التخصيب في الكهرباء طائرة مقامة/طائرة

العوامل الرئيسية في تحقيق الاستخدام الأمثل

الكفاءة والاختيار

أما السيارات المتزامنة الدائمة فهي الخيار الغالب للمركبات الإلكترونية نتيجة ارتفاع كثافة وكفاءة المركبات المتحركة (التي تتجاوز في الغالب 95 في المائة) أما السيارات ذات التدفق الحرجي، المعروفة أيضاً باسم محركات الفطائر، فتتمثل في زيادة شعبيتها لأنها توفر عامل ثابت يدمج جيداً مع أجهزة الدوار المختطفة أو المفتوحة بينما يُعطي أعلى نسب للكهرباء إلى الوزن.

Propeller and Rotor Design

وبالإضافة إلى ذلك، فإن قياس الأرض السائلة يتحكم مباشرة في الإنتاج والكفاءة، إذ أن ارتفاع نسبة اللافتات (اللوحات المحتوية على خلايا طولية) يقلل من الجر المتعمد ويحسن الكفاءة في السرعة المنخفضة، ويطرح تحديات هيكلية ويزيد من قابلية التأثر بالطلقات الرئوية، ويسمح المروحيات المتقلبة بالتعديل الدينامي للعلامات المحتوية على سمات البلاستيكية، ويزيد من عدد الدلائل

إدارة البطارية

وتُعتبر البطاريات أضعف وصلة في مجال توجيه حركة المركبات الإلكترونية، بينما تُحدّد خلايا البطاريات الليثيوم التي تحتوي على كثافة طاقة تتراوح بين 250 و300 وكيلوغرام من طول الرحلة إلى ما يقرب من 20 إلى 30 دقيقة بالنسبة لمعظم تصميمات المركبات، وتُحدّد كثافة الطاقة العالية المطلوبة للإقلاع الرأسي (التي تتراوح بين 2 و3 أمثال طاقة الرحلات البحرية) من معدلات التصريف العالية (5 إلى 8) دون ارتفاع ضغط الحرارة.

Algorithms

وتستخدم الأجهزة الإلكترونية الحديثة نظماً لمراقبة الرحلات المغلقة التي تُعدل الآلية الآلية (وتكون أحياناً حزمة جماعية) آلاف المرات في الثانية، كما أن تخصيص الدافع عبر أجهزة التناوب المتعددة يمثل مشكلة تقييدية في التدرج: يجب أن يولد نظام الرقابة صافي القوة والتعقيم الصحيح مع احترام الحدود القصوى للمحركات، وتفادي الحد الأقصى من استهلاك الطاقة، وتقليص برمجة التخصيصات القائمة على التحكم في السيارات، مثل زيادة القدرة على التنبؤات.

الحد من الوزن وتحقيق التعظيم الهيكلي

وترتبط كفاءة الصدر ارتباطا مباشرا بوزن الطائرات: فكل كيلوغرام من الطائرات أو البطارية أو الحمولة أو المحرك يمثل شرطا للدفع يجب أن تلبيه الطاقة الدوارة، وتُستخدم الهياكل المركبة (اللياف الكربونية والأوكسي) على نطاق واسع لخفض الوزن دون التضحية بالقوام، غير أن هياكل الوزن الخفيف يجب أن تظل متماسكة من الذبذب الشديد من الدوارات ومن التحميلات الأرضية.

الطرائق الحاسوبية والتجارية لتحقيق الاستخدام الأمثل

ويعتمد المهندسون على مزيج من ديناميات السوائل الحاسوبية، ونظرية المحرقة، واختبار النفق الريحي لتنقية الأداء، وبالتالي فإن عمليات المحاكاة ذات القيمة العالية التي تستخدمها العجلات المتحركة باستخدام محركات العجلات المتطورة (Rynolds-Stokes) أو المحاكاة المفصَّلة يمكن أن تُمثل التدفق حول نظم التفاعل الكاملة، مع التأثيرات الصاريفية.

ولا يزال التثبت من التثبت من التأشيرات التجريبية أمراً لا غنى عنه، إذ أن أجهزة الاختبار التي تقيس الدافع والضغط والآلية على الرشاشات في مختلف الزوايا المبلورة توفر بيانات معايرة للنماذج التحليلية، وبالنسبة للطائرات الإلكترونية، كثيراً ما تختبر طائرات بأكملها في أنفاق رياحية كبيرة في مرافق مثل مجمع الأنسا الوطني للمركبات الهوائية الكاملة.

المقايضة في تحقيق الاستخدام الأمثل

وهناك عدة مقايضة أساسية تجعل من الزخم مشكلة هندسية متعددة الجوانب، أبرزها الضجيج مقابل الكفاءة والهواء مقابل أداء الرحلات البحرية.

Noise vs. Efficiency

فالعمليات الحضرية تتطلب مستويات ضوضاء منخفضة - تقل عن 65 درجة مئوية من إجمالي الضغط عند 50 متراً لقبول المجتمع المحلي، وكثيراً ما يتضارب الترهيب في الضوضاء المنخفضة مع الكفاءة الهوائية، فعلى سبيل المثال، فإن خفض سرعة الإكرام بنسبة 20 في المائة يمكن أن يقلل من الضوضاء بنسبة 6 إلى 10 في المائة، ولكنه يقلل أيضاً من قوة الدفع بالنسبة لمقياس دوار معين، مما يتطلب وجود صواعق أكبر أو ارتفاع في الضوضاءة الصدر.

Hover vs. Cruise Efficiency

وينتج الدوار الذي يُستخدم في شكل هوفر زخماً ثابتاً عالياً في السهول المنخفضة، ولكن في التحليق الأمامي، يُختبر نفس الدوار زاوية كبيرة من التناظر في الهجوم، مما يتسبب في تراجع في كشك الستار وسحب مرتفع، وعلى العكس من ذلك، فإن السفينة السياحية التي تُستخدم في رحلات بحرية (مع ارتفاع مستوى الرماة وانخفاض مستوى الصمود) لا تولد قوة دفع كافية في الهواة دون أن تُعب.

التعافي من المرض ضد الوزن والأداء

وتطالب شروط التصديق بموجب الجزء 23 من قانون الطيران الاتحادي أو اتفاق أمريكا اللاتينية ومنطقة البحر الكاريبي - فيتو بالاحتفاظ بطائرة خاضعة للرقابة بعد فشل أي محرك أو محرك واحد، وهذا ما يملي عدداً أدنى من المروحيات (من 6 إلى 8) وكثيراً ما يتطلب التعويض عن أي فشل في الدوار بزيادة التركيز على المروحيات المتبقية، ويزيد عدد المحولات من احتمالات تداخل الحركات والتدخل، مما يضيف إلى ذلك زيادة الكفاءة العامة.

التحديات في تحقيق الاستفادة المثلى من الصدمات

الإدارة الحرارية

وتولد السيارات واللافتات العالية الكثافة من الطاقة قدرا كبيرا من الخسائر الحرارية التي تصيب 2-5 كيلوواط في كل محرك أثناء القفز المتواصل، وبدون التبريد الفعال، تزيل المغناطيسات، وتحلل العزل، وتساقط الكفاءة، وتبدو التبريد الجوي مع مثانة المروحة المتكاملة أمرا شائعا، ولكن بالنسبة لتصميمات الطاقة العالية، فإن حلقات التبريد بالأشعة والضخات تصبح ضرورية.

كثافة الطاقة ووقت الحياة

ولا تزال البطاريات الحالية التي تستخدم الليثيوم تقل عن هدف الـ 500 كيلوغرام اللازم لعمليات الإنترنت ذات النطاق الممتد القابل للاستمرار اقتصاديا، علاوة على أن التدوير العالي الجودة خلال كل رحلة يعجل من القدرة، وتتسبب الخواتم الحرارية والتصريفات العميقة في بلاطة الليثيوم، مما لا يقلل من القدرة فحسب بل يزيد من المقاومة الداخلية، ويزيد من أداء الدفع المهين، كما أن تكاليف استبدال البطاريات الاقتصادية مرتفعة جدا في الوقت الراهن.

الامتثال التنظيمي والتصديق

ويجب أن تمتثل نظم الصدأ لمتطلبات احتمال الفشل (مثلاً 1 x10-9 ساعة طيران للفشل الكارثي)، وهذا يتطلب اختباراً صارماً للسيارات، والمتحكمين، ومدافعي الدفع، والأسلاك المستخدمة في المجرى الحراري، وضرر الجسم الأجنبي، والتسامح إزاء الإضراب، كما يتطلب اختباراً للتشكيلات الجديدة للدفع - مثل عدم وجود طرق موزعة للتحكم في الآلات.

الضوضاء وقبول المجتمع

وكما ذكر آنفا، فإن القيود المفروضة على الضوضاء الحضرية تحد من ساعات العمل ومسارات الطيران، وحتى إذا كانت الطائرات تستوفي حدود التصديق، فإن توقيعها السليم (الأجهزة التناسقية، والحنين العالي التردد) يمكن أن يظل منزعجا، ولذلك يجب أن يتضمن التفسير الأمثل مقاييس ذات سمعة نفسية مثل الشدة والطنة، وليس فقط مستويات التضاريس، والمراوح المتشابكة، والمصائبة، والمصائبة.

