عند شراء طائرات زراعية بدون طيار، كيف يمكنني تقييم استراتيجية العودة الذكية إلى المنزل في حالات انخفاض البطارية؟

إن مشاهدة طائرة بدون طيار ثقيلة تصارع الرياح مع بطارية مستنفدة هو سيناريو كابوسي نعمل بلا كلل للقضاء عليه في مختبرات التحكم في الطيران لدينا. مختبرات التحكم في الطيران ¹

يجب تقييم استراتيجية RTH من خلال التحقق مما إذا كان النظام يستخدم حسابات الطاقة الديناميكية بدلاً من النسب المئوية الثابتة. أعط الأولوية للطائرات بدون طيار المزودة بنظام تجنب العوائق متعدد الاتجاهات الذي يعمل أثناء أوضاع الطاقة المنخفضة وتأكد من أن البرنامج يسمح بعتبات أمان قابلة للتكوين بناءً على مقاومة الرياح ووزن الحمولة.

دعنا نفحص المعايير الفنية المحددة التي يجب عليك التحقق منها لحماية استثماراتك في المعدات.

كيف يقوم النظام بحساب الطاقة الدقيقة اللازمة للعودة إلى نقطة منزلي المحددة؟

عندما يقوم مهندسونا بمعايرة خوارزميات الطيران معايرة خوارزميات الطيران ², ، نجد أن الاعتماد على عمليات فحص المسافة البسيطة أمر خطير بالنسبة للحمولات الزراعية الثقيلة.

تقوم الأنظمة المتقدمة بحساب احتياجات الطاقة من خلال تحليل المسافة في الوقت الحقيقي وسرعة الرياح الحالية ووزن الحمولة في وقت واحد. وبدلاً من النسبة المئوية الثابتة للبطارية، تقوم وحدة التحكم في الطيران بتقدير الطاقة المطلوبة ديناميكياً للتحليق في مواجهة مقاومة الرياح، مما يضمن هبوط الطائرة بدون طيار بمخزن آمن.

خطر مشغلات النسب المئوية الثابتة

في الأيام الأولى من تطوير الطائرات بدون طيار، استخدمت العديد من الأنظمة قاعدة بسيطة: إذا وصلت البطارية إلى 20%، فارجع إلى المنزل. بالنسبة لطائرة بدون طيار للتصوير الفوتوغرافي، عادةً ما يكون هذا جيداً. أما بالنسبة لطائرة زراعية بدون طيار تحمل 40 لتراً من السوائل، فقد يكون ذلك كارثياً.

إذا كانت طائرتك بدون طيار على بعد 500 متر، وهي تطير في اتجاه الريح مع خزان ممتلئ، فإنها تستهلك طاقة قليلة جداً. ومع ذلك، عندما تستدير لتعود إلى المنزل، فقد تصارع رياحاً معاكسة بسرعة 15 ميلاً في الساعة مقاومة رياح معاكسة بسرعة 15 ميلاً في الساعة ³. إذا نظر النظام فقط إلى رقم "20%"، فلن يكون لديه طاقة كافية للتغلب على مقاومة الرياح تلك. نرى هذا في كثير من الأحيان مع وحدات التحكم المبتدئة التي لا تأخذ في الاعتبار الفيزياء البيئية.

تقدير الطاقة الديناميكي

تستخدم الطائرات بدون طيار الزراعية المتطورة "Smart RTH" أو المنطق الديناميكي. يقوم هذا البرنامج بتشغيل معادلة رياضية باستمرار في الخلفية. المنطق الديناميكي ⁴ يبحث في ثلاثة عوامل رئيسية:

1. المسافة إلى المنزل: طول المسار الدقيق إلى مهبط الطائرات.
2. معدل الاستهلاك الحالي: مقدار الطاقة التي تسحبها المحركات في الوقت الحالي للحفاظ على الموضع.
3. المقاومة الخارجية: تأثير سرعة الرياح واتجاهها.

عندما تكتشف وحدة التحكم في الطيران أن الطاقة المطلوبة للعودة تقترب من مستوى البطارية الحالي (بالإضافة إلى مخزن أمان)، فإنها تقوم بتشغيل العودة على الفور، سواء كانت البطارية عند 15% أو 35%.

تأثير وزن الحمولة

التحدي الفريد من نوعه في الزراعة هو تغير وزن الطائرة. فالطائرة بدون طيار العائدة بخزان فارغ تكون أخف وزناً وأكثر مرونة بكثير من الطائرة العائدة بحمولة جزئية.

تراقب الأنظمة الفائقة بيانات مقياس التدفق. فهي تعرف ما إذا كان الخزان فارغًا أو نصف ممتلئ. إذا كان الخزان يحتوي على سائل، تكون الطائرة بدون طيار أثقل. يحسب النظام أن المحركات تحتاج إلى مزيد من الجهد لرفع هذا الوزن. وبالتالي، سيؤدي ذلك إلى تشغيل تسلسل العودة إلى المنزل (RTH) في وقت أبكر مما لو كان الخزان فارغاً. وهذا يمنع البطارية من الانخفاض عن مستويات الجهد الحرجة تحت الحمل.

مقارنة بين طرق الحساب

لمساعدتك في التمييز بين الأنظمة الأساسية والاحترافية، راجع جدول المقارنة أدناه.

هل يمكنني ضبط نسبة تشغيل البطارية المنخفضة بناءً على حجم الحقل وظروف الطيران؟

كثيرًا ما ننصح عملاءنا الدوليين بأن إعدادات البرامج الجامدة تدمر الكفاءة التشغيلية في المزارع الكبيرة الكفاءة التشغيلية ⁵ بتضاريس متغيرة.

نعم، تسمح لك الطائرات المسيرة الزراعية الاحترافية بتخصيص مشغلات البطارية المنخفضة لتتناسب مع واقعك التشغيلي. يمكنك تعيين عتبات متحفظة للحقول الكبيرة والعاصفة لضمان السلامة، أو نسب مئوية أقل للبيئات الصغيرة الخاضعة للتحكم لزيادة وقت الطيران واستخدام المواد الكيميائية في كل دورة بطارية.

تحقيق التوازن بين السلامة والكفاءة

أحد الأسئلة الأكثر شيوعاً التي نتلقاها من مديري المشتريات هو عن مدة الرحلة. الجميع يريد مدة أطول. ومع ذلك، ترتبط المدة مباشرة بمدى قوة تفريغ البطارية.

إذا كنت ترش حقلاً صغيراً مسطحاً يبعد 200 متر فقط عن شاحنتك، فلن تحتاج إلى بطارية عازلة للبطارية 30%. يمكنك التحليق بأمان إلى 15%، مما يوفر لك تغطية بضعة أفدنة إضافية من التغطية. وعلى العكس من ذلك، إذا كنت تعمل فوق حقل ذرة مساحته 100 فدان مع وجود تلال وهبوب رياح قوية، فإن ترك الإعداد عند 15% يعد تهورًا. تحتاج إلى القدرة على رفع هذا المشغل يدويًا إلى 25% أو 30%.

معلمات قابلة للتكوين من قبل المستخدم

عند تقييم منصة طائرة بدون طيار جديدة، اطلب رؤية قائمة الإعدادات. يجب أن تبحث عن شريط تمرير أو حقل إدخال لـ "انخفاض البطارية RTH"."

تتيح لك هذه المرونة التكيف مع الظروف اليومية. في صباح هادئ، يمكنك أن تكون عدوانيًا. وفي فترة ما بعد الظهيرة العاصفة، يمكنك أن تكون متحفظاً. حتى أن بعض برامج المحطات الأرضية المتقدمة تسمح لك بتعيين ملفات تعريف مختلفة لحقول مختلفة. إذا كنت تعرف أن "الحقل "أ" يحتوي على خط من الأشجار العالية التي تتطلب من الطائرة بدون طيار الصعود عالياً للعودة، يمكنك حفظ ملف تعريف مع متطلبات احتياطي طاقة أعلى لهذا الموقع المحدد.

حساب عمر البطارية (الحالة الصحية)

سبب آخر مهم للمشغلات القابلة للتعديل هو تقادم حزم الطاقة الخاصة بك. تتحلل بطاريات الليثيوم بمرور الوقت تتحلل بطاريات الليثيوم بمرور الوقت ⁶. لا تحافظ البطارية ذات الـ 500 دورة على الجهد مثل البطارية الجديدة.

مع تقدم البطاريات في العمر، تزداد مقاومتها الداخلية. المقاومة الداخلية ⁷ عندما تتطلب الطائرة بدون طيار طاقة عالية (مثل أثناء رحلة العودة السريعة)، ينخفض الجهد بشكل أسرع. إذا كان برنامجك يسمح بالتعديل، يمكنك زيادة عتبة العودة للبطاريات القديمة. هذا يعوض عن انخفاض أدائها ويمنع فقدان الطاقة المفاجئ أثناء رحلة العودة.

الإعدادات الموصى بها للسيناريوهات المختلفة

فيما يلي دليل حول كيفية ضبط هذه الإعدادات بناءً على المتغيرات التشغيلية الشائعة.

هل سيظل رادار تفادي العوائق يعمل بكامل طاقته أثناء العودة الطارئة في حالة انخفاض البطارية؟

خلال تجارب السلامة التي نجريها، نستنزف البطاريات عمداً إلى أقصى حد ممكن لضمان عدم توقف مستشعرات تجنب العوائق عن العمل قبل الأوان.

يجب أن يظل رادار تجنب العوائق نشطاً أثناء انخفاض طاقة البطارية لمنع الاصطدام بالأشجار أو الصوامع. تقوم الطائرات بدون طيار عالية الجودة بإعطاء الأولوية لتشغيل هذه المستشعرات حتى في حالات الطاقة الحرجة، في حين أن النماذج الأرخص قد تعطلها لتوفير الطاقة، مما يزيد بشكل كبير من خطر وقوع حادث.

معضلة تحديد أولويات السلطة

عندما تكون البطارية منخفضة للغاية، يتعين على وحدة إدارة الطاقة في الطائرة بدون طيار (PMU) اتخاذ قرارات صعبة. فهي تحتاج إلى إرسال الكهرباء إلى المحركات لإبقاء الطائرة في الهواء. ومع ذلك، تستهلك الأنظمة المساعدة مثل الرادارات والكاميرات ومضخات الرش الطاقة أيضاً.

في الأنظمة سيئة التصميم، تدخل الطائرة بدون طيار في "وضع توفير الطاقة" الذي يغلق الأنظمة غير الأساسية. إذا صنفت الشركة المصنعة الرادار على أنه "غير أساسي"، تصبح الطائرة بدون طيار عمياء. سوف تطير في خط مستقيم عائدة إلى المنزل. إذا كانت هناك شجرة أو خط كهرباء في هذا المسار، ستتحطم الطائرة بدون طيار.

سبب أهمية الرادار أثناء الإرتداد عن الأرض

غالبًا ما يكون مسار العودة إلى المنزل خطًا مستقيمًا من الموقع الحالي للطائرة بدون طيار إلى منصة الهبوط. على عكس مسار المهمة المخطط بعناية الذي قمت بإنشائه، قد يعبر خط العودة هذا عوائق غير متوقعة.

على سبيل المثال، قد تقوم بالرش خلف مصدات الرياح. عندما تضغط البطارية على الزناد، تصعد الطائرة بدون طيار إلى "الارتفاع الآمن RTH" وتطير إلى المنزل. إذا لم يتم تعيين هذا الارتفاع عالياً بما فيه الكفاية، أو إذا كان هناك هيكل جديد، فإن رادار تجنب العوائق هو الشيء الوحيد الذي ينقذ الآلة. فهو يحتاج إلى اكتشاف الجسم والطيران بفاعلية حوله أو فوقه.

حماية متعددة الاتجاهات

يجب أن تبحث تحديداً عن الاستشعار "متعدد الاتجاهات". بعض الطائرات بدون طيار لديها رادار أمامي فقط. إذا كانت الطائرة بدون طيار تحلق في اتجاه جانبي أو تدور أثناء تعديل عودتها، فقد تصطدم بشيء لا تستطيع رؤيته.

نوصي باختبار ذلك بأمان. اطلب من المورد فيديو توضيحي لتسلسل RTH حيث يتم وضع عائق في المسار. هل تتوقف الطائرة بدون طيار؟ هل تتجاوز؟ هل يظهر تحذير الرادار على شاشة وحدة التحكم حتى عندما تومض أيقونة البطارية باللون الأحمر؟

تكلفة الطاقة في التجنب

يتطلب التنقل حول عائق ما طاقة أكبر من التحليق بشكل مستقيم. تأخذ الأنظمة الذكية هذا الأمر في الحسبان. إذا واجهت الطائرة بدون طيار عائقاً أثناء عودة البطارية المنخفضة، فإنها تحسب ما إذا كان لديها طاقة كافية للتحليق حولها. إذا كان الالتفاف حولها يستهلك الكثير من الطاقة، فقد تجبرها على الهبوط فوراً بدلاً من المخاطرة بالسقوط من السماء أثناء محاولتها تجاوز الشجرة. عملية اتخاذ القرار هذه هي السمة المميزة لوحدات التحكم في الطيران المتميزة.

قائمة التحقق من وظائف المستشعر

ما هي بروتوكولات السلامة التي يتم تفعيلها إذا لم تتمكن الطائرة بدون طيار من الوصول إلى مكان الهبوط قبل نفاد البطارية بالكامل؟

نصمم إجراءات أمان محددة لأن إجراءات أمان محددة ⁸ نتفهم أن تغيرات الرياح غير المتوقعة يمكن أن تجعل نقطة العودة الأصلية غير قابلة للوصول في بعض الأحيان. تصميم إجراءات أمان محددة ⁹

إذا كانت البطارية منخفضة جدًا بحيث لا يمكن الوصول إلى نقطة العودة، تبدأ الطائرة بدون طيار بروتوكول أمان للهبوط القسري. ستنزل ببطء في موقعها الحالي أو تتجه إلى منطقة آمنة بديلة محددة مسبقًا، باستخدام أجهزة الاستشعار المرئية للعثور على أرض مستوية وتجنب إتلاف المحصول أو الطائرة.

"نقطة اللاعودة"

تأتي لحظة في كل رحلة حيث يكون جهد البطارية منخفضًا جدًا لدرجة أن الطائرة بدون طيار لا يمكنها فيزيائيًا الطيران لمسافة 100 متر أخرى. إذا كانت الطائرة بدون طيار لا تزال بعيدة عن المنزل، فإن مواصلة رحلة العودة أمر خطير. يمكن أن تنقطع البطارية تمامًا، مما يتسبب في سقوط الطائرة بدون طيار كالحجر.

لمنع سيناريو "السقوط من السماء" هذا، تستخدم وحدات التحكم في الطيران منطق أمان متدرج. المستوى النهائي هو تحذير انخفاض البطارية الحرج. في هذه المرحلة، تتجاهل الطائرة بدون طيار أمر "العودة إلى المنزل" وتتحول إلى "الهبوط هنا"."

هبوط قسري للطوارئ

عندما يتم تشغيل هذا البروتوكول، ستتوقف الطائرة بدون طيار عن حركتها الأفقية وتبدأ في الهبوط عموديًا. هذا هبوط متحكم فيه. لا تزال المحركات تعمل، ولكن الهدف هو إنزال الجهاز على الأرض فورًا.

ومع ذلك، فإن الهبوط الأعمى محفوف بالمخاطر. قد تكون الطائرة بدون طيار فوق بركة أو بقعة صخرية أو معدات قيمة. تستخدم الطائرات بدون طيار المتقدمة كاميراتها وأجهزة الاستشعار المواجهة للأسفل لمسح الأرض. إذا اكتشفوا الماء أو التضاريس غير المستوية، فقد يتحركون أفقيًا للعثور على بقعة أكثر أمانًا في حدود بضعة أمتار.

نقاط منزل متعددة ومناطق آمنة

ميزة أحدث نراها في الصناعة هي القدرة على تعيين "نقاط هبوط بديلة". في برنامج تخطيط مهمتك، يمكنك تحديد عدد قليل من المناطق الواضحة حول الحقل كمناطق أمان.

إذا حسبت الطائرة بدون طيار أنها لا تستطيع العودة إلى الشاحنة (النقطة الرئيسية أ)، فإنها تتحقق مما إذا كان بإمكانها الوصول إلى المنطقة الآمنة ب أو ج. إذا كانت المنطقة الآمنة ب أقرب، فإنها تنحرف إلى هناك. هذا أفضل بكثير من الهبوط في منتصف محصول ذرة طويل، حيث يكون استرداد طائرة بدون طيار ثقيلة مرهقًا جسديًا ويتلف النباتات.

ذاكرة نقطة التوقف للاسترداد

بمجرد هبوط الطائرة بدون طيار بسبب انخفاض البطارية، يتم إيقاف المهمة مؤقتًا. ميزة حاسمة لتقييمها هي "ذاكرة نقطة التوقف"."

بعد أن تمشي، وتستبدل البطارية، وتعيد تشغيل الطائرة بدون طيار، هل تتذكر أين توقفت؟ الأنظمة الجيدة تحفظ إحداثيات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الدقيقة ونسبة الحقل التي تم تغطيتها. إحداثيات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ¹⁰ عند التشغيل ببطارية جديدة، يجب أن يسأل البرنامج: "استئناف المهمة من نقطة التوقف؟" هذا يوفر عليك الاضطرار إلى إعادة برمجة مسار الرحلة يدويًا أو تخمين مكان توقف الطائرة بدون طيار.

جدول تسلسل البروتوكول

الخاتمة

تقييم استراتيجية العودة الذكية إلى المنزل يتجاوز مجرد ضمان عودة الطائرة بدون طيار؛ إنه يتعلق بضمان السلامة تحت الضغط. من خلال اختيار نظام يتميز بحساب الطاقة الديناميكي، والمشغلات القابلة للتعديل، وتجنب العوائق النشط، وبروتوكولات الطوارئ القوية، فإنك تحمي استثمارك وتضمن استمرارية العمليات. تحقق دائمًا من هذه الميزات قبل الشراء.

الحواشي

1. توفر إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) الإطار التنظيمي ومعايير السلامة لأنظمة الطائرات غير المأهولة والتحكم في الطيران. ︎

2. مرجع تقني لمعايرة خوارزمية طيران الطائرات بدون طيار. ︎

3. دراسة علمية حول تأثير الرياح على طاقة طيران الطائرات بدون طيار. ︎

4. وثائق رسمية من شركة مصنعة رائدة تشرح المنطق وراء أنظمة العودة إلى المنزل الذكية. ︎

5. مصدر حكومي حول الكفاءة في الزراعة الدقيقة. ︎

6. أبحاث المختبر الوطني حول فيزياء تقادم البطاريات. ︎

7. معلومات أساسية عن كيفية تأثير المقاومة الداخلية على انخفاض جهد البطارية والأداء العام مع مرور الوقت. ︎

8. المعايير التنظيمية لآليات سلامة الطائرات بدون طيار. ︎

9. تضع منظمة ASTM الدولية معايير توافقية لسلامة نظم الطائرات بدون طيار وأدائها وبروتوكولات السلامة من الأعطال. ︎

10. مرجع عام لنظام تحديد المواقع العالمي المستخدم للملاحة الدقيقة للطائرات بدون طيار ونقاط توقف المهمة. ︎