شرح عمر بطارية الطائرة بدون طيار والطائرة بدون طيار

تتوسع المركبات الجوية غير المأهولة (UAVs)، والمعروفة باسم الطائرات بدون طيار، بسرعة في صناعات مثل الخدمات اللوجستية والزراعة والمراقبة وفحص البنية التحتية. ومع نمو أدوارها، فإن فهم عمر بطارية الطائرة بدون طيار و عمر بطارية الطائرة بدون طيار تصبح حاسمة. يحد زمن تحليق الطائرة بدون طيار بشحنة واحدة من المسافة التي يمكن أن تقطعها والمدة التي يمكن أن تعمل فيها، بينما يحدد عمر البطارية (الذي يقاس بدورات الشحن) المدة التي تدوم فيها البطارية نفسها قبل الحاجة إلى استبدالها. تغطي هذه المقالة العوامل التي تؤثر على أداء البطارية، ومدة الطيران النموذجية لفئات مختلفة من الطائرات بدون طيار، وطرق الحساب العملية، ونصائح لزيادة وقت الطيران وطول عمر البطارية. كما يسلط الضوء على بطارية طائرة بدون طيار LiPo التكنولوجيا وغيرها من الابتكارات في أنظمة طاقة الطائرات بدون طيار. تتخصص شركة Yibai Lithium Technology، الرائدة في مجال حلول البطاريات المخصصة، في بطاريات الطائرات بدون طيار عالية الأداء لتلبية هذه الاحتياجات.

تأتي الطائرات بدون طيار في أنواع مختلفة - من الطائرات بدون طيار للألعاب والمروحيات الرباعية الاستهلاكية إلى الطائرات بدون طيار الاحترافية والصناعية - ولكل فئة نطاق زمني نموذجي للطيران. يلخص الجدول أدناه متوسط فترات الطيران والميزات الرئيسية حسب فئة الطائرات بدون طيار:

تميل الطائرات بدون طيار في فئات الأداء الأعلى إلى حمل بطاريات أكبر وأثقل، مما يسمح برحلات جوية أطول، ولكن على حساب زيادة الوزن والتعقيد. على سبيل المثال، قد تستخدم الطائرات بدون طيار الصناعية المصممة لعمليات التفتيش أو التسليم حزم بطاريات بعشرات الآهفي حين أن بطارية طائرة صغيرة بدون طيار للألعاب قد لا تزيد عن بضع مئات من الميلي أمبير في الساعة. تُظهر بيانات الصناعة أن معظم الطائرات بدون طيار الاستهلاكية/المستهلكين تطير حوالي 20-50 دقيقة لكل شحنة. وعلى النقيض من ذلك، يمكن للطائرات بدون طيار المتخصصة ذات القدرة على التحمل الطويل (التي غالباً ما تستخدم أنظمة وقود-كهرباء هجينة) أن تبقى في الجو لعدة ساعات أو حتى أيام باستخدام إدارة الطاقة المتقدمة.

حساب زمن تحليق الطائرة بدون طيار

يمكنك تقدير وقت طيران الطائرة بدون طيار من مواصفات بطاريتها ومحركها. المعادلة الشائعة هي:

زمن الرحلة (بالدقائق) = سعة البطارية (آه) / (إجمالي السحب الحالي (A)) × 60 × عامل الكفاءة

هنا، فإن عامل الكفاءة (غالباً ما تكون 0.8 أو 80%) تمثل الخسائر العملية وحدود الجهد الآمن أثناء التفريغ. إن إجمالي السحب الحالي هو مجموع التيار الذي تستخدمه جميع المحركات في ظروف التحليق أو متوسط ظروف التحليق.

مثال على ذلك: افترض وجود مروحية رباعية مزودة بأربعة محركات متطابقة. يسحب كل محرك 5 أمبير تحت حمل التحليق، ويوفر كل محرك 600 جم من قوة الدفع. تستخدم الطائرة بدون طيار بطارية LiPo سعة 6S (22.2 فولت) سعة 22,000 مللي أمبير (22 أمبير/ساعة).

1. حساب إجمالي الدفع: يُنتج كل محرك 0.6 كجم قدم (600 جم)، وبالتالي فإن 4 محركات تعطي قوة دفع إجمالية تبلغ 2.4 كجم.

2. حساب إجمالي التيار الحالي: يستخدم كل محرك 5 أمبير لكل محرك، وبالتالي فإن 4 محركات تسحب 20 أمبير مجتمعة.

3. تطبيق الصيغة:

   • سعة البطارية = 22 أمبير

   • إجمالي التيار المسحوب = 20 أمبير

   • عامل الكفاءة = 0.8 (80%)

   • زمن الرحلة = (22 أمبير/ 20 أمبير) × 60 × 0.8 × 0.8 ≈ 52.8 دقيقة.

