اصول پهپاد ها

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 732

سپاس: 433

جنسیت:

تماس:

اصول پهپاد ها

پست توسط rohamjpl »

توجه اصول پرواز و دینامیک با هواپیمای سرنشین دار یکی هست .دینامیک پرواز در هردو یکی هست برای تحلیل حرکات یک هواگرد (نظیر یک هواپیما) در سه بعد، سه محور قراردادی نسبت به وضعیت هواگرد توصیف می‌شوند و حرکات به صورت چرخش‌هایی حول این سه محور توصیف می‌گردند:محور طولی که از نوک هواپیما به سمت دم هواپیما امتداد دارد. چرخش حول این محور را «گردش» (به انگلیسی: roll) می‌نامندمحور عرضی که از انتهای یک بال به انتهای بال مقابل هواپیما امتداد دارد. چرخش حول این محور را به «گام» (به انگلیسی: pitch) می‌نامند.محور عمودی که از زمین به سوی آسمان امتداد دارد (یا از شکم هواپیما به سقف آن). چرخش حول این محور را «انحراف» (به انگلیسی: yaw) می‌نامند.
پرندهٔ هدایت‌پذیر از دور یک بالگرد بدون سرنشین هست.هواپیمای بدون سرنشین (پهپاد) هواپیمایی است که هیچ خلبان و مسافر انسانی را حمل نمی کند. پهپادها - که گاهی اوقات "هواپیماهای بدون سرنشین" نامیده می شوند - می توانند کاملاً یا تا حدی مستقل باشند اما بیشتر توسط یک خلبان انسانی از راه دور کنترل می شوند.به زبان ساده ، UAS مجموع تمام چیزهایی است که یک پهپاد را کار می کند از جمله ماژول GPS ، ماژول کنترل زمینی ، سیستم های انتقال ، دوربین ، همه نرم افزارها و شخص کنترل کننده هواپیمای بدون سرنشین. به بیان ساده تعاریف سیستم هواپیمای بدون سرنشین (UAS) به معنای هواپیمای بدون سرنشین و تجهیزات کنترل آن از راه دور است. هواپیمای بدون سرنشین (UA) به هر هواپیمایی اطلاق می شود یا طراحی شده است که به طور مستقل کار کند یا از راه دور بدون خلبان در آن خلبان شود، یک پهپاد به سادگی یک جز UAS است.یک پهپاد به عنوان یک هواپیمای بدون سرنشین تعریف می شود و از یک جهت عمده با یک UAS متفاوت است: یک پهپاد فقط به خود هواپیما اشاره دارد ، نه به واحدهای کنترل زمینی و ارتباطات. . طراحی پهپاد این روش شامل سه مرحله است: طراحی مفهومی ، طراحی اولیه و تجزیه و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی خودرو. یکی از معایب اصلی پهپاد برقی ، زمان پرواز است. از این نظر ، ایجاد یک طراحی آیرودینامیکی است که بتواند استقامت پهپاد را افزایش دهد.مولتی روتور بر روی ماهیت نسبی نیرو کار می کند ، به این معنی که وقتی روتور هوا را تحت فشار قرار می دهد ، هوا روتور را نیز به عقب رانده است. این اصل اساسی است که مولتی روتور می تواند بالا و پایین شود. بعلاوه ، هرچه روتور سریعتر بچرخد ، بالابر بیشتر می شود و بالعکس.
هواپیماهای بدون سرنشین چگونه کار می کنند؟
پهپاد به عنوان "وسیله نقلیه هوایی مجهز به نیروی هوایی که حامل اپراتور انسانی نیست ، از نیروهای آیرودینامیکی برای تأمین لیفت وسیله نقلیه استفاده می کند ، می تواند به صورت مستقل پرواز کند یا از راه دور هدایت شود ، قابل مصرف یا قابل بازیابی است و می تواند محموله را حمل کند" تعریف می شود. .سیستم پیشرانه (موتورها ، کنترل کننده های الکترونیکی سرعت و پروانه ها) فناوری هواپیماهای بدون سرنشین است که پهپاد را به هوا منتقل می کند و در هر جهت پرواز می کند یا معلق است. ... آنها داده ها را از کنترل کننده پرواز و کنترل کننده های الکترونیکی سرعت (ESC) در جهت موتور پهپاد دریافت می کنند تا پرواز کنند یا معلق شوند.UAV و Drone به عنوان یک حامل هوایی بدون سرنشین تعریف می شوند و یک تفاوت اساسی با UAS دارند، به عبارتی UAV و Drone فقط به خود هواپیما اشاره دارند و اشاره ای به کنترل کننده ی زمینی و واحدهای ارتباطی ندارد.
