طراحی، ساخت و توسعه پهپاد
28
شهریور

طراحی، ساخت و توسعه پهپاد

طراحی، ساخت و توسعه پهپاد

استفاده از پهپاد‌ها و وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین روز به روز در بخش‌های مختلف صنعتی رو به افزایش است. عملکرد پهپادها ممکن است بسته به نوع و کاربرد هر پهپاد متفاوت باشد. در ابتدا این نوع دستگاه‌ها عمدتاً برای مقاصد نظامی استفاده می‌شدند؛ با این حال، اکنون استفاده از آن‌ها به طور گسترده برای اهداف تفریحی، نقشه برداری، کشاورزی، بازرسی، عکاسی و تجاری گسترش یافته است.

کاربرد پهپاد

عکس1: کاربرد پهپاد

1.  فرایند طراحی و ساخت

طراحی پرنده‌های بدون سرنشین بال ثابت تا حدودی به طراحی هواپیما نزدیک است. هر یک از مراحل نیز شامل قوانینی است که در صورت عدم رعایت آن‌ها محصول نهایی مجوز پروازی را نخواهد گرفت یا با محصول درخواستی متفاوت خواهد بود و قابلیت انجام برخی ماموریت‌­های تعیین شده را نخواهد داشت.

فرایند طراحی و ساخت پهپاد

عکس2: فرایند طراحی و ساخت پهپاد

1.1 طراحی مفهومی

در شروع هر طراحی بایستی که مشخصات و انتظارات از محصول نهایی مشخص شود تا تمامی گام‌هاي طراحی در چهارچوب الزامات و محدودیت‌هاي مورد نظر پیش برود. از مهمترین مشخصات این مرحله می‌توان موارد زیر را نام برد:

  1. ابعاد و اندازه مورد نظر (کوچک و بزرگی پرنده)
  2. محدوده وزن محصول (سبکی و سنگینی پرنده)
  3. نحوه پرتاب و فرود پرنده
  4. نحوه کنترل از راه دور در روز و شب
  5. نوع ماموریت

با مشخص شدن تقریبی این پارامترها در این بخش برخی از ویژگی‌های طرح نهایی مشخص می‌شود. این پارامترها ممکن است که برخی الزامات و محدودیت‌ها و نیازهایی باشد که بایستی در محصول نهایی دیده شوند، در ادامه لیستی از این محدودیت‌ها ارائه شده است:

  1. حداکثر وزن برخاست
  2. زمان آماده به کار
  3. محموله
  4. حداکثر وزن محموله
  5. حداکثر طول بال
  6. نوع پرتاب و فرود
  7. حدود ارتفاع پروازي
  8. نرخ صعود مورد نیاز
  9. محدوده برد پروازي
  10. محدود سرعت انجام ماموریت

طراحی اولیه

1.2 طراحی اولیه

پس از مشخص شدن الزامات عملکردي، پارامترهاي مورد انتظار و محدودیتهاي پرنده مورد نظر، گام اصلی طراحی پهپاد شروع میشود. در ابتدا مطالعاتی حول پرندههاي مشابه انجام میشود تا طراح با پهپادهای هم کلاس آشنا شده و محدوده برخی پارامترها به صورت دقیق‌تر مشخص شوند. تعدادی از پارامترهاي مهم که در این گام بایستی مشخص شوند عبارت‌اند از:

  • وزن برخاست
  • مساحت بال
  • نیروی پیشران
  • سرعت استال
  • مداومت پروازی

پس از مطالعه نمونههاي مشابه، بایستی نسبت‌های مهم و طلایی محاسبه گردند. نسبت‌های طلایی در فرآیند طراحی نسبت نیروی پیشرانش به وزن و نسبت وزن به مساحت بال بیان می‌شود. مشخص کردن این نسبت‌ها براي هر پهپاد بسته به ماموریت و برخی ملزومات طراحی نظیر مانورها، متفاوت خواهد بود. پارامترهای مهم طراحی در نموداری با نسبت‌های طلایی رسم خواهند شد.

هر پرواز شامل فاز‌هایی از جمله پرواز افقی یا کروز، مداوت پروازی، طول باند پروازی، شرایط استال و… است. هریک از این فازها نیز دارای روابطی است که موجب محدود کردن نمودار نسبت‌هاي طلایی خواهد شد. کنار هم قرار گرفتن این روابط بر روی نمودار طلایی موجب ایجاد محدوده طراحی خواهد شد. این نمودار با عنوان نمودار طراحی و نقاط به دست آمده با عنوان نقاط طراحی شناخته می‌­شوند که اطلاعات کاملی از شرایط فازهای پروازی در اختیار طراح قرار می‌­دهند.

