غالبًا ما يتم الترويج لأنظمة الطائرات بدون طيار المقيدة كحل بسيط لمهام جوية طويلة المدى. من الناحية النظرية، يجب أن تؤدي الطاقة المستمرة من الأرض إلى القضاء على قيود البطارية تمامًا. ومع ذلك، في عمليات النشر في العالم الحقيقي، تفشل العديد من مشاريع الطائرات بدون طيار المقيدة في تلبية التوقعات بمجرد أن تتجاوز العمليات العروض التوضيحية القصيرة.
نادراً ما ترتبط الأسباب بفشل مكون واحد. في معظم الحالات، يكمن السبب الجذري في قرارات تصميم على مستوى النظام تتجاهل حقائق التشغيل طويلة المدة.
تحدد هذه المقالة الأسباب الأكثر شيوعًا وراء معاناة أو فشل أنظمة الطائرات بدون طيار المقيدة في المهام الممتدة، استنادًا إلى الخبرة الهندسية العملية بدلاً من افتراضات التسويق.
في المهام طويلة المدة، غالبًا ما يكون تراكم الحرارة هو المشكلة الأولى والأكثر تقديرًا.
تولد محطات الطاقة الأرضية ووحدات التيار المستمر / التيار المستمر المحمولة جواً وكابلات الربط حرارة باستمرار. في حين أن الرحلات القصيرة قد تظل ضمن الحدود الحرارية المقبولة، فإن التشغيل لعدة ساعات يكشف عن نقاط الضعف في تصميم التبريد وتخطيط تدفق الهواء واختيار المواد.
تعتبر وحدات الطاقة المحمولة جواً حساسة بشكل خاص. حتى أوجه القصور الصغيرة في تحويل الطاقة يمكن أن تؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة المستمر، مما يؤدي تدريجياً إلى تدهور المكونات الإلكترونية وتقليل موثوقية النظام. بدون هوامش حرارية مناسبة، قد يصبح النظام الذي يعمل جيدًا لمدة ثلاثين دقيقة غير مستقر بعد عدة ساعات.
لا يتم تحديد القدرة على التحمل الطويل من خلال ذروة الطاقة، ولكن من خلال التوازن الحراري المستقر.
مشكلة متكررة أخرى هي إجهاد كابل الربط.
أثناء العمليات الممتدة، تتعرض كابلات الربط لتغيرات مستمرة في الشد، والاهتزازات الناتجة عن الرياح، والانحناء المتكرر في نقاط توصيل الونش والإطار الهوائي. لا تسبب هذه الضغوط عادةً فشلاً فوريًا، لكنها تتراكم بمرور الوقت.
غالبًا ما تواجه الأنظمة التي تعتمد على هياكل كابلات شديدة الصلابة أو تخفيف الإجهاد غير الكافي تآكل العزل أو الكسور الدقيقة في الموصل أو عدم استقرار الإشارة بعد المهام المتكررة. في الحالات الشديدة، يصبح تدهور الكابلات هو العامل المحدد للنظام بأكمله، بغض النظر عن قدرة الطاقة.
يجب تصميم كابل الربط ليس فقط للأداء الكهربائي، ولكن أيضًا للتحمل الميكانيكي على مدار آلاف دورات التشغيل.
انخفاض الجهد هو تحدٍ خفي آخر في عمليات الربط طويلة المدة.
مع زيادة طول الكابل وارتفاع درجة الحرارة المحيطة، تتغير المقاومة الكهربائية وفقًا لذلك. في الأنظمة التي لا تحتوي على هامش جهد كافٍ أو تعويض في الوقت الفعلي، يمكن أن يؤدي ذلك إلى جهد إدخال غير مستقر في الوحدة المحمولة جواً.
النتيجة ليست دائمًا إيقاف تشغيل كامل. بشكل أكثر شيوعًا، يدخل النظام في حالة غير مستقرة حيث تتقلب طