Table of Contents
إن التطورات الأخيرة في الطائرات المستقلة قد دفعت حدود ما كان يعتبر في السابق خيال علمي، فحيث أن النظم الجوية غير المأهولة، والمركبات التي تنقل الهواء في المناطق الحضرية، والطائرات الآلية ذاتيا تصبح واقعا عمليا، فإن كل نظام فرعي يجب أن يتطور للعمل دون رقابة إنسانية مباشرة، ومن بين أكثر العناصر التي تكثر أهميتها في كثير من الأحيان، نظما مرنة - تُستخدم فيها أسطح متنقلة على طول الطرف المتجه إلى أجنحة الطائرات.
دور أجهزة الإضاءة في الرحلات المستقلة
كما أن الطيارات تعمل على زيادة المساحة المكمومة والسطحية للجناح، مما يعزز رفعها بسرعة أقل، وفي الطائرات التقليدية، تقوم الطائرات بوزع الذباب يدوياً في البيئات المحددة مسبقاً، بعشرة درجات، أو 20 درجة، أو 30 درجة للإقلاع، والتسلق، والنهج، والهبوط، وفي منابر مستقلة تماماً، يجب أن تؤدي أجهزة القياس هذه المهام ذاتها، ولكن يجب أن يقرر نظام المراقبة بشكل أكبر بكثير من الدقة والتكييف.
وعلاوة على ذلك، تعمل الطائرات المستقلة في كثير من الأحيان في ظروف تحدي الطيارات البشرية: المتشابكات المتعالية، والنُهج المنخفضة القدرة، أو ممرات حركة المرور العالية الكثافة، ويمكن لنظام مزدهر متكامل بشكل سليم أن يتصدى للاضطرابات من خلال إجراء تعديلات دقيقة على الميكروبات لرفع التوزيع عبر الجناحين، وهذه القدرة حيوية بصفة خاصة بالنسبة للطائرات العمودية والهبوط، حيث يمكن أيضا أن تعمل أجهزة الدفع بالزجاج.
من الدليل إلى الاستقلال الذاتي: تطور قوة التحكم
وفي الطائرات المأهولة، يغلق الطيار الحلقة التي ترصد يدوياً، والارتفاع، وموقف الطائرات، ثم ينقل مصباح الشعلة وفقاً لذلك، وفي نظام مستقل، تغلق الحلقة إلكترونياً، ويستخدم حاسوب مراقبة الطيران كمراجع متعددة، ويقارنها بمسار الطيران المرغوب فيه، ويضمن المحركات التي تُشغل محركات الفتح، والتي كثيراً ما تُصان باستمرار.
الابتكارات التكنولوجية في مجال التكامل في مجال التصفيق
ويتطلب إدماج نظم القفز في الطائرات المستقلة ابتكارات عبر عدة مجالات هندسية: صمامات أجهزة الاستشعار، وتصميم المحركات، والمواد والبرامجيات، وينطوي على مجالات رئيسية يمكن فيها إحراز تقدم التحكم في المغازلة على نحو موثوق به وعلى مستوى عال من الأداء دون تدخل بشري.
مُنظمو ذكاء مع مُساعدة مُستعبدة
فالملاجئ الهيدروليكية التقليدية ثقيلة ومعرضة للتسرب، وتتطلب عمليات واسعة النطاق للنفقة - الرخامات التي تتضخم في منابر مستقلة حيث يكون الوزن والموثوقية في غاية الأهمية )دون استخدام الكلمة( وتتزايد استخدام الطائرات المستقلة الحديثة لمجموعات من المحركات الكهربائية - الميكانيكية أو المحركات الكهرومغناطيسية التي تقدم بسرعة أكبر من سرعة استخدام هذه الوحدات في بيئة القيادة الكهربائية.
الرقابة الاستشارية
وتعتمد نظم القفز الذاتي على مجموعة غنية من أجهزة الاستشعار - أجهزة التنصت - الاختبارات الزوايا - الشاحنات المتحركة، ومطياف العجلات، ومجالس الجيل، وحتى لويدر أو رادار لكشف الرياح الأمامية، وتضع لجنة المنافسة النباتية هذه المتغيرات في البيانات لتوليد نموذج متوقع للدولة الهوائية، مثلاً، إذا كانت مراقبة الرؤوس تكيف بشكل مطرد مع مسار الرياح.
تعليم الآلات للطلاب الافتراضي
ويمكن أيضاً أن تُستبدل هذه الجداول الزمنية المحددة للأماكن الموصى بها لمراحل معينة من الرحلات الجوية المستمدة من اختبارات الريح والاختبارات الجوية، وفي الطائرات المستقلة، يمكن استبدال هذه الجداول أو زيادة بواسطة خوارزميات التعلم الآلات التي تم تدريبها على مجموعات بيانات الطيران، كما أن الشبكات العصبية تتعلم الزوايا القصوى للتحكم في الهوامش غير القياسية، مثل تكييف أجنحة ذات الارتفاع العالي.
التكامل مع نظم الطيار الآلي والملاحة
ولا توجد مراقبة للهبوط في عزلة؛ ويجب أن تكون مدمجة بشكل صارم مع نظام الطيار الآلي، وإدارة الدفع، ونظم الملاحة، وفي منصة مستقلة تماما، تنفذ خطة الطيران بواسطة حاسوب تابع للبعثة، ويصدر أوامر رفيعة المستوى مثل " بدء السحب " ، أو " توسيع نطاق الحيازة " ، أو " تأمين البر " .
فوائد التكامل في منظومة اللف
وعندما تُصمم نظم الارتفاع من أجل الاستقلال الذاتي، تتجاوز الفوائد إلى حد بعيد مجرد التشغيل الآلي للمهمة اليدوية، وهي تحسن الكفاءة التشغيلية، وهوامش الأمان، وتتيح لمحات الطيران التي لا يمكن أن تكون عملية مع طيار بشري.
تعزيز كفاءة الوقود
وتُحدِد مراقبة الذباب الذاتي أقصى نسبة من المصعد إلى الدراجات في جميع مظروف الطيران، وأثناء التسلق، يمكن للنظام أن يُشغل بصناق صغيرة لتحسين مستوى التسلق الأولي دون التضحية بكفاءة الرحلات البحرية، وفي الرحلات، يمكن سحب المنافذ لتقليل حجم الجر إلى أدنى حد، ولكن يمكن استخدام النشرات القصيرة لتثبيت الطائرات استجابة لقيم الرحلات الجوية الريحية، مما يقلل الحاجة إلى إدخال تعديلات على الوقود المتحرك المستمر بنسبة ثلاثة آلاف المرات.
تحسين السلامة خلال المراحل الحرجة
إن التقاط الطائرات والهبوط هما أعلى مراحل أي رحلة جوية من حيث المخاطر، وفي الطائرات المستقلة، يمكن لنظام القفز أن يعوض تلقائيا عن عطل المحركات عند الإقلاع عن طريق تعديل نشر الطائرات المتناقلة بطريقة غير متماثلة لمواجهة لحظة اليوت، وهي مهمة تتطلب استجابات سريعة ودقيقة، وبالمثل، يمكن للنظام أن يتفاوت في الزوايا اليسرى واليمينية - وهي تقنية مصممة جزئياً، تساعد على إبقاء الطائرات المترابطة بصورة متمايزة.
أكبر قدر من المناورات والاستقرار
وكثيرا ما تعمل الطائرات المستقلة ذاتيا في المجال الجوي المحصور، مثل البيئات الحضرية، حيث تكون الضبط الدقيق للعجلات، كما يمكن استخدام أجهزة " النقل المتصاعد " ، ومن خلال نشرها بطريقة غير متماثلة، يمكن للطائرة أن تقوم بدورات منسقة مع زوايا مصرفية مخفضة، وتحسين راحة المسافرين في سيارات الأجرة الجوية الإلكترونية، بالإضافة إلى أن الطوافات يمكن ربطها تلقائيا بنظام زيادة الاستقرار إلى سد الثغرات الهولندية.
انخفاض الحاجة إلى التدخل البشري
وتطالب عملية مستقلة تماما بأن تكون كل وظيفة من وظائف النظم الفرعية بدون طيار على متن الطائرة أو مشغل عن بعد، وتقضي نظم الشعلة المتكاملة على الحاجة إلى إجراء تعديلات يدوية في مجال الرحلات الجوية، وتختبر هذه الشبكة نفسها في المحركات والمجسات؛ وتعالج أثناء الرحلة جميع عمليات الانتقال المفاجئ تلقائيا؛ وتسجل بعد التحليق بيانات الأداء المتعلقة بالنفقة المتوقعة.
التحديات والاتجاهات المستقبلية
وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن إدماج نظم النكبات في الطائرات المستقلة يشكل تحديات هائلة في المجالات التقنية والتنظيمية والموثوقية، وتهدف البحوث الحالية إلى التغلب على هذه العقبات من خلال التقدم في نظرية الرقابة، وتكنولوجيا الاستشعار، وهيكل النظم.
Complex Control Algorithms
فالتفاعلات الهوائية بين الذباب والجنح والوقوف غير خطية إلى حد كبير، حيث أن تشكيلة الطائرات تتغير بسرعة أو ارتفاع أو وزن أو مركز التحولات المثلى في تحديد الدقيق، ويجب أن يُضفي على أجهزة التحكم المستقلة هذه التفاعلات في الوقت الحقيقي، وكثيرا ما تستخدم مجموعة من جداول المراقبة، وأجهزة التحكم في المواد المائية، وتعويضات عن الخسائر في القيمة.
آليات إعادة التوحيد والإنقاذ
وفي طائرة مأهولة، يمكن للطيار أن يتغلب على حالة ازدحام عالقة أو غير متماثلة، ففي طائرة مستقلة، يجب أن يعالج النظام حالات الفشل دون تدخل بشري، وهذا يتطلب إعادة التكرار: فتعدد الملاجئ على كل قناة من قنوات الاستشعار المستقلة، ولوازم الطاقة الاحتياطية، مثلا، فإن هيكلا مزدهرا ثلاثيا يستخدم ثلاث وحدات مستقلة من نظام قياس السيارات، مع ما تبقى من وحدات متحكمة.
العوامل البيئية والاختراع
ويجب أن تعمل نظم الانقلاب بصورة موثوقة في ظروف القذف، حيث يمكن للتراكم الجليدي أن يغير شكل الشعلة والوزن واللحظات الهزلية، ويجب أن تكتشف الطائرات المستقلة تسارع الجليد (عن طريق أجهزة الكشف عن الجليد أو أجهزة الاستشعار الهوائية) وأن تعدل المغازلة التي تستخدمها أجهزة الإضاءة ذاتياً بدرجة أقل أو تستخدم عناصر التموين المخففة/المغذية.
مسارات التنظيم والتصديق
ولا يُصدَّق حالياً على أي طائرة مستقلة تماماً فيما يتعلق بنقل الركاب؛ وتفترض الأنظمة القائمة نموذجاً بشرياً، ويجري اختبار دمج نظم الارتباك المستقلة ذاتياً في شهادات من النوع التجريبي وتصاريح خاصة لصلاحية الطيران، وتقوم وكالة الطيران الاتحادية والوكالة بوضع معايير قائمة على الأداء فيما يتعلق بالضوابط المستقلة للرحلات الجوية، بما في ذلك نظم المغازلة، ومن المرجح أن هذه المعايير تتطلب تحليلاً للفشل الافتراضي (مثل التحقق الذي يعني أن الوقت بين الفشل يتجاوز 109 ساعات طيران بالنسبة للوظائف الحيوية)
توجيهات المستقبل: AI —Driven Flap Scheduling and Morphing Wing
فمثل هذه النظم التي تتطلع إلى المستقبل ستصبح أكثر ذكاء وقابلية للتكيف، كما أن تحديد مواعيدها المتحركة التي تستند إلى معلومات أساسية تتجاوز الجداول الجاهزة للحواسيب بحيث تؤدي إلى اتخاذ قرارات تتسم بالدينامية الكاملة، وتسهل عملية تحديد مواقعها، وتخفف من حدة التقلبات السطحية، وتخفف من حدة التقلبات التي تصيب أجنحة المركبات، وتأتي في اتجاه واعد آخر هو تطوير هياكل الصيانة المستمرة للأجناح الارت.
وعلاوة على ذلك، فإن تقارب التحكم في المنافذ المستقلة مع الدفع الكهربائي الموزع يوفر مزايا تآزرية، وفي طائرة تابعة للشبكة الإلكترونية للطائرات، يمكن أن تتزامن مع أجهزة النكسل ذات الطرازات المائلة لإدارة الانتقال بين الجو والرحلة الأمامية، ويمكن خلال الجو توسيع نطاق المنافذ بالكامل لتوليد الحمولة (الدفع الافتراضي) أو التي تُمنح لتقليل حجمها إلى أدنى حد؛
وأخيرا، ومع دخول الطائرات المستقلة الخدمة التجارية، من المرجح أن يدمج نظام المغازلة في شبكة أوسع نطاقا " إدارة الصحة العتيقة " ، وسيؤدي الرصد المستمر لنظام المصباح الحالي، والتعقيم، والوضع إلى التمكين من الصيانة المتوقعة، والحد من فترات التوقف غير المقررة، كما ستعود البيانات إلى تحليلات على مستوى الأسطول، وستؤدي إلى تحسين الجيل القادم من أجهزة التحكم في الارتباك عبر التعلم المتكرر من ملايين ساعات الطيران.
وباختصار، تتطور نظم النكهات من المعونة التي تعمل يدويا إلى عناصر مستقلة وذكية ومتكاملة للغاية، وهي عناصر أساسية للجيل القادم من الطائرات غير المأهولة والمستقلة، وتشمل الطريق إلى الأمام حل تحديات الرقابة الصارمة والتصديق، ولكن السفر بالطائرة بدون طيار، أكثر كفاءة، وأكثر قدرة على الطيران بلا طيار حقا، تستحق الاستثمار.