نمودار محدوده طراحی

عکس 3: نمودار محدوده طراحی

1.3 طراحی دقیق

بعد از مشخص شدن ابعاد و اندازه‌ها نوبت به رسم پرنده بدون سرنشین می­‌رسد. در نقشه سهنما، شکل ظاهري پهپاد از سه زاویه عمود بر هم رسم میشود. در این نقشه تصویر جلو، تصویر جانبی و تصویر از بالاي پرنده با مقیاسی دقیق کشیده میشود. پس از رسم سه نما، طراح شروع به تهیه مدل سه بعدي از طرح با ابعاد واقعی می­‌کند. سپس با کمک نرمافزار‌های شبیه‌سازی سیالاتی و محاسبات عددی، چگونگی جریان سیال بر روی پهپاد، میزان انتقال گرما، میزان تنش وارده بر پهپاد و سایر پدپده‌های مرتبط با پرواز یک پهپاد در شرایط عملیاتی مورد محاسبه قرار می‌گیرد. نتیجه این محسابات می‌­تواند مشخصات پهپاد را تغییر دهد تا از بیشترین بازدهی ممکن حین عملیات استفاده شود. از جمله این نرم‌افزار‌ها می‌توان به انسیس و آباکوس اشاره کرد.

طراحی دقیق

1.4 ساخت

در ادامه با استخراج نتایج مطلوب از تحلیل‌های نرم‌افزاری، فرآیند ساخت پهپاد آغاز خواهد شد. بخشی از این فرآیند محدود به انتخاب مواد کاربردی است که معمولا شامل یونولیت، کامپوزیت، فایبرگلاس، آلومینیوم و کربن می‌شوند. دیگر تجهیزات مورد نیاز هر هر پهپاد عملیاتی متناسب با نیاز ماموریتی آن همچون سیستم خلبان خودکار فرستنده‌هاي رادیویی، تجهیزات تصویربرداري و… در پهپاد جانمایی می‌شوند. در نهایت پهپاد به صورت کامل مونتاژ و آماده ارزیابی خواهد شد.

1.5 تست

جهت اثبات قابلیت پرواز یک وسیله پرنده و برسی عملکرد آن لازم است در کنار مستندات طراحی محصول با استفاده از روابط تئوری تست­‌های پروازی نیز انجام شود.

قبل از هرگونه تست عملیاتی، تست و شبیه ­سازی سخت­افزار در حلقه انجام خواهد شد. در این ارزیابی سیستم­‌های مکانیمی و الکترونیکی پهپاد بر روی زمین اما در شبیه­ ساز مورد ارزیابی در شرایط عملیاتی قرار می‌گیرند. پس از اطمینان از قابلیت عملیاتی بودن تمامی تجهیزات نوبت به تست پروازی خواهد رسید.

تست

تست پرواز توسط خلبانی با تجربه انجام شده و تمامی تجهیزات پهپاد نیز مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. پس از تست عملیاتی، پهپاد جهت انجام عملیات‌های تعیین شده آماده خواهد بود.

در حال حاضر مراکز تولید و طراحی پهپادها موظف به رعایت استانداردهای ارائه شده توسط سازمان هواپیمایی کشور و استاندارد­های بین المللی می‌باشند. بخشی از این الزامات مربوط به پرواز پرنده و عملکرد پهپاد می‌باشد، نظیر الزامات مربوط به

  1. برخاست
  2. صعود
  3. فرود
  4. گلاید
  5. سرعت واماندگی

2. توسعه

سرعت بالای رشد پهپادها و سرمایه گذاری‌­ها برای توسعه این فناوری بیانگر جایگاه ویژه آن در آینده است. با وجود اینکه پهپادها با وزن­‌ها و تجهیزات مختلفی جهت عملیات­ های متفاوتی طراحی و ساخته شده ­اند و در دسترس صنایع مرتبط قرار گرفته ­اند، اما توسعه پهپادها و سیستم‌های پروازی همیشه دغدغه اصلی صنایع مرتبط با این وسایل پرنده بوده است.

استفاده از تکنولوژ­ی‌های جدید موجب شده تا قابلیت‌­های جدیدی برای پهپادها قابل تعریف باشد. این قابلیت‌ها متناسب با نوع صنعت موجب پیشرفت چشمگیر خدمات و کاهش هزینه‌­ها شده است. قابلیت‌هایی که در زمان‌های گذشته در دسترس نبوده یا از دقت کافی برخوردار نبوده است امروزه در دسترس تمامی کاربران سیستم‌­های پروازی قرار گرفته است. باتوجه به سرعت پیشرفت تکنولوژی در این صنعت، توسعه­ گران سیستم­‌های پروازی نیز بایستی همیشه با این علم هماهنگ و به­‌روز باشند تا با قابلیت­‌های جدید این صنعت آشنا شوند و از آن‌ها استفاده کنند.