از طرفی، برای Drone بر خلاف UAV قابلیت پرواز مستقل تعریف نمی شود. مثلا برای UAVها قابلیت پرواز مستقل(autonomous) در نظر گرفته می شود. یعنی UAV باید توانایی پرواز به شکل خودمختار و مستقل داشته باشد، ولی برای Drone این توانایی به صورت اجبار تعریف نمی شود.
پرواز UAVها با درجات مختلفی از خودمختاری (autonomy) انجام می شود :
به این صورت که یا از راه دور توسط یک اپراتور انسانی و به طور مستقل توسط رایانه های onboard کنترل و یا توسط یک ربات خودمختار هدایت می شوند.
وقتی هواپیمای بدون سرنشین از خط دید خارج می شود ، ایستگاه کنترل زمینی برای کنترل هواپیما به یک لینک ماهواره سوئیچ می کند. ... اگر پیوند ارتباطی از بین برود ، هواپیمای بدون سرنشین طوری برنامه ریزی شده است که به صورت مستقل در دایره ها پرواز کند یا به پایگاه بازگردد ، تا زمانی که لینک مجدداً وصل شود همچنین مجهز به فناوری Near Earth Autonomy ، یک پهپاد می تواند بدون GPS حرکت کند و به آن اجازه می دهد تا از طریق تونل ها و مناطق دیگری که سیگنال های ماهواره ای مسدود است راه پیدا کند.وقتی یک هواپیمای بدون سرنشین با هواپیمای RC مقایسه می شود ، در نحوه کنترل و کاربردهای آن تخصص بیشتری دارد. یک پهپاد ممکن است فاقد کنترل خارجی باشد و یا قادر به پرواز مستقل باشد و همچنین دارای مزیت اضافه شده برای طراحی آسان تر از هواپیمای RC است.
هواگرد بال متحرک یا روتورکرفت (rotorcraft) چیست؟
به طور خیلی خلاصه هواگردهای با بال متحرک که به آن‌ها rotary-wing aircraft (تلفظ: روتاری وینگ ایرکرفت) یا به طور ساده‌تر rotorcraft (تلفظ: روتورکرفت) گفته می‌شود ماشین‌های پرنده‌ای هستند که برای بالا رفتن خود از نیروی بالابرندگی چرخش بال‌ها (ملخ‌ها) استفاده می‌کنند که به بال‌های آن‌ها rotary wings (بال‌های چرخشی) یا به اصطلاح rotor blade (ملخ چرخان یا همان ملخ) نیز گفته می‌شود.
هلیکوپتر (بالگرد) مثال شناخته شده و معروفی از یک روتورکرفت یا هواگرد بال متحرک است. با این توصیف می‌توان کوادکوپترها را نیز در دسته هواگردهای بال متحرک جای داد.
تک روتور (single-rotor) یا چند روتور (multi-rotor)، مسئله این است!
روتورکرفت‌ها خود به دو دسته بزرگ multi-rotorها و single-rotorها تقسیم می‌شوند. درحالی که مشغول تماشای پرواز یک هلیکوپتر هستید در واقع پرواز یک single-rotor را مشاهده می‌کنید (single به معنای تک).در single-rotorها تنها یک موتور اصلی وظیفه تامین نیروی بالابرندگی را به عهده دارد (در هلیکوپتر موتور دم نقش بالابرندگی نداشته و شمرده نمی‌شود). در مقابل، مولتی روتورها (multirotor) هستند که برای این کار از بیش از یک موتور استفاده می‌کنند .کوادروتور چیست؟
دیدیم که کوادکوپترها متعلق به دسته‌ای بزرگ یعنی مولتی روتورها هستند و مولتی روتورها نیز زیر دسته‌ای از روتورکرفت‌ها به حساب می‌آیند، اما یک کوادروتور(quadrotor) چیست؟ به چه ماشین پرنده‌ای کوادروتور گفته می‌شود؟
با توجه به تعاریفی که از ابتدا انجام شد می‌توان حدس زد که واژه‌ی روتور (rotor) به قسمت‌های چرخانی از ماشین پرنده که نیروی بالابرندگی ماشین را تامین می‌کنند اشاره می‌کند و آمدن واژه‌ی کواد (quad) در ابتدای واژه کوادروتور (quadrotor) نیز دلالت بر چهارتایی بودن روتورها دارد.
کوادروتور چیست - what is a quadrotor
با این تفاسیر واژه کوادروتور که از ترکیب دو واژه کواد و روتور تشکیل شده است نیز دقیقا به همان وسیله‌ای اشاره می‌کند که پیش از این تحت عنوان کوادکوپتر معرفی شده بود، بنابراین کوادروتور و کوادکوپتر اگرچه در نوشتار متفاوت به نظر می‌آیند اما تفاوتی با یکدیگر نداشته و عینا یکسان هستند.
بنابراین چگونه کوادکوپتر معلق می شود یا به هر جهتی پرواز می کند ، بلند می شود یا پایین می آید لحظه ای با چوب کنترل از راه دور لمس می شود. هواپیماهای بدون سرنشین همچنین می توانند از طریق نرم افزار مسیریابی برنامه ریزی شده و به صورت مستقل پرواز کنند و در هر مسیری که از نقطه ای به نقطه دیگر می رود پرواز کنند. بنابراین بیایید به فناوری کوادکوپتر نگاهی بیندازیم ، که این امکان را فراهم می کند.این جهت ملخ همراه با چرخش و سرعت موتور پهپاد است که پرواز و مانور آن را امکان پذیر می کند.
کنترل کننده پرواز کوادکوپتر از طریق مدارهای الکترونیکی کنترل سرعت (ESC) اطلاعات مربوط به رانش ، RPM ، (دور در دقیقه) و جهت را به موتور می فرستد. کنترل کننده پرواز همچنین داده های IMU ، Gyro و GPS را قبل از سیگنال دهی به موتورهای کوادکوپتر با سرعت رانش و روتور ترکیب می کند.
در حالی که فناوری هواپیماهای بدون سرنشین و کوادکوپتر امروزی همه مدرن است ، آنها هنوز هم از اصول قدیمی جفت پرواز هواپیما ، جاذبه ، عمل و واکنش استفاده می کنند .
در ساخت کوادکوپتر ، پروانه و طراحی موتور ، 4 نیرویی که بر روی پرواز تأثیر می گذارند ( وزن ، بالابر ، رانش و کشیدن ) نیز از موارد مهم هستند.
اهمیت چگونگی عملکرد و پرواز یک کوادکوپتر
چگونه یک کوادکوپتر پرواز می کند
اصولاً حرکت روی کنترل از راه دور سیگنالهایی را به کنترل کننده پرواز مرکزی می فرستد. این کنترل کننده پرواز مرکزی این اطلاعات را به کنترل کننده های الکترونیکی سرعت (ESC) هر موتور می فرستد ، که به نوبه خود موتورهای خود را به سمت افزایش یا کاهش سرعت هدایت می کند.
کنترل از راه دور Stick Movement ler کنترل کننده پرواز مرکزی → مدارهای الکترونیکی کنترل سرعت (ESC) → موتورها و پروانه ها Movement حرکت کوادکوپتر یا شناور.
کنترل کننده پرواز مرکزی
اکنون کنترل کننده پرواز مرکزی همچنین اطلاعات را از IMU ، ژیروسکوپ ، ماژول های GPS و حسگرهای تشخیص مانع در صورت کوادکوپتر می گیرد. این محاسبات را با استفاده از پارامترهای پرواز برنامه ریزی شده و الگوریتم ها انجام می دهد ، سپس این داده ها را به کنترل کننده های الکترونیکی سرعت می فرستد.
در حقیقت ، بیشتر کنترل کننده های پرواز شامل IMU ، GPS ، ژیروسکوپ و بسیاری از ویژگی های دیگر برای کنترل پرواز و پایداری کوادکوپتر هستند. اغلب اوقات ، آنها دارای IMU دوگانه برای اضافه کار و سایر ویژگی های ایمنی مانند بازگشت به خانه هستند.
به عنوان مثال یک کنترل کننده پرواز مرکزی ، کنترلر پرواز جدید DJI N3 خواهد بود. از ویژگی های بسیار زیادی برخوردار است و می تواند با انواع موتورها کار کند.
مدارهای الکترونیکی کنترل سرعت (ESC)
کنترل سرعت الکترونیکی جهت موتور کوادکوپترهر موتور کوادکوپتر دارای مداری به نام الکترونیکی کنترل سرعت (ESC) است . کنترل کننده الکترونیکی سرعت یک مدار الکترونیکی است که هدف آن تغییر سرعت یک موتور الکتریکی ، جهت آن و همچنین ترمزگیری آن است.
کنترل کننده های سرعت الکترونیکی جز component اساسی کواد کوپترهای مدرن هستند. آنها قدرت 3 فاز AC با قدرت بالا ، فرکانس بالا ، با وضوح بالا را به موتورها ارائه می دهند. در عین حال این ESC ها واقعاً کوچک و جمع و جور هستند.
کوادکوپترها و هواپیماهای بدون سرنشین کاملاً به سرعت متغیر موتورهای محرک پروانه بستگی دارند. این تنوع گسترده و رانش و کنترل RPM در سرعت موتور / پروانه تمام کنترل لازم برای پرواز را به کواد کوپتر می دهد.
سیستم پیشرانه بدون سرنشین
ESC ها یکی از اجزای بسیار مهم در سیستم پیشرانه پهپادی هستند . ESC ها باید موتورهای هواپیمای بدون سرنشین متناسب داشته باشند که به نوبه خود باید پروانه های سازگار داشته باشند.
جهت پروانه موتور کواد کوپتر
بالابر عمودی - جهت موتور ملخ کوادکوپتر
برای اینکه کوادکوپتر به هوا بلند شود ، باید نیرویی ایجاد شود که برابر با نیروی جاذبه باشد یا از آن فراتر رود. این ایده اساسی در پشت بالابر هواپیما است که به کنترل نیروی بالا و پایین می رسد.
اکنون کوادکوپترها از طراحی موتور و جهت پروانه برای پیشرانه استفاده می کنند تا اساساً نیروی جاذبه در برابر کوادکوپتر را کنترل کنند.
چرخش پره های پروانه کوادکوپتر هوا را به پایین فشار می دهد. همه نیروها بصورت جفت ( قانون سوم نیوتون ) می آیند ، این بدان معنی است که برای هر نیروی عملیاتی یک عکس العمل برابر (در اندازه) و مخالف (در جهت) وجود دارد. بنابراین ، هنگامی که روتور به هوا فشار می آورد ، هوا روی روتور بالا می رود. هرچه چرخش روتورها سریعتر باشد ، بالابر بیشتر است و بالعکس.
اکنون ، یک هواپیمای بدون سرنشین می تواند سه کار را در صفحه عمودی انجام دهد: شناور ، صعود یا پایین آمدن.
Hover Still - برای شناور کردن ، محرکه خالص چهار چرخنده هواپیمای بدون سرنشین را به سمت بالا فشار می دهد و باید دقیقاً برابر با نیروی گرانشی باشد که آن را به سمت پایین می کشد.
Climb Ascend - با افزایش رانش (سرعت) چهار روتور کوادکوپتر به طوری که نیروی رو به بالا از وزن و کشش گرانش بیشتر باشد.
عمودی نزول - عقب انداختن به پایین نیاز به انجام دقیقاً عکس صعود دارد. رانش روتور (سرعت) را کاهش دهید تا نیروی خالص به سمت پایین باشد.
جهت پروانه کوادکوپتر - Yaw ، Pitch ، Roll
قبل از فرو رفتن در موتور کوادکوپتر و تنظیم پروانه ، بگذارید کمی در مورد اصطلاحاتی که هنگام پرواز به جلو ، عقب ، پهلو یا چرخش هنگام معلق بودن استفاده می شود توضیح دهیم. اینها به Pitch ، Roll و Yaw معروف هستند.
Yaw - این چرخش یا چرخش سر کوادکوپتر به راست یا چپ است. این حرکت اساسی برای چرخاندن کوادکوپتر است.
پیچ - این حرکت کوادکوپتر به جلو و عقب است. پیچ جلو به طور کلی با فشار دادن چوب دریچه گاز به جلو ، که باعث می شود کوادکوپتر کج شده و به جلو حرکت کند ، دور از شما حاصل می شود. گام به عقب با حرکت عقب چوب دریچه گاز حاصل می شود.
رول - اکثر مردم با رول و یاو اشتباه می گیرند. رول باعث می شود کوادکوپتر به یک طرف ، یا به چپ یا راست پرواز کند
رهام حسامی دانشجوی مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست