطيران، وهي مفتوحة وأجنحة هذه السيارة لا تصطدم بالجدران.
الجانب السلبي الآخر لهذه الآلات هو ارتفاع تكلفتها وحقيقة أنه من الصعب للغاية تعلم والتحكم في الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين. في الواقع، كان أحد أسباب التوسع في استخدام الآلات متعددة الدوارات هو أنه من السهل جدًا بدء العمل مع هذه الآلات.
يمكن لأي شخص شراء طائرة كوادكوبتر رخيصة وطيرانها في الفناء الخلفي، ولكن هذا ليس هو الحال مع الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين. في الواقع، في المرة الأولى التي ترفع فيها طائرتك الثابتة الجناحين ، يجب أن تكون واثقًا من قدرتك على التحكم بها من وقت الإطلاق وأثناء الرحلة، وإعادتها إلى الأرض بهبوط سلس.
ليس لديك فرصة لرفعها والمماطلة. تتحرك الطائرات بدون طيار ثابتة الجناح دائمًا إلى الأمام، وتتحرك أسرع بكثير من الطائرات متعددة المراوح. شيء آخر حول تشغيل الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين هو أنها تشكل معلومات أكثر، وليس مجرد صور جميلة. مع رحلة بواسطة آلات متعددة الدوارات، عندما تنتهي الرحلة، يكون عملك قد انتهى تمامًا وعليك فقط تسليم الصور.
الشكل 3: طائرة بدون طيار ثابتة الجناح
مروحية أحادية الدوار
بينما يحتوي الدوار المتعدد على العديد من الدوارات التي يمكن أن تجعله مرتفعًا، فإن الدوار الفردي، كما يوحي اسمه، له دوار واحد فقط، وفي هذا النموذج يوجد دوار آخر في نهاية ذيل الطائر للتحكم في الاتجاه. تحظى طائرات الهليكوبتر بشعبية كبيرة بين الطائرات بدون طيار، لكنها الآن تملأ مساحة صغيرة في العالم بطائرات بدون طيار. تعتبر المروحية أحادية الدوار أكثر كفاءة من المروحية متعددة الدوارات، ويمكن استخدام محرك غاز أكثر كفاءة لتشغيلها.
من القواعد الديناميكية الهوائية العامة أنه كلما كانت الشفرة الدوارة أكبر وأبطأ، زادت فعاليتها. هذا هو السبب في أن المروحيات الرباعية أكثر كفاءة من المروحيات الخارجية، والكواد الخاصة طويلة الأمد لها أقطار قاعدة كبيرة. تتميز المروحية أحادية الدوار بشفرات طويلة جدًا تشبه الجناح الدوار أكثر من المروحة وتتميز بكفاءة عالية. الأداء هنا يعني وقت الرحلة. إذا كنت بحاجة إلى أن تكون في السماء بحمولة ثقيلة (مثل الماسح الضوئي الليزري الجوي LIDAR) أو لديك رحلة طويلة أو رحلة سريعة، فإن طائرة هليكوبتر أحادية الدوار هي الخيار الأفضل لك.
يتمثل الجانب السلبي لهذه الآلات في التعقيد والتكلفة والاهتزاز بالإضافة إلى خطورة الشفرات الدوارة الكبيرة. إذا تعرضت لشفرات حادة وطويلة، فإن هذه الشفرات يمكن أن تلحق أضرارًا جسيمة بك، مما يؤدي إلى عدد كبير من الوفيات من طائرات الهليكوبتر والطائرات بدون طيار RC.
الشكل 4: مروحية دوار واحد
من حيث الصعوبة، توجد طائرات الهليكوبتر أحادية الدوار في مكان ما بين الطائرات متعددة الدوار والطائرات ذات الأجنحة الثابتة. من ناحية، يمكن تثبيتها في نقطة واحدة، لذلك من السهل نسبيًا خلعها والبدء في العمل معها، ولكن من ناحية أخرى، فهي ليست مستقرة جدًا في حالة الهبوط السيئ ويمكن أن تكون سهلة تالف. أيضًا، يحتاج هذا النموذج إلى الكثير من الصيانة والإصلاحات نظرًا لتعقيداته الميكانيكية.
هجين ذو جناح ثابت مع هبوط عمودي ورحلة (VTOL)
أدى الجمع بين مزايا الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين والقدرة على الطيران والوقوف عند نقطة ثابتة في السماء إلى إنتاج فئة جديدة من الطائرات الهجينة يمكنها الإقلاع والهبوط عموديًا.
أنواع مختلفة من هذا النموذج قيد الإنشاء، وبعضها من نفس التصميمات مثل نموذج الجناح الثابت مع محركات الرفع العمودية. البعض الآخر عبارة عن طائرات درب تبدو مثل الطائرات العادية ولكنها تهبط على ذيولها على الأرض، والبعض الآخر عبارة عن نماذج دوارة مائلة يمكن فيها رفع الدوار أو جميع الأجنحة ذات الدفاعات المرفقة بها من الجانبين لتدويرها لأعلى وأفقياً للأمام .
الشكل 5: طائر هجين ثابت الجناح
تم اختبار العديد من هذه التكوينات للطائرات المأهولة في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، لكن رحلتها كانت معقدة وصعبة للغاية، وكانت النتائج كارثية. مع ظهور الطيار الآلي الحديث، والجيروسكوبات، ومقاييس التسارع، أصبح استخدام هذه النماذج الغامضة والغريبة ممكنًا أيضًا، حيث يمكن للطيارين الآليين القيام بكل العمل الشاق للحفاظ على ثباتهم، ويمكن للطيارين الأرضيين والبشر القيام بالشيء الأسهل للتوجيه لهم .. السماء أمامك. يوجد حاليًا عدد قليل من الطائرات الهجينة ذات الأجنحة الثابتة في السوق، ولكن يمكنك أن تتوقع أن يكون هذا الخيار أكثر شيوعًا في السنوات القادمة مع اكتمال هذه التقنية.
تاريخ المركبات الجوية غير المأهولة
الطائرات بدون طيار والمروحيات الرباعية لها تاريخ غني. تم تحسين تطوير هذه المركبات بشكل كبير بمساعدة تكنولوجيا وهندسة الكمبيوتر المتقدمة. في ما يلي، بحجة فحص تاريخ الطائرات بدون طيار، سوف ندرس بعض الأسئلة الأساسية في هذا المجال.
الشكل 6: مصنوع من الكوادروتورات الأولى
دليل بناء الطائرات بدون طيار
استخدم الجيش في دول مختلفة الطائرات بدون طيار لأول مرة في الحرب. أنتج الجيش النمساوي لأول مرة هذه الأجهزة للأغراض العسكرية. في عام 1849، غزا النمساويون البندقية لأول مرة بإيطاليا بالونات بدون طيار مليئة بالمتفجرات. عملت بعض هذه البالونات بشكل فعال بينما أعادت الرياح بالونات أخرى إلى النمسا. على الرغم من أن الطائرات بدون طيار اليوم لا مثيل لها من الناحية التكنولوجية، إلا أنها أظهرت القدرة على القيام بذلك. ظهرت المركبات الجوية بدون طيار بعد الحرب العالمية الأولى. كانت طائرة (Hewitt Sperry Automated Airplane)، التي طورها وطورها (Elmer Sperry) من Gyroscope Spray، هي النسخة الأولى من طوربيد الهواء اليوم.
ثم قام الجيش الأمريكي بتحويل طائرات E-1 القياسية إلى طائرات بدون طيار. كانت إحدى هذه الطائرات هي (Larynx)، وهي طائرة صغيرة يمكنها الطيران بطيار آلي بعد إطلاقها من سفينة حربية. وهكذ، تم الكشف عن طائرات آلية أخرى بناها الجيشان الأمريكي والبريطاني بعد لارنكس. كانت أول طائرة منتجة بكميات كبيرة من إنتاج ريجنالد ديني. ممثل هوليوود ناجح ، واصل اهتمامه بالطائرات بدون طيار التي يتم التحكم فيها عن بعد وأسس شركة Reginald Danny Industries. أنتجت الشركة طائرات لاسلكية وعززت هذه الطائرات للجيش الأمريكي في الحرب العالمية الثانية.
اختبر الجيش الأمريكي الطائرات بدون طيار بهذه الطائرات وصنع مجموعة متنوعة من الطوربيدات الجوية. استخدموا الطائرات بدون طيار كأهداف خلال الحرب الباردة. كانت هذه الطائرات بدون طيار قادرة أيضًا على جمع بيانات الراديو النشطة.
الطائرات الرباعيات الأولي
كانت طائرات كوادكوبتر واحدة من أولى مركبات الهبوط العمودي (VTOL). استخدمت المروحيات السابقة دوارات الذيل لموازنة عزم الدوران أو قوة الدوران الناتجة عن الدوار الرئيسي. لكن هذه المنتجات كانت ضعيفة وغير فعالة.
طور المهندسون كوادروترات لحل المشاكل التي واجهها طيارو طائرات الهليكوبتر في الرحلات العمودية. كان أول محرك رباعي Omnichen 2 يتم اختراعه في عام 1920 بواسطة Etienne Omnichen.
الشكل 7: هليكوبتر De Bothezat Helicopter 1923
حققت السيارة 1000 رحلة جوية ناجحة، مسجلة رقمًا قياسيًا لمسافة 360 مترًا (1181.1 قدمًا). ثم تم الكشف عن A Convertible Quadcopter الذي صممه الدكتور جورج إي بوثزات، في عام 1956. كان هذا المحرك الرباعي أول جهاز يستخدم الدفع أو الدفع الأمامي للتحكم في دوران الطائرة وانحرافها. في وقت لاحق، في عام 1958، تم الكشف عن،(Curtis Wright V27) الذي صممه Curtis Wright .
تطورات الرباعية
أدت التكنولوجيا إلى تقدم كبير في المروحيات الرباعية. على مدار العقد الماضي، أطلقت شركات مثل Blade و Walkera و Parrot و DJ Innovations و Heli-Max طائرات كوادكوبتر صغيرة، وهي توفر استخدام تكنولوجيا الكمبيوتر المتقدمة للتحكم في الطيران والتصوير الجوي.
كيفية عمل طائرة كوادكوبتر
من خلال التحكم في سرعة الدوارات، يمكن للمحرك الرباعي التحكم في كل من الدفع وعزم الدوران. الانجراف قوة اتجاهية. يؤدي دوران ريش الدوار إلى دفع اتجاه هبوطي ويؤدي إلى تحريك رباعي المحركات لأعلى. عزم الدوران هو قوة دورانية. يؤدي دوران الشفرات إلى دوران رباعي المحرك بالكامل. لمنع حدوث ذلك، يدور دواران في عكس اتجاه عقارب الساعة ودوران يدوران عكس اتجاه عقارب الساعة. هذا يوازن قوة عزم الدوران ويمنع دوران رباعي كامل في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.
الشكل 8: للتدوير في اتجاه عقارب الساعة ، يجب أن تدور الدوارات 1 و 3 بشكل أسرع.
يمكن لأربعة دوارات يتم التحكم فيها بشكل مستقل ضبط مقدار انحراف الطائرة بدون طيار، أو تدويرها (مثل القرص الدوار للموسيقى) عن طريق تغيير سرعتها الدورانية، والإمالة أو الزاوية لأعلى أو لأسفل (مثل اهتزاز الرأس). لكي ينحرف المحرك الرباعي بأكمله عكس اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة، يجب أن يدور زوج واحد من الدوارات عكس اتجاه عقارب الساعة وأسرع من الزوج الآخر. يؤدي هذا إلى أن يكون عزم الدوران أقوى في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة، مما يؤدي بدوره إلى تدوير رباعي المحرك بالكامل. على النقيض من ذلك، لتحريك الرباعي لأعلى ولأسفل، يكفي أن يدور أحد الدوار أسرع من الدوارات الثلاثة الأخرى، وهذا يتسبب في تحرك الجزء ذي الدوار الأسرع لأعلى والجانب المقابل للأسفل. نتيجة لذلك، يتحرك الرباعي بأكمله في الاتجاه المعاكس للعضو الدوار.
الشكل 9: لإمالة الرباعي، من الضروري أن يدور الدوار 3 بشكل أسرع من الآخرين، ونتيجة لذلك، فإن الرباعي يميل إلى الأسفل.
على الرغم من أن تشغيل المحرك الرباعي قد يبدو معقدًا بعض الشيء، إلا أنه في الواقع أسهل بكثير من الناحية الميكانيكية والتحرك من المروحية. تحتوي المروحيات على دوّارين فقط، دوار أفقي كبير في الأعلى ودوّار رأسي صغير مثبت على الذيل. على الرغم من أن طائرات الهليكوبتر تعتمد أيضًا على التحكم في الدفع وعزم الدوران، إلا أن تعاون كلا الدوارين معقد للغاية بحيث يمكن استخدامه لتحريف المروحية وتحريكها كما يرغب الطيار. هذا التعقيد يعني أيضًا أن طائرات الهليكوبتر تواجه مزيدًا من البلى على أجهزتها وأجزائها وتتطلب مزيدًا من الصيانة. بالإضافة إلى ذلك، لا تستطيع طائرات الهليكوبتر المناورة وأداء المروحيات الرباعية بسهولة، مما يجعل من المستحيل استخدامها في مناطق ضيقة وحتى بناءها وصيانتها باهظة الثمن.
اليوم، يمكن بناء أو شراء كوادكوبتر من قبل المتحمسين في جميع أنحاء العالم باستخدام مواد صلبة ورخيصة وخفيفة مثل ألياف الكربون والبطاريات الأخف وزناً والأكثر قوة. مع زيادة تطوير التكنولوجيا الرباعية، يتم توفير المزيد من الفرص للطلاب لتحسين تصميمهم من خلال دراسة علوم الكمبيوتر والهندسة الكهربائية والهندسة الميكانيكية. قد لا يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى يتم توصيل البيتزا التي طلبتها إليك بفضل عمل الطالب وراء المحرك الرباعي.
الفرق بين المروحية الرباعية والسداسية والعادية
تسمى مجموعة نماذج الطائرات بدون طيار عمومًا “نماذج الطائرات بدون طيار(drone models)”. في هذا القسم، ندرس الفروق بين النماذج الثلاثة للرباعي والأوكتو والسداسي المروحي.
الشكل 10: أنواع الدوارات المتعددة
كوادكوبتر
تستخدم الطائرة الرباعية أربعة أذرع مع مراوح آلية في الأعلى للطيران. لذلك يمكنك تخيل طائرة هليكوبتر بأربع مراوح بدلاً من واحدة. بينما تحتاج المروحيات إلى استخدام دوار أصغر في الذيل لتحقيق الاستقرار، فإن المروحيات الرباعية لا تفعل ذلك. يمكنهم الطيران مع فراشاتهم الأربعة في مكانها. تعد طائرات كوادكوبتر خيارًا رائعًا لعشاق الطائرات بدون طيار الذين يتطلعون إلى استخدام الطائرات بدون طيار من أجل المتعة. من السهل تجميع وبناء كوادكوبتر، وهي تطير بثبات حتى في أيدي المبتدئين وغير المحترفين. يقوم معظم المستخدمين أيضًا بتوصيل الكاميرات وهواتف الفيديو وأجهزة الاتصال اللاسلكي والأجهزة الإلكترونية الأخرى بهيكل المروحية الرباعية.
الشكل 11: كوادكوبتر
المروحية الرباعية هي نسخة أكثر قوة من تصميم المروحية الأقدم، وبالتالي يمكنها حمل أوزان أثقل من طائرة هليكوبتر بالحجم المماثل. يستخدم الجيش والجيش على نطاق واسع المروحيات الرباعية لنقل الأدوات والإمدادات الخفيفة إلى المناطق الخطرة. إن قدرة الكوادروتورات على البقاء ثابتة عند نقطة واحدة بالإضافة إلى الطيران تمنحهم قدرة كبيرة على المناورة في الهواء.
هيكساكوبتر
بينما تحتوي المروحية الرباعية على أربع مراوح، فإن المروحية السداسية المروحية بها ستة مراوح. يتم وضع هذه الدفاعات في دائرة حول الجسم الرئيسي للسداسي المروحي. يسمح جزء سفلي من الجهاز، مشابه للقاعدة، للجهاز بالجلوس على الأرض بطريقة متوازنة ومستقرة. المروحية السداسية هي نسخة وطراز أقوى من كوادكوبتر بسبب مراوحها الستة، كما أنها قادرة على حمل أحمال أثقل.
الشكل 12: هيكساكوبتر
تتمتع طائرات الهكساكوبتر بمزايا كبيرة نظرًا لوجود ستة جراد. على سبيل المثال، حتى إذا تحطمت إحدى هذه الجراد الستة، يمكن للجراد الخمس الآخر أن يبقي الجهاز في الهواء وأثناء الطيران. هذا يعني أن عطل المحرك في أحد المراوح لا يعني أن الطائرة تحطمت وتضررت المعدات المتصلة بها. أيضًا، في حالة فشل مروحتين، لن يتمكن الجهاز من الطيران ولكنه سيظل مستقرًا بدرجة كافية للوصول إلى الأرض بأمان. يمكن أن يصل سداسي المروحية إلى ارتفاعات أعلى من كوادكوبتر ويتحرك أيضًا بشكل أسرع. نظرًا لأن المروحيات السداسية تكون أكثر تكلفة، فهي تستخدم عادة لنقل البضائع الأكثر تكلفة والتي قد تضيع في الحوادث. كما أن هذه الأنواع من الطائرات بدون طيار أكبر بكثير من الطائرات الرباعية ويصعب تجميعها وصيانتها.
إكتوكوبتر
كما يوحي الاسم، فإن هذا التصميم مخصص للطائرات بدون طيار مع ثمانية مراوح. وبطبيعة الحال، هذه السيارة أقوى بكثير من كوادكوبتر أو هيكساكوبتر. يمكن لهذه السيارة أن تطير على ارتفاعات أعلى، وتتحرك بشكل أسرع وتحمل حمولات أثقل من الطائرات بدون طيار الأخرى. إكتوكوبتر هي أيضًا مستقرة جدًا في السماء ويمكنها تسجيل مقاطع فيديو بصور عالية الجودة واهتزاز منخفض جدًا. عندما يتعلق الأمر بالطائرات بدون طيار، فإن المروحيات الخارجية هي أفضل جزء من المنتج بسبب أدائها العالي وقيمتها العالية. تستخدم هذه الآلات لمهام عالية التخصص قد تضعها في طريق المطر أو الرياح القوية.
الشكل 13: إكتوكوبتر
تتيح لهم قوة هذا الجهاز إدارة الظروف الجوية القاسية دون الابتعاد عن الطريق. في هذا النموذج، في حالة تلف اثنين أو حتى ثلاثة مراوح، ستستمر الطائرة بدون طيار في التحليق. يختار مستخدمو الطائرات بدون طيار أو الطائرات بدون طيار، الذين يتعين عليهم إرفاق كاميرات باهظة الثمن أو شحنات حساسة بطائراتهم بدون طيار، طائرة إكتوكوبتر إن أمكن لأنها توفر أفضل فرصة للحفاظ على سلامة البضائع وإكمال المهام في الوقت المحدد. غالبًا ما تستخدم الأفلام والبرامج التلفزيونية التي تتطلب صورًا عالية الدقة وصورًا من كاميرات باهظة الثمن إكتوكوبتر لتلبية احتياجاتها. نظرًا لأن هذا الجهاز كبير جدًا، يمكن استخدامه ككائن كبير جدًا وكبير للتخزين المنزلي. أيضًا، عند نقل طائرة بدون طيار في سيارة أو شاحنة، يجب توخي مزيد من الحذر لضمان عدم تعرضها للتلف.
نظرًا لأن المروحيات الخارجية تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة، فلا يمكن للطائرة البقاء في الهواء لفترة طويلة دون إعادة الشحن والهبوط لإعادة الشحن. إذا كنت تفكر في استخدام إكتوكوبتر، فمن الأفضل أن يكون لديك بطاريات إضافية متاحة بسهولة إذا نفدت طاقة الطائرة بدون طيار.
كما ترون، كل من طرازات الطائرات بدون طيار هذه لها مزايا وعيوب مختلفة. في حين أن المروحية الرباعية رخيصة وصغيرة الحجم، فهي مناسبة جدًا للترفيه وحمل الأشياء الصغيرة، ولكنها لا تملك القوة الكافية للعمل مع الأحمال الثقيلة.
من ناحية أخرى، تتمتع المروحية السداسية بمزيد من الثبات والتوازن، ويمكنها العمل حتى عندما تفقد محركها. يمكن للسيارة أيضًا أن تطير فوق طائرات كوادكوبتر ويمكن أن تحمل حمولة أثقل. و أخيرًا، تعد إكتوكوبتر أقوى طائرة بدون طيار من بين الطائرات الثلاث التي يمكنها الطيران على ارتفاعات عالية أثناء حمل حمولة ثقيلة. لكن هذا النموذج هو أغلى نوع من الطائرات بدون طيار من حيث الشراء ويجب أن يتم تحصيله باستمرار.
الآن بعد أن تعرفت على إيجابيات وسلبيات كل نوع من أنواع الطائرات بدون طيار، يمكنك تحديد أي منها يناسب احتياجاتك ويمكنك تقديم نوع الخدمة التي تريدها في النطاق السعري الخاص بك.
استخدامات المحرك الرباعي
يعمل الباحثون باستمرار على تطوير الهياكل الرباعية لتحسين قدراتها وتطبيقاتها. يمكنك الآن معرفة بعض استخدامات الكوادروتورات والتعرف عليها.
تطبيق الرباعي في البحث
يستخدم الباحثون من الجامعات الذين يعملون في مجالات مختلفة المروحيات الرباعية كأداة بحث. باستخدام هذا الجهاز، يقومون بجمع المعلومات اللازمة للعمل في مجال الروبوتات والتحكم في الطيران وأنظمة الوقت الفعلي. كوادكوبتر، نظرًا لرخص ثمنها وصغر حجمها، تنشئ منصات اختبار مناسبة. يمكن لأي شخص أن يطير بهذه الآلات، وهذا جعل هذه الآلات أداة جيدة للباحثين.
الشكل 14: تطبيق المتغيرات المشتركة في البحث وجمع البيانات
بصرف النظر عن هذا، يمكن لهذه الأجهزة الصغيرة والمتينة البقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية. يمكنهم الذهاب إلى أماكن خطرة من قبل الباحثين، وهذا يساعد في حل العديد من المشاكل بالتكلفة المناسبة والإمدادات المناسبة.
تطبيق الرباعي في القضايا العسكرية والاتصالات
يستخدم علماء الجيش في بلدان مختلفة طائرات كوادكوبتر لأغراض قتالية ولتحديد مناطق مختلفة، ولا تزال المروحيات الرباعية تستخدم في هذا المجال.
تستخدم وكالات إنفاذ القانون أيضًا المربعات الرباعية في عمليات البحث والإنقاذ. تبحث هذه الطائرات الصغيرة في المناطق التي يتعذر الوصول إليها عن الناجين من الكوارث المختلفة. تستخدم وكالات الاستخبارات هذه الآلات للكشف عن النشاط الإجرامي.
إحدى هذه الطائرات المسيرة تسمى “Aeryon Scout” والتي صنعتها شركة “Aeryon Labs” الكندية. يساعد هذا الطائر ويكتشف روابط تهريب المخدرات في أمريكا الوسطى.
تطبيق Quadrotor في التصوير التجاري والجوي
يحب الطيارون المروحية الرباعية لأن الحركات الجوية المذهلة لهذه الطيور تسبب مناقشات طويلة وصورًا جميلة بين هؤلاء الهواة. يتم استخدام العديد من هذه المركبات الرباعية هذه الأيام لتسجيل الصور والأفلام الجوية. تعمل تقنية الجيروسكوب ثلاثية المحاور للعديد من أحدث المروحيات الرباعية على موازنة وتثبيتها، مما يسمح لها بالتقاط صور خالية من الاهتزازات.
يعتبر الطيارون الخبراء أن كاميرات Go Pro هي أفضل كاميرا يمكن استخدامها مع محرك رباعي. يمكن لطياري Blade و Valkra و DJ Inventions الرباعية استخدام كاميرات Go Pro وقنوات Go Pro وتطبيقات Go Pro على الهواتف الذكية. يمكنهم بسهولة إرفاق هذه الكاميرات بمروحياتهم الرباعية لتسجيل الفيديو. يتمتع كل من رباعي الأسطوانات من Phantom Vision 2 و Phantom Vision 2 Plus بواسطة DJ Invisions أو DJI بقدرات رائعة في تسجيل الفيديو.
تسمح لها المحاور ثلاثية المحاور لهذه الكوادروتورات بتسجيل مقاطع فيديو سلسة وسلسة. يمكن للطيارين التقاط المزيد من الصور المذهلة عن طريق تحميل كوادكوبتر بكاميرات Go Pro.
الشكل 15: تصوير Quadrotor
يعمل Blade 350 QX Quadrotor أيضًا بشكل جيد مع كاميرا Go Pro. هذه الطائرة الرباعية الصغيرة، على عكس الطائرات الرباعية الأخرى التي تتمتع بهذه القدرة، لديها وضع الرشاقة والسرعة للرحلات الجوية المتقدمة. يعمل هذا الجهاز الرشيق بشكل جيد مع كاميرات Go Pro مثل Go Pro Hero 3 ويمكنه تسجيل الصور من عدة زوايا.
Valkra هي شركة أخرى تنتج كوادكوبتر تعمل في وقت واحد مع كاميرات Go Pro. يحتوي طرازا Scout X4 و X800 Valkyrie بالفعل على كاميرات رائعة، ولكن يمكنهم أيضًا حمل Go Pro Hero 3 للحصول على لقطات جوية رائعة.
تطبيق Quadrotor في الواقع المعزز أو ألعاب الواقع الافتراضي
بصرف النظر عن القدرة على استخدام هذه الطيور مع الكاميرات، يمكن للطيارين أيضًا لعب ألعاب الواقع المعزز أو الواقع الافتراضي باستخدام مروحياتهم الرباعية. يمنحهم الواقع المعزز لمحة عن العالم الحقيقي مع بعض التطورات المثيرة. محاكاة العالم الحقيقي تجعل الألعاب جذابة للأطفال الأكبر سنًا والمراهقين.
“Mission Helicopter” هي إحدى هذه الألعاب. في هذه اللعبة، يجب على الطيارين تمرير المعدات عبر ممرات ضيقة وعقبات دون تفجير أو إتلاف طائراتهم المروحية الرباعية. هذه اللعبة مثالية جدًا للاعبين الصغار، والرسومات في هذه اللعبة ملفتة للنظر والتحكم الرباعي مثير للغاية.
“Helicopter Game” هي لعبة واقع افتراضي أخرى تعمل بنفس طريقة اللعبة السابقة. يجب على الطيارين تحريك الأجسام عبر ممرات وعوائق ضيقة دون تفجير أو إتلاف مروحياتهم الرباعية. تتطلب هذه اللعبة المزيد من الضوابط التي لا يمكن التنبؤ بها. في هذه اللعبة، يعتبر المراهقون والبالغون أن تحريك الأشياء دون الإضرار بطائراتهم الرباعية يمثل تحديًا.
ربما إذا كنت تنوي شراء محرك رباعي، جرب هذه الألعاب قليلاً قبل شرائها وتعلم كيفية التحكم في المحرك الرباعي وزيادة مستوى المهارة والإتقان.
الطائرة بدون طيار أو الرباعية
تنتمي الطائرات بدون طيار إلى مجموعة من المركبات الجوية تعرف باسم المركبات الجوية غير المأهولة (UAV). يمكن لهذه المركبات أن تطير في الهواء بدون طيار. في الأساس، تجعل هذه الميزة الطائرات بدون طيار تبدو مثل الروبوتات الطائرة. تشتمل كل من الطائرات والمركبات الرباعية على برامج طيران يتم التحكم فيها بواسطة أنظمتها. تستخدم هذه الأنظمة تقنية تحديد المواقع العالمية أو GPS لتوجيه وتتبع حركات الجهاز.
الشكل 1: مثال على طائرة بدون طيار تستخدم لنقل البضائع
كوادكوبتر أو كوادكوبتر هي نوع جديد من الطائرات بدون طيار. كما يوحي الاسم، فإن هذه الدوارات الحرفية (جهاز يتم رفعه عن طريق تدوير ريش الدوار) تعتمد على أربعة دوارات سريعة الدوران للطيران. من بين هذه الدوارات الأربعة، يدور اثنان في اتجاه عقارب الساعة والآخران يدوران في عكس اتجاه عقارب الساعة. في الواقع، يساعد زوجان من المراوح الموحدة والبراغي الثابتة في عملية الطيران. يستخدم الطيارون أجهزة إرسال للتحكم عن بعد للتحكم في سرعة تغيير الأقراص الدوارة والتحكم فيها.
أنواع الطائرات بدون طيار
على الرغم من أن الدوارات المتعددة هي الأكثر طلبًا في عالم الطائرات بدون طيار، إلا أنها ليست الخيار الوحيد. إذا كنت تخطط للقيام برسم الخرائط الجوية، فيجب عليك استخدام طائرة ثابتة الجناحين، كما أن المراوح أحادية الدوار هي أيضًا حل رائع لبعض التطبيقات المحددة. فيما يلي ملخص للأنواع الأربعة الرئيسية لأنظمة تشغيل الطائرات بدون طيار ونقاط القوة والضعف في كل منها.
الطائرات متعددة الدوار
إذا كنت ترغب في الحصول على كاميرا صغيرة في الهواء لفترة قصيرة، يوصى باستخدام الدوارات المتعددة. إنها الخيار الأسهل والأرخص لوضع عينيك في السماء، ولأنها تمنحك تحكمًا كبيرًا في الموضع والإطار، فهي رائعة للتصوير الجوي.
الشكل 2: متعدد الدوار Multirotor
يتمثل عيب متعدد الدوار في قوتها وسرعتها المحدودين، مما يجعلها غير مناسبة لرسم الخرائط الجوية على نطاق واسع والمراقبة الطويلة والتفتيش عن بُعد لخطوط الأنابيب والطرق وخطوط الطاقة. على الرغم من أن هذه التكنولوجيا تتطور دائمًا، إلا أن الدوارات المتعددة غير فعالة بشكل كبير وتتطلب الكثير من الطاقة فقط لمحاربة الجاذبية وإبقائها في الهواء. باستخدام تقنية البطاريات الحالية، عند حمل شحنات خفيفة الوزن مثل الكاميرات، فإن وقت طيرانها يقتصر على حوالي 20 إلى 30 دقيقة.
المتعددة الدوار قادرة أيضًا على رفع الأجسام الثقيلة، ولكن في هذه الحالة يتم تقليل وقت طيرانها بشكل كبير. نظرًا للحاجة إلى تغييرات سريعة وعالية الدقة في الاختناقات للحفاظ على ثباتها، فليس من العملي استخدام محرك غاز لتشغيل المحركات متعددة الدوارات، لذلك تقتصر هذه الآلات على استخدام المحركات الكهربائية. لذلك، حتى يتم إدخال مصدر طاقة جديد إلى السوق، فإن هذه الآلات لها القليل جدًا من الإنجازات أثناء الرحلة.
الطائرات الجناح الثابت
تستخدم الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين (على عكس الأجنحة الدوارة، أي طائرات الهليكوبتر) أجنحة مثل الطائرات التقليدية لتوفير قوة الرفع. لهذا السبب، تحتاج هذه الأنواع من الآلات فقط إلى استخدام الطاقة للمضي قدمًا، وليس للحفاظ على طاقتها في الهواء معها، وبالتالي فهي أكثر كفاءة. يمكن لهذه الآلات السفر لمسافات أطول، ورسم خرائط لمناطق أكبر بكثير، ومراقبة هدفها لفترات طويلة من الزمن. بالإضافة إلى كونها أكثر كفاءة في هذه السيارات، من الممكن أيضًا استخدام محركات الغاز كمصدر للطاقة، ومع كثافة طاقة الوقود الأعلى، يمكن للعديد من الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين البقاء على ارتفاع 16 ساعة أو أكثر.
العيب الرئيسي للطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين هو عدم قدرتها على التحرك والوقوف فوق نقطة ما، مما يلغي استخدامها في أي عمل تصوير جوي عام. هذا يجعل رحلتهم وهبوطهم أكثر تعقيدًا، لأنه حسب حجمهم، هناك حاجة إلى مساحة مناسبة للهبوط والطيران، وهي مفتوحة وأجنحة هذه السيارة لا تصطدم بالجدران.
الجانب السلبي الآخر لهذه الآلات هو ارتفاع تكلفتها وحقيقة أنه من الصعب للغاية تعلم والتحكم في الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين. في الواقع، كان أحد أسباب التوسع في استخدام الآلات متعددة الدوارات هو أنه من السهل جدًا بدء العمل مع هذه الآلات.
يمكن لأي شخص شراء طائرة كوادكوبتر رخيصة وطيرانها في الفناء الخلفي، ولكن هذا ليس هو الحال مع الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين. في الواقع، في المرة الأولى التي ترفع فيها طائرتك الثابتة الجناحين ، يجب أن تكون واثقًا من قدرتك على التحكم بها من وقت الإطلاق وأثناء الرحلة، وإعادتها إلى الأرض بهبوط سلس.
ليس لديك فرصة لرفعها والمماطلة. تتحرك الطائرات بدون طيار ثابتة الجناح دائمًا إلى الأمام، وتتحرك أسرع بكثير من الطائرات متعددة المراوح. شيء آخر حول تشغيل الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين هو أنها تشكل معلومات أكثر، وليس مجرد صور جميلة. مع رحلة بواسطة آلات متعددة الدوارات، عندما تنتهي الرحلة، يكون عملك قد انتهى تمامًا وعليك فقط تسليم الصور.
الشكل 3: طائرة بدون طيار ثابتة الجناح
مروحية أحادية الدوار
بينما يحتوي الدوار المتعدد على العديد من الدوارات التي يمكن أن تجعله مرتفعًا، فإن الدوار الفردي، كما يوحي اسمه، له دوار واحد فقط، وفي هذا النموذج يوجد دوار آخر في نهاية ذيل الطائر للتحكم في الاتجاه. تحظى طائرات الهليكوبتر بشعبية كبيرة بين الطائرات بدون طيار، لكنها الآن تملأ مساحة صغيرة في العالم بطائرات بدون طيار. تعتبر المروحية أحادية الدوار أكثر كفاءة من المروحية متعددة الدوارات، ويمكن استخدام محرك غاز أكثر كفاءة لتشغيلها.
من القواعد الديناميكية الهوائية العامة أنه كلما كانت الشفرة الدوارة أكبر وأبطأ، زادت فعاليتها. هذا هو السبب في أن المروحيات الرباعية أكثر كفاءة من المروحيات الخارجية، والكواد الخاصة طويلة الأمد لها أقطار قاعدة كبيرة. تتميز المروحية أحادية الدوار بشفرات طويلة جدًا تشبه الجناح الدوار أكثر من المروحة وتتميز بكفاءة عالية. الأداء هنا يعني وقت الرحلة. إذا كنت بحاجة إلى أن تكون في السماء بحمولة ثقيلة (مثل الماسح الضوئي الليزري الجوي LIDAR) أو لديك رحلة طويلة أو رحلة سريعة، فإن طائرة هليكوبتر أحادية الدوار هي الخيار الأفضل لك.
يتمثل الجانب السلبي لهذه الآلات في التعقيد والتكلفة والاهتزاز بالإضافة إلى خطورة الشفرات الدوارة الكبيرة. إذا تعرضت لشفرات حادة وطويلة، فإن هذه الشفرات يمكن أن تلحق أضرارًا جسيمة بك، مما يؤدي إلى عدد كبير من الوفيات من طائرات الهليكوبتر والطائرات بدون طيار RC.
الشكل 4: مروحية دوار واحد
من حيث الصعوبة، توجد طائرات الهليكوبتر أحادية الدوار في مكان ما بين الطائرات متعددة الدوار والطائرات ذات الأجنحة الثابتة. من ناحية، يمكن تثبيتها في نقطة واحدة، لذلك من السهل نسبيًا خلعها والبدء في العمل معها، ولكن من ناحية أخرى، فهي ليست مستقرة جدًا في حالة الهبوط السيئ ويمكن أن تكون سهلة تالف. أيضًا، يحتاج هذا النموذج إلى الكثير من الصيانة والإصلاحات نظرًا لتعقيداته الميكانيكية.
هجين ذو جناح ثابت مع هبوط عمودي ورحلة (VTOL)
أدى الجمع بين مزايا الطائرات بدون طيار ثابتة الجناحين والقدرة على الطيران والوقوف عند نقطة ثابتة في السماء إلى إنتاج فئة جديدة من الطائرات الهجينة يمكنها الإقلاع والهبوط عموديًا.
أنواع مختلفة من هذا النموذج قيد الإنشاء، وبعضها من نفس التصميمات مثل نموذج الجناح الثابت مع محركات الرفع العمودية. البعض الآخر عبارة عن طائرات درب تبدو مثل الطائرات العادية ولكنها تهبط على ذيولها على الأرض، والبعض الآخر عبارة عن نماذج دوارة مائلة يمكن فيها رفع الدوار أو جميع الأجنحة ذات الدفاعات المرفقة بها من الجانبين لتدويرها لأعلى وأفقياً للأمام .
الشكل 5: طائر هجين ثابت الجناح
تم اختبار العديد من هذه التكوينات للطائرات المأهولة في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، لكن رحلتها كانت معقدة وصعبة للغاية، وكانت النتائج كارثية. مع ظهور الطيار الآلي الحديث، والجيروسكوبات، ومقاييس التسارع، أصبح استخدام هذه النماذج الغامضة والغريبة ممكنًا أيضًا، حيث يمكن للطيارين الآليين القيام بكل العمل الشاق للحفاظ على ثباتهم، ويمكن للطيارين الأرضيين والبشر القيام بالشيء الأسهل للتوجيه لهم .. السماء أمامك. يوجد حاليًا عدد قليل من الطائرات الهجينة ذات الأجنحة الثابتة في السوق، ولكن يمكنك أن تتوقع أن يكون هذا الخيار أكثر شيوعًا في السنوات القادمة مع اكتمال هذه التقنية.
تاريخ المركبات الجوية غير المأهولة
الطائرات بدون طيار والمروحيات الرباعية لها تاريخ غني. تم تحسين تطوير هذه المركبات بشكل كبير بمساعدة تكنولوجيا وهندسة الكمبيوتر المتقدمة. في ما يلي، بحجة فحص تاريخ الطائرات بدون طيار، سوف ندرس بعض الأسئلة الأساسية في هذا المجال.
الشكل 6: مصنوع من الكوادروتورات الأولى
دليل بناء الطائرات بدون طيار
استخدم الجيش في دول مختلفة الطائرات بدون طيار لأول مرة في الحرب. أنتج الجيش النمساوي لأول مرة هذه الأجهزة للأغراض العسكرية. في عام 1849، غزا النمساويون البندقية لأول مرة بإيطاليا بالونات بدون طيار مليئة بالمتفجرات. عملت بعض هذه البالونات بشكل فعال بينما أعادت الرياح بالونات أخرى إلى النمسا. على الرغم من أن الطائرات بدون طيار اليوم لا مثيل لها من الناحية التكنولوجية، إلا أنها أظهرت القدرة على القيام بذلك. ظهرت المركبات الجوية بدون طيار بعد الحرب العالمية الأولى. كانت طائرة (Hewitt Sperry Automated Airplane)، التي طورها وطورها (Elmer Sperry) من Gyroscope Spray، هي النسخة الأولى من طوربيد الهواء اليوم.
ثم قام الجيش الأمريكي بتحويل طائرات E-1 القياسية إلى طائرات بدون طيار. كانت إحدى هذه الطائرات هي (Larynx)، وهي طائرة صغيرة يمكنها الطيران بطيار آلي بعد إطلاقها من سفينة حربية. وهكذ، تم الكشف عن طائرات آلية أخرى بناها الجيشان الأمريكي والبريطاني بعد لارنكس. كانت أول طائرة منتجة بكميات كبيرة من إنتاج ريجنالد ديني. ممثل هوليوود ناجح ، واصل اهتمامه بالطائرات بدون طيار التي يتم التحكم فيها عن بعد وأسس شركة Reginald Danny Industries. أنتجت الشركة طائرات لاسلكية وعززت هذه الطائرات للجيش الأمريكي في الحرب العالمية الثانية.
اختبر الجيش الأمريكي الطائرات بدون طيار بهذه الطائرات وصنع مجموعة متنوعة من الطوربيدات الجوية. استخدموا الطائرات بدون طيار كأهداف خلال الحرب الباردة. كانت هذه الطائرات بدون طيار قادرة أيضًا على جمع بيانات الراديو النشطة.
الطائرات الرباعيات الأولي
كانت طائرات كوادكوبتر واحدة من أولى مركبات الهبوط العمودي (VTOL). استخدمت المروحيات السابقة دوارات الذيل لموازنة عزم الدوران أو قوة الدوران الناتجة عن الدوار الرئيسي. لكن هذه المنتجات كانت ضعيفة وغير فعالة.
طور المهندسون كوادروترات لحل المشاكل التي واجهها طيارو طائرات الهليكوبتر في الرحلات العمودية. كان أول محرك رباعي Omnichen 2 يتم اختراعه في عام 1920 بواسطة Etienne Omnichen.
الشكل 7: هليكوبتر De Bothezat Helicopter 1923
حققت السيارة 1000 رحلة جوية ناجحة، مسجلة رقمًا قياسيًا لمسافة 360 مترًا (1181.1 قدمًا). ثم تم الكشف عن A Convertible Quadcopter الذي صممه الدكتور جورج إي بوثزات، في عام 1956. كان هذا المحرك الرباعي أول جهاز يستخدم الدفع أو الدفع الأمامي للتحكم في دوران الطائرة وانحرافها. في وقت لاحق، في عام 1958، تم الكشف عن،(Curtis Wright V27) الذي صممه Curtis Wright .
تطورات الرباعية
أدت التكنولوجيا إلى تقدم كبير في المروحيات الرباعية. على مدار العقد الماضي، أطلقت شركات مثل Blade و Walkera و Parrot و DJ Innovations و Heli-Max طائرات كوادكوبتر صغيرة، وهي توفر استخدام تكنولوجيا الكمبيوتر المتقدمة للتحكم في الطيران والتصوير الجوي.
كيفية عمل طائرة كوادكوبتر
من خلال التحكم في سرعة الدوارات، يمكن للمحرك الرباعي التحكم في كل من الدفع وعزم الدوران. الانجراف قوة اتجاهية. يؤدي دوران ريش الدوار إلى دفع اتجاه هبوطي ويؤدي إلى تحريك رباعي المحركات لأعلى. عزم الدوران هو قوة دورانية. يؤدي دوران الشفرات إلى دوران رباعي المحرك بالكامل. لمنع حدوث ذلك، يدور دواران في عكس اتجاه عقارب الساعة ودوران يدوران عكس اتجاه عقارب الساعة. هذا يوازن قوة عزم الدوران ويمنع دوران رباعي كامل في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.
الشكل 8: للتدوير في اتجاه عقارب الساعة ، يجب أن تدور الدوارات 1 و 3 بشكل أسرع.
يمكن لأربعة دوارات يتم التحكم فيها بشكل مستقل ضبط مقدار انحراف الطائرة بدون طيار، أو تدويرها (مثل القرص الدوار للموسيقى) عن طريق تغيير سرعتها الدورانية، والإمالة أو الزاوية لأعلى أو لأسفل (مثل اهتزاز الرأس). لكي ينحرف المحرك الرباعي بأكمله عكس اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة، يجب أن يدور زوج واحد من الدوارات عكس اتجاه عقارب الساعة وأسرع من الزوج الآخر. يؤدي هذا إلى أن يكون عزم الدوران أقوى في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة، مما يؤدي بدوره إلى تدوير رباعي المحرك بالكامل. على النقيض من ذلك، لتحريك الرباعي لأعلى ولأسفل، يكفي أن يدور أحد الدوار أسرع من الدوارات الثلاثة الأخرى، وهذا يتسبب في تحرك الجزء ذي الدوار الأسرع لأعلى والجانب المقابل للأسفل. نتيجة لذلك، يتحرك الرباعي بأكمله في الاتجاه المعاكس للعضو الدوار.
الشكل 9: لإمالة الرباعي، من الضروري أن يدور الدوار 3 بشكل أسرع من الآخرين، ونتيجة لذلك، فإن الرباعي يميل إلى الأسفل.
على الرغم من أن تشغيل المحرك الرباعي قد يبدو معقدًا بعض الشيء، إلا أنه في الواقع أسهل بكثير من الناحية الميكانيكية والتحرك من المروحية. تحتوي المروحيات على دوّارين فقط، دوار أفقي كبير في الأعلى ودوّار رأسي صغير مثبت على الذيل. على الرغم من أن طائرات الهليكوبتر تعتمد أيضًا على التحكم في الدفع وعزم الدوران، إلا أن تعاون كلا الدوارين معقد للغاية بحيث يمكن استخدامه لتحريف المروحية وتحريكها كما يرغب الطيار. هذا التعقيد يعني أيضًا أن طائرات الهليكوبتر تواجه مزيدًا من البلى على أجهزتها وأجزائها وتتطلب مزيدًا من الصيانة. بالإضافة إلى ذلك، لا تستطيع طائرات الهليكوبتر المناورة وأداء المروحيات الرباعية بسهولة، مما يجعل من المستحيل استخدامها في مناطق ضيقة وحتى بناءها وصيانتها باهظة الثمن.
اليوم، يمكن بناء أو شراء كوادكوبتر من قبل المتحمسين في جميع أنحاء العالم باستخدام مواد صلبة ورخيصة وخفيفة مثل ألياف الكربون والبطاريات الأخف وزناً والأكثر قوة. مع زيادة تطوير التكنولوجيا الرباعية، يتم توفير المزيد من الفرص للطلاب لتحسين تصميمهم من خلال دراسة علوم الكمبيوتر والهندسة الكهربائية والهندسة الميكانيكية. قد لا يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى يتم توصيل البيتزا التي طلبتها إليك بفضل عمل الطالب وراء المحرك الرباعي.
الفرق بين المروحية الرباعية والسداسية والعادية
تسمى مجموعة نماذج الطائرات بدون طيار عمومًا “نماذج الطائرات بدون طيار(drone models)”. في هذا القسم، ندرس الفروق بين النماذج الثلاثة للرباعي والأوكتو والسداسي المروحي.
الشكل 10: أنواع الدوارات المتعددة
كوادكوبتر
تستخدم الطائرة الرباعية أربعة أذرع مع مراوح آلية في الأعلى للطيران. لذلك يمكنك تخيل طائرة هليكوبتر بأربع مراوح بدلاً من واحدة. بينما تحتاج المروحيات إلى استخدام دوار أصغر في الذيل لتحقيق الاستقرار، فإن المروحيات الرباعية لا تفعل ذلك. يمكنهم الطيران مع فراشاتهم الأربعة في مكانها. تعد طائرات كوادكوبتر خيارًا رائعًا لعشاق الطائرات بدون طيار الذين يتطلعون إلى استخدام الطائرات بدون طيار من أجل المتعة. من السهل تجميع وبناء كوادكوبتر، وهي تطير بثبات حتى في أيدي المبتدئين وغير المحترفين. يقوم معظم المستخدمين أيضًا بتوصيل الكاميرات وهواتف الفيديو وأجهزة الاتصال اللاسلكي والأجهزة الإلكترونية الأخرى بهيكل المروحية الرباعية.
الشكل 11: كوادكوبتر
المروحية الرباعية هي نسخة أكثر قوة من تصميم المروحية الأقدم، وبالتالي يمكنها حمل أوزان أثقل من طائرة هليكوبتر بالحجم المماثل. يستخدم الجيش والجيش على نطاق واسع المروحيات الرباعية لنقل الأدوات والإمدادات الخفيفة إلى المناطق الخطرة. إن قدرة الكوادروتورات على البقاء ثابتة عند نقطة واحدة بالإضافة إلى الطيران تمنحهم قدرة كبيرة على المناورة في الهواء.
هيكساكوبتر
بينما تحتوي المروحية الرباعية على أربع مراوح، فإن المروحية السداسية المروحية بها ستة مراوح. يتم وضع هذه الدفاعات في دائرة حول الجسم الرئيسي للسداسي المروحي. يسمح جزء سفلي من الجهاز، مشابه للقاعدة، للجهاز بالجلوس على الأرض بطريقة متوازنة ومستقرة. المروحية السداسية هي نسخة وطراز أقوى من كوادكوبتر بسبب مراوحها الستة، كما أنها قادرة على حمل أحمال أثقل.
الشكل 12: هيكساكوبتر
تتمتع طائرات الهكساكوبتر بمزايا كبيرة نظرًا لوجود ستة جراد. على سبيل المثال، حتى إذا تحطمت إحدى هذه الجراد الستة، يمكن للجراد الخمس الآخر أن يبقي الجهاز في الهواء وأثناء الطيران. هذا يعني أن عطل المحرك في أحد المراوح لا يعني أن الطائرة تحطمت وتضررت المعدات المتصلة بها. أيضًا، في حالة فشل مروحتين، لن يتمكن الجهاز من الطيران ولكنه سيظل مستقرًا بدرجة كافية للوصول إلى الأرض بأمان. يمكن أن يصل سداسي المروحية إلى ارتفاعات أعلى من كوادكوبتر ويتحرك أيضًا بشكل أسرع. نظرًا لأن المروحيات السداسية تكون أكثر تكلفة، فهي تستخدم عادة لنقل البضائع الأكثر تكلفة والتي قد تضيع في الحوادث. كما أن هذه الأنواع من الطائرات بدون طيار أكبر بكثير من الطائرات الرباعية ويصعب تجميعها وصيانتها.
إكتوكوبتر
كما يوحي الاسم، فإن هذا التصميم مخصص للطائرات بدون طيار مع ثمانية مراوح. وبطبيعة الحال، هذه السيارة أقوى بكثير من كوادكوبتر أو هيكساكوبتر. يمكن لهذه السيارة أن تطير على ارتفاعات أعلى، وتتحرك بشكل أسرع وتحمل حمولات أثقل من الطائرات بدون طيار الأخرى. إكتوكوبتر هي أيضًا مستقرة جدًا في السماء ويمكنها تسجيل مقاطع فيديو بصور عالية الجودة واهتزاز منخفض جدًا. عندما يتعلق الأمر بالطائرات بدون طيار، فإن المروحيات الخارجية هي أفضل جزء من المنتج بسبب أدائها العالي وقيمتها العالية. تستخدم هذه الآلات لمهام عالية التخصص قد تضعها في طريق المطر أو الرياح القوية.
الشكل 13: إكتوكوبتر
تتيح لهم قوة هذا الجهاز إدارة الظروف الجوية القاسية دون الابتعاد عن الطريق. في هذا النموذج، في حالة تلف اثنين أو حتى ثلاثة مراوح، ستستمر الطائرة بدون طيار في التحليق. يختار مستخدمو الطائرات بدون طيار أو الطائرات بدون طيار، الذين يتعين عليهم إرفاق كاميرات باهظة الثمن أو شحنات حساسة بطائراتهم بدون طيار، طائرة إكتوكوبتر إن أمكن لأنها توفر أفضل فرصة للحفاظ على سلامة البضائع وإكمال المهام في الوقت المحدد. غالبًا ما تستخدم الأفلام والبرامج التلفزيونية التي تتطلب صورًا عالية الدقة وصورًا من كاميرات باهظة الثمن إكتوكوبتر لتلبية احتياجاتها. نظرًا لأن هذا الجهاز كبير جدًا، يمكن استخدامه ككائن كبير جدًا وكبير للتخزين المنزلي. أيضًا، عند نقل طائرة بدون طيار في سيارة أو شاحنة، يجب توخي مزيد من الحذر لضمان عدم تعرضها للتلف.
نظرًا لأن المروحيات الخارجية تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة، فلا يمكن للطائرة البقاء في الهواء لفترة طويلة دون إعادة الشحن والهبوط لإعادة الشحن. إذا كنت تفكر في استخدام إكتوكوبتر، فمن الأفضل أن يكون لديك بطاريات إضافية متاحة بسهولة إذا نفدت طاقة الطائرة بدون طيار.
كما ترون، كل من طرازات الطائرات بدون طيار هذه لها مزايا وعيوب مختلفة. في حين أن المروحية الرباعية رخيصة وصغيرة الحجم، فهي مناسبة جدًا للترفيه وحمل الأشياء الصغيرة، ولكنها لا تملك القوة الكافية للعمل مع الأحمال الثقيلة.
من ناحية أخرى، تتمتع المروحية السداسية بمزيد من الثبات والتوازن، ويمكنها العمل حتى عندما تفقد محركها. يمكن للسيارة أيضًا أن تطير فوق طائرات كوادكوبتر ويمكن أن تحمل حمولة أثقل. و أخيرًا، تعد إكتوكوبتر أقوى طائرة بدون طيار من بين الطائرات الثلاث التي يمكنها الطيران على ارتفاعات عالية أثناء حمل حمولة ثقيلة. لكن هذا النموذج هو أغلى نوع من الطائرات بدون طيار من حيث الشراء ويجب أن يتم تحصيله باستمرار.
الآن بعد أن تعرفت على إيجابيات وسلبيات كل نوع من أنواع الطائرات بدون طيار، يمكنك تحديد أي منها يناسب احتياجاتك ويمكنك تقديم نوع الخدمة التي تريدها في النطاق السعري الخاص بك.
استخدامات المحرك الرباعي
يعمل الباحثون باستمرار على تطوير الهياكل الرباعية لتحسين قدراتها وتطبيقاتها. يمكنك الآن معرفة بعض استخدامات الكوادروتورات والتعرف عليها.
تطبيق الرباعي في البحث
يستخدم الباحثون من الجامعات الذين يعملون في مجالات مختلفة المروحيات الرباعية كأداة بحث. باستخدام هذا الجهاز، يقومون بجمع المعلومات اللازمة للعمل في مجال الروبوتات والتحكم في الطيران وأنظمة الوقت الفعلي. كوادكوبتر، نظرًا لرخص ثمنها وصغر حجمها، تنشئ منصات اختبار مناسبة. يمكن لأي شخص أن يطير بهذه الآلات، وهذا جعل هذه الآلات أداة جيدة للباحثين.
الشكل 14: تطبيق المتغيرات المشتركة في البحث وجمع البيانات
بصرف النظر عن هذا، يمكن لهذه الأجهزة الصغيرة والمتينة البقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية. يمكنهم الذهاب إلى أماكن خطرة من قبل الباحثين، وهذا يساعد في حل العديد من المشاكل بالتكلفة المناسبة والإمدادات المناسبة.
تطبيق الرباعي في القضايا العسكرية والاتصالات
يستخدم علماء الجيش في بلدان مختلفة طائرات كوادكوبتر لأغراض قتالية ولتحديد مناطق مختلفة، ولا تزال المروحيات الرباعية تستخدم في هذا المجال.
تستخدم وكالات إنفاذ القانون أيضًا المربعات الرباعية في عمليات البحث والإنقاذ. تبحث هذه الطائرات الصغيرة في المناطق التي يتعذر الوصول إليها عن الناجين من الكوارث المختلفة. تستخدم وكالات الاستخبارات هذه الآلات للكشف عن النشاط الإجرامي.
إحدى هذه الطائرات المسيرة تسمى “Aeryon Scout” والتي صنعتها شركة “Aeryon Labs” الكندية. يساعد هذا الطائر ويكتشف روابط تهريب المخدرات في أمريكا الوسطى.
تطبيق Quadrotor في التصوير التجاري والجوي
يحب الطيارون المروحية الرباعية لأن الحركات الجوية المذهلة لهذه الطيور تسبب مناقشات طويلة وصورًا جميلة بين هؤلاء الهواة. يتم استخدام العديد من هذه المركبات الرباعية هذه الأيام لتسجيل الصور والأفلام الجوية. تعمل تقنية الجيروسكوب ثلاثية المحاور للعديد من أحدث المروحيات الرباعية على موازنة وتثبيتها، مما يسمح لها بالتقاط صور خالية من الاهتزازات.
يعتبر الطيارون الخبراء أن كاميرات Go Pro هي أفضل كاميرا يمكن استخدامها مع محرك رباعي. يمكن لطياري Blade و Valkra و DJ Inventions الرباعية استخدام كاميرات Go Pro وقنوات Go Pro وتطبيقات Go Pro على الهواتف الذكية. يمكنهم بسهولة إرفاق هذه الكاميرات بمروحياتهم الرباعية لتسجيل الفيديو. يتمتع كل من رباعي الأسطوانات من Phantom Vision 2 و Phantom Vision 2 Plus بواسطة DJ Invisions أو DJI بقدرات رائعة في تسجيل الفيديو.
تسمح لها المحاور ثلاثية المحاور لهذه الكوادروتورات بتسجيل مقاطع فيديو سلسة وسلسة. يمكن للطيارين التقاط المزيد من الصور المذهلة عن طريق تحميل كوادكوبتر بكاميرات Go Pro.
الشكل 15: تصوير Quadrotor
يعمل Blade 350 QX Quadrotor أيضًا بشكل جيد مع كاميرا Go Pro. هذه الطائرة الرباعية الصغيرة، على عكس الطائرات الرباعية الأخرى التي تتمتع بهذه القدرة، لديها وضع الرشاقة والسرعة للرحلات الجوية المتقدمة. يعمل هذا الجهاز الرشيق بشكل جيد مع كاميرات Go Pro مثل Go Pro Hero 3 ويمكنه تسجيل الصور من عدة زوايا.
Valkra هي شركة أخرى تنتج كوادكوبتر تعمل في وقت واحد مع كاميرات Go Pro. يحتوي طرازا Scout X4 و X800 Valkyrie بالفعل على كاميرات رائعة، ولكن يمكنهم أيضًا حمل Go Pro Hero 3 للحصول على لقطات جوية رائعة.
تطبيق Quadrotor في الواقع المعزز أو ألعاب الواقع الافتراضي
بصرف النظر عن القدرة على استخدام هذه الطيور مع الكاميرات، يمكن للطيارين أيضًا لعب ألعاب الواقع المعزز أو الواقع الافتراضي باستخدام مروحياتهم الرباعية. يمنحهم الواقع المعزز لمحة عن العالم الحقيقي مع بعض التطورات المثيرة. محاكاة العالم الحقيقي تجعل الألعاب جذابة للأطفال الأكبر سنًا والمراهقين.
“Mission Helicopter” هي إحدى هذه الألعاب. في هذه اللعبة، يجب على الطيارين تمرير المعدات عبر ممرات ضيقة وعقبات دون تفجير أو إتلاف طائراتهم المروحية الرباعية. هذه اللعبة مثالية جدًا للاعبين الصغار، والرسومات في هذه اللعبة ملفتة للنظر والتحكم الرباعي مثير للغاية.
“Helicopter Game” هي لعبة واقع افتراضي أخرى تعمل بنفس طريقة اللعبة السابقة. يجب على الطيارين تحريك الأجسام عبر ممرات وعوائق ضيقة دون تفجير أو إتلاف مروحياتهم الرباعية. تتطلب هذه اللعبة المزيد من الضوابط التي لا يمكن التنبؤ بها. في هذه اللعبة، يعتبر المراهقون والبالغون أن تحريك الأشياء دون الإضرار بطائراتهم الرباعية يمثل تحديًا.
ربما إذا كنت تنوي شراء محرك رباعي، جرب هذه الألعاب قليلاً قبل شرائها وتعلم كيفية التحكم في المحرك الرباعي وزيادة مستوى المهارة والإتقان.
الملفات المرفقة