الاتجاهات المستقبلية في تحقيق التفعيل الأمثل

وتهدف البحوث الجارية إلى دفع أداء نظام " إي فيتو " إلى الأمام إلى ما يتجاوز المعايير الحالية، وهناك عدة اتجاهات واعدة آخذة في الظهور:

توزيع الرش الكهربائي الموزع والإدماج فوق المبرد

وتستخدم وزارة الطاقة الألمانية عدة دوارات صغيرة تنتشر على طول الطرف الرائد للجناح لزيادة تدفق الهواء فوق الجناح، وزيادة سرعة الرفع والحد من سرعة التوقف، ويمكن أثناء الإقلاع أن يُنقَط الدفع من هذه الناقلات للدفع أيضاً للمساهمة في التعجيل إلى الأمام، وهذا التشكيل يحسن الكفاءة العامة للطيران الهوائي ويقلل من الزخم اللازم للطيران العمودي.

Fans and Shrouded Rotors

ويقلل عدد المصارعين في الخنادق من الخسائر والضوضاء في الرؤوس بينما يقدم دفعة دفعية قدرها 30 إلى 50 في المائة في الخرطوم بسبب تدفق غير الزي الرسمي، كما يحمي الدوقات المارة والحطام، ويزيد من الوزن، ويسحب في رحلات الطيران الأمامية، ويدخل في طبقة الحدود، ويُستبدل تصميمات المراوح المتعددة الأطقم (مثل النهج المبكر في ليليوم، الذي يُستبدل الآن بنق مأمون).

المحركات المسببة للاختراق ونظم الطاقة المسببة للسرطان

ويمكن أن تحقق محركات التخدير العالية الحرارة الكثافة الكهربائية فوق 20 كيلوواط/كغ، مما يقلل كثيرا من وزن المحرك بالنسبة لمنتجات الدفع، كما تعمل محركات العجلات الهوائية في مقاومة كهربائية قريبة من الصفر، مما يجعلها فعالة للغاية، غير أنها تتطلب التبريد الكيميائي (النيتروجين السائل أو الهيدروجين)، مما يزيد من تعقيد النظام بدرجة كبيرة، مع وجود أجهزة حدية عالية الاختلال، يمكن لهذه النظم أن تؤدي إلى إحداث تغييرات كبيرة.

Hybrid-Electric and Hydrogen Fuel Cell Propulsion

وللتغلب على حدود كثافة الطاقة في البطاريات، تستخدم التشكيلات الكهربائية الهجينة خلية صغيرة للتربين أو الوقود لتوليد الطاقة الكهربائية المستمرة، بينما تعالج البطاريات اتجاهاً ذروة أثناء الرحلة العمودية، ويمكن أن تمتد هذه المسافة إلى 200 كيلومتر أو أكثر، ولا تنتج خلايا الوقود الهيدروجين سوى انبعاثات المياه، بل تحتاج إلى تخزين عالي الضغط أو مسبب للبكاء.

المراقبة المسبقة للشبكات العصبية

ويمكن لنماذج التعلم في مجال الآلات التي يتم تدريبها على بيانات الرحلات أن تتعلم أفضل سياسات تخصيص التوجهات التي تفوق الملوك التقليديين في مجال المراقبة، ولا سيما في أساليب التحلل أو الفشل، وقد طبقت عملية إعادة التعلُّم على التحكم في الطائرات المسيرة ذات الجرعات المُجهولة، مع نتائج مثيرة للإعجاب، ويجري توسيع نطاق التقنيات المماثلة لتشمل أجهزة التحكم في الشبكات العصبية بحيث تتكيف مع حمولات مختلفة، وزادات الرياح، والوقت الحقيقي، وتقنيات الأداء، وبطارات البطاريات.

(ب) أن يكون التصاميم [الإنصاف] هو التحدي الهندسي المحدد لطائرة " eVTOL " ، وكل قرار تصميمي - من مقياس الدوار وحساب اللوم إلى نوع السيارات وكيمياء البطاريات من خلال مظروف الأداء بكاملها: فمع تحسن تكنولوجيا البطاريات، ونضج أساليب التأقلم، تصبح أكثر وضوحاً، فإن الجيل القادم من هذه المركبات يحقق تجانس في الهواء الحضر.