يُظهر هذا المثال تحليقاً مثالياً للتحليق لمدة 50-55 دقيقة تقريباً. في المهام الحقيقية، ستقلل المناورات العنيفة أو الحمولة الإضافية من وقت التحليق.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على عمر بطارية الطائرة بدون طيار

تؤثر عدة عوامل على كل من وقت الرحلة (المدة التي يمكنك الطيران فيها بشحنة واحدة) و دورة الحياة (عدد الشحنات التي يمكن أن تتحملها البطارية) لبطارية الطائرة بدون طيار. يساعد فهم هذه العوامل في تحقيق أقصى قدر من الأداء:

• نوع البطارية وكيميائيتها: تستخدم معظم الطائرات بدون طيار ليثيوم بوليمر الليثيوم (LiPo) لأنها توفر كثافة طاقة عالية ومعدلات تفريغ عالية. بطاريات LiPo خفيفة الوزن وتوفر دفعات سريعة من الطاقة، وهو أمر مثالي لمحركات الطائرات بدون طيار. توجد بطاريات كيميائية أخرى (ليثيوم أيون، LiFePO₄، إلخ) ولكنها قد تكون أثقل أو لها معدلات تفريغ مختلفة. تعد تقنيات البطاريات الجديدة (مثل بطاريات الليثيوم أيون الصلبة) بكثافة طاقة أعلى، مما قد يطيل من وقت الطيران.

• سعة البطارية (مللي أمبير/ساعة): تزيد السعة الأعلى (التي تقاس بالمللي أمبير أو آه) من وقت الطيران المحتمل بشكل مباشر، حيث إنها تخزن المزيد من الطاقة. ومع ذلك، فإن البطاريات ذات السعة الأكبر أثقل وأضخم، مما قد يقلل من الكفاءة. يوازن المصممون بين السعة والوزن. عادةً، قد تستخدم الطائرات بدون طيار الاحترافية بطاريات بسعة 10,000 إلى 30,000 مللي أمبير في الساعة للرحلات الطويلة، بينما تستخدم الطائرات بدون طيار الأصغر حجماً بضعة آلاف مللي أمبير في الساعة فقط.

• معدل التفريغ (التصنيف C): يشير التصنيف C إلى مدى سرعة تفريغ البطارية بأمان. تتطلب الطائرات بدون طيار ذات الأداء العالي أو طائرات السباق بدون طيار بطاريات ذات تصنيف C مرتفع (على سبيل المثال، 50C-100C) لتزويد دفقات تيار قوية. قد تحد البطاريات ذات التصنيف C المنخفض من الأداء. يضمن اختيار معدل التفريغ الصحيح قدرة البطارية على تلبية الطلب على طاقة الطائرة بدون طيار دون ارتفاع درجة الحرارة أو ترهل الجهد.

• الوزن (الحمولة): تتطلب الطائرات بدون طيار الأثقل وزناً مزيداً من الطاقة للبقاء عالياً، مما يقلل من وقت الطيران. يمكن أن تؤدي إزالة الحمولة أو المكونات غير الضرورية إلى إطالة عمر البطارية في كل رحلة. كل كيلوغرام إضافي يمكن أن يقلل بشكل كبير من وقت التحليق، خاصة بالنسبة للطائرات بدون طيار الأصغر حجماً.

• ظروف الطيران: تلعب العوامل البيئية مثل الرياح ودرجة الحرارة والارتفاع دوراً رئيسياً. فالطيران في اتجاه رياح معاكسة أو حمل وزن زائد أو على ارتفاعات أعلى (هواء أرق) يتطلب المزيد من قوة الدفع والتيار، مما يقلل من وقت الطيران. درجات الحرارة القصوى ضارة أيضاً: يمكن أن يقلل البرد من سعة البطارية ويمكن أن تؤدي الظروف الحارة إلى ارتفاع درجة حرارة الخلايا. يمكن أن يؤدي تشغيل البطاريات خارج نطاق درجة الحرارة المثالية إلى تدهور العمر الافتراضي للبطارية.

• إدارة البطارية (نظام إدارة البطارية والشحن): إن الشحن السليم وإدارة البطارية أمر بالغ الأهمية. يمكن أن يؤدي الشحن الزائد أو الاستنزاف الكامل لخلية LiPo إلى تقصير دوراتها القابلة للاستخدام. تتضمن بطاريات الطائرات بدون طيار الحديثة أنظمة إدارة البطارية (BMS) لمنع الشحن الزائد/التفريغ الزائد. ومع ذلك، فإن الممارسة التجريبية مهمة أيضاً: تجنب الإفراط في التفريغ تحت الجهد الآمن. فالعناية المستمرة - الشحن باستخدام أجهزة الشحن المناسبة والحفاظ على توازن الخلايا وتخزينها عند الشحن الجزئي - تطيل من عمر البطارية الإجمالي.

وباختصار، فإن تعظيم عمر بطارية الطائرة بدون طيار يتضمن اختيار نوع وسعة البطارية المناسبة لاستخدامك، والطيران بتحفظ (سرعة ثابتة، وخانق معتدل)، وصيانة البطارية بشكل صحيح.

عمر بطارية الطائرة بدون طيار

يمكن أن يعني "عمر البطارية" شيئين مختلفين: وقت الرحلة بشحنة واحدة، و عمر البطارية من حيث دورات الشحن. إن عمر بطارية الطائرة بدون طيار يشير إلى عدد دورات التفريغ والشحن الكاملة التي يمكن أن تمر بها البطارية قبل أن تنخفض سعتها بشكل كبير (غالباً ما يتم تعريفها على أنها 801 تيرابايت 3 تيرابايت من السعة الأصلية).

بالنسبة لبطاريات LiPo عالية الجودة للطائرات بدون طيار LiPo، عادةً ما تقوم الشركات المصنعة بتقييم 300-500 دورة شحن كامل 300-500 قبل أن تبدأ البطارية في التدهور الملحوظ. وهذا يعني أنه بعد 300-500 دورة، قد يكون لدى البطارية 80% من سعتها الأولية. (يمكن أن يعطي استخدام دورات ضحلة أكثر فعالية المزيد من الشحنات الإجمالية.) من الناحية العملية، يمكن أن يتجاوز الاستخدام والتخزين الدقيق هذه الأرقام في بعض الأحيان، ولكن من الجيد توقع أن تدوم البطارية لبضع سنوات مع الاستخدام المنتظم.

العناية المناسبة ضرورية للوصول إلى تلك الدورة العمرية. ويشمل ذلك:

• تجنّب الشحن الزائد أو التفريغ الزائد (حافظ على جهد كل خلية في نطاق آمن).

• تخزين البطاريات عند حوالي 40-60% شحن عند عدم الاستخدام (خاصة لفترات طويلة).

• استخدام الشاحن الصحيح ونظام إدارة الأحمال لموازنة الخلايا.

• الحفاظ على البطاريات في درجات حرارة معتدلة (ليست شديدة الحرارة ولا شديدة البرودة).

من خلال اتباع أفضل الممارسات، يمكن للطيارين المساعدة في ضمان وصول بطاريات الطائرات بدون طيار LiPo إلى الحد الأعلى من عمر بطارية الطائرة بدون طيار.

زيادة وقت الطيران إلى أقصى حد ممكن مقابل عمر الدورة

يشير الناس أحياناً إلى "الحد الأقصى لعمر بطارية الطائرة بدون طيار"، وهو ما قد يكون مربكاً. قد يعني ذلك

• أطول مدة طيران ممكنة لكل شحنة (مدة تحليق الطائرة بدون طيار ببطارية واحدة)، أو

• أقصى عمر دورة حياة الدورة القصوى (كم عدد الرحلات/الدورات الإجمالية قبل الاستبدال).

لزيادة مدة الرحلة الواحدة إلى الحد الأقصى، استخدم بطارية بأعلى سعة يمكنك حملها. على سبيل المثال، غالباً ما تستخدم الطائرات بدون طيار الاحترافية ذات التحمل الطويل حزم كبيرة جداً (10,000-30,000 مللي أمبير أو أكثر) لإطالة وقت الطيران. حتى أن بعض الطائرات العسكرية بدون طيار تجمع بين المحركات الكهربائية ومحركات الوقود (الأنظمة الهجينة) للبقاء عالياً لساعات أو أيام. على سبيل المثال، تحقق طائرة MQ-9 Reaper بدون طيار من طراز MQ-9 بدون طيار مهمات طويلة من خلال تحسين نظام الطاقة وتكنولوجيا البطاريات.

ومع ذلك، فإن البطاريات الكبيرة للغاية تضيف وزناً إضافياً. يجب أن يوازن كل تصميم بين السعة والكتلة المضافة. يمكن للبطارية الثقيلة جداً أن تقلل من الكفاءة بل وتقلل من وقت الطيران.

لطول العمر الافتراضي (عمر الدورة)، تجنب الإجهاد: لا تستنزف البطارية بالكامل بشكل روتيني، ولا تدعها تفرط في الشحن. يمكن أن يؤدي استخدام بطارية أعلى قليلاً من 80% من سعتها في كل مرة بدلاً من 100% بالكامل إلى زيادة إجمالي عمر الدورة بشكل كبير. في الأساس، لزيادة كلا الجانبين إلى أقصى حد، اختر بطارية LiPo عالية السعة تناسب طائرتك بدون طيار، وقم بالطيران بها بشكل متحفظ، وحافظ عليها بشكل صحيح.