نظرة عامة عن الطائرات بدون طيار “UAV’s”

الزنانة “The Drones

تدخل تحت مسمى طائرات الـ  UAV’s  وهي إختصار لــ Unnamed Arial Vehicle وتعني الطائرات بدون طيار وبعض الناس يترجمونها بــ الروبوت الطائر والبعض الأخر يطلق عليها الزنانة وجاءت تسمية الزنانة من كلمة Drone التي تعني ذكر النحل لأن صوت الطائرة ذات المراوح Multicopter  عندما تعمل تشبه صوت النحل وهو طائر وتنقسم طائرات الــ UAV’s الى نوعين وهما طائرات الــ Fixed Wing (الطائرة ذات الاجنحة) و طائرات الــ Multirotor (الطائرة ذات المراوح المتعددة) وهنا سنتحدث فقط عن طائرات الــ Multirotor.

طائرة الــMultirotor  لها موديلات عديدة على حسب عدد المراوح المركبة بها (هيلي كوبتر، تراي كوبتر، كواد كوبتر، هكس كوبتر، اوكتا كوبتر،…الخ) ولكن طريقة وديناميكية العمل متشابهة جداً.(شاهد المزيد من المقالات المتعلقة بالتكنولوجيا والبحث العلمي من خلال موضوع تكنولوجيا في موقع مقال)

المكونات والأجزاء الأساسية لطائرة “Multirotor”

الحد الادنى من المكونات التي يجب إمتلاكها لتصنع الطائرات بدون طيار “الملتي روترز Multirotor”:

1- الفريم “frame”

وهو هيكل الطائرة الاساسي الذي توضع عليه جميع مكونات الطائرة ويأتي بأشكال عديدة ويصنع من مواد مختلفة:

  • بلاستيك

    • له وزن متوسط بين الالمونيوم والفايبر غلاس لا هو ثقيل مثل الالمونيوم ولا خفيف جداً مثل الفايبر ومتانته ضعيفة مقارنة بالفايبر والالمونيم و رخيص السعر.
  • ألمونيوم

    • متين ولكنه ثقيل الوزن جداً ويتميز ايضاً برخص سعره.
  • فايبر غلاس

    • وهو أمتن من الالمونيوم والبلاستيك معاً ولكن سعره مرتفع.

يمكنك صنع الفريم في المنزل ببساطة ولكن يجب عليك مراعاة طول الأزرع وتعامدها مع بعضها البعض والا يكون هنالك جانب أثقل من الاخر لكي لا تفقد الطائرة توازنها وايضاً الاخذ بعين االإعتبار حجم المراوح Propellers.

2- “Brushless Motor”  المواتير ذات الفرش

وتختلف من الموتور الــ DC العادي، يتكون من ثلاثة ملفات داخلية لذلك لديه ثلاثة اطراف للطاقة 3Phase وطالما لديه ثلاثة اطراف للطاقة نستطيع التحكم في مقدار الجهد الداخل الى الموتور وبالتالي نستطيع التحكم في سرعة الموتور سرعة المروحة وهذا ما تقوم به شريحة الــESC  سنتحدث عنها لاحقاً.

نقاط مهمة عن هذا النوع من المواتير:

  • دائماً ما نجد مكتوب على الموتور ارقام مثل (1000KV) وهذا لا يعني ان الموتور يعمل بجهد الف كيلو فولت بل يعني ان مقابل كل فولت تعطيه للموتور ينتج الموتور الف لفة في الدقيقة (1000 rpm) يعني مثلاً لو غذيت هذا الموتور بمصدر جهد 10 V يعطيك (10 V* 1000 KV = 10,000 rpm) عشرة ألف لفة في الدقيقة الواحدة (انظر الى الصورة رقم 2).
  • قوة دفع الموتور او ما يسمى بــ Thrust كل موتور له thrust معين يزيد وينقص على حسب نوع الموتور وتستطيع معرفته من الداتاشيت للموتور، كلما زاد الــ thurst  للموتور كلما استطاعت الطائرة حمل وزن اكبر.
  • هذا النوع من المواتير يسحب تيار عالي جداً وسرعة دورانه عالية جداً ولكنه لا يمتلك عزم عالي وبالتالي كلما زاد التيار الذي يسحبه هذا الموتور كلما استهلك البطاريات في زمن اقل وبالتالي ينقص زمن الطيران لان البطارية تفرغ بسرعة.

3- المراوح “Propellers”

كما الفريم تصنع من البلاستيك او الفايبر غلاس ويجب تركيبها بطريقة معينة في طائرة الكواد كوبتر على حسب اتجاه دوران الموتور (يجب ان تدور كلا المروحتين المقابلتين لبعضهما على اتجاه عقارب الساعة والمروحتين الاخرتين تدورا عكس إتجاه عقارب الساعة) و يتم تصنيع شفرات المراوح بحيث تكون اتجاه انحناء شفرات المراوح التي تدور مع عقارب الساعة عكس اتجاه انحناء شفرات المراوح التي تدور عكس عقارب الساعة.

ESC” -4″ اختصار لــ “Electronic Speed Control”

وهي شريحة الكترونية مهمتها هي استقبال الــ DC  القادم من البطارية وتحويله الى إشارة أنالوج Analog signal  لتغذي الموتور وتتحكم بسرعته فهذه الشريحة تحتوي على IC  Integrated Circuit يعمل مثل مولد الموجات Function Generator لتوليد الاشارة الموجية (لان كما ذكرنا ان الموتور يعمل على 3phase) وتحتوي الشريحة ايضاً على ترانزيستورات موسفت MOSFT Transistor  لتمرير التيار العالي الى الموتور ويجب اختيار الــ ESC  على حسب مقدار التيار الذي يسحبه الموتور (مثلاً اذا كان الموتور يسحب تيار عالي يجب اختيار ESC تتحمل تيار عالي لكي لا تتلف).

5- البطاريات “Battery”

بالتأكيد بطاريات الـ Li-On  او ليثيوم ايون  تتميز بحجم صغير ووزن  خفيف وسعات عالية وهي نفس البطارية التي تعمل عليها معظم الهواتف الذكية

نقاط مهمة عن البطاريات:

دائماً ما نجد مكتوب على بطاريات الليثيوم ايون ارقام مثلاً 2600 mAh ماذا يعني هذا الرقم؟ الاجابة: يعني انه يمكنك سحب 6 A من البطارية لمدة ساعة كاملة.

طيب ماذا لو قمت بسحب ضعف هذا الرقم (يعني قمت بسحب 2600*2=5200mAh)؟ الاجابة: ستعطيك البطارية 5.2A لمدة نصف ساعة فقط وهكذا … الخ ( القاعدة هنا انك كلما قمت بسحب تيار كبير من البطارية تنفذ البطارية في زمن اقل والعكس صحيح اي يعني انك اذا قمت بسحب تيار قليل من البطارية تنفذ البطارية في زمن اطول وهكذا ولكن تذكر جيداً ان البطارية لها قيمة تيار معين اذا سحبت اعلى منه تنهار البطارية مباشرةً وتفرغ في ثانية واحدة وربما في بعض الاحيان تخرب البطارية وهذا الحجم من التيار الذي تنهار عنده البطارية غالباً ما يوّضح في الداتا شيت للبطارية وايضاً يكتب في البطارية ويرمز له بالرمز C وتجده مكتوب على البطاريات في الخارج بجانب رقم مثلا تجد 50 C )

متحكم الطيران “Flight Controller”في الطائرات بدون طيار 

انتهينا من المكونات الاساسية للدرونز وتبقى المكون الاهم وعقل الدرونز وهو الـ Flight Controller  متحكمات الطيران:

بالرغم من اهميته يترك لك اختيار المتحكم المناسب لك او برمجة اي Microcontroller  للتحكم في الطائرة ويمكنك ايضاً استخدام الاردوينو Arduino او الراسبيري باي   Raspberry pi  او الاثنين معاً كما فعل هذين الشابين من المملكة المتحدة في صناعة طائرة الكواد كوبتر الخاصة بهم (انظر الى تجربتهما في صناعة الطائرة).

متحكم الطيران الأردوبيلوت “Ardupilot”

هنالك متحكم طيران شهير يسمى الاردوبيلوت Ardupilot يقوم بالتحكم تلقائياً في الطائرة بدون التدخل من الشخص فقط عليك تحديد او رسم مسار لرحلة الطيران على برنامج Mission plan الذي يأتي مع الاردوبيلوت وسيقوم هو بتولي المهمة ويمكنك ايضاً ببعض التعديل البسيط جداً جعل هذا المتحكم يستقبل الاوامر من اي Rc  ريموت كنترول او حتى عصى بلايستيشن لكي تتحكم انت في الطائرة.

اذا اردت صناعة درونز تتحكم بها من خلال الاردوينو او اي بوردة اخرى يجب عليك الالمام بعض مبادئ طيران الدرونز وكيفية عملها لكي تتغلب على مشاكل اتزان الطائرة في الجو واقلاع الطائرة وهبوطها بأمان Take off & Landing باضافة بعض الحساسات Sensors الى الاردوينو مثل حساس الغيروسكوب Gyroscope  وحساس accelerometers وايضاً للهبوط بأمان إضافة حساس الـ Ultrasonic  لحساب المسافة المتبقية بينه وبين الارض عند هبوط الطائرة واستلام التحكم الالي من هذه المسافة والبدء بتقليل سرعة المراوح تدريجياً الى ان تهبط الطائرة بأمان وكل هذه يكون عن طريق برمجة الاردوينو.

فيديو مقال نظرة عامة عن الطائرات بدون طيار “UAV’s”

أضف تعليقك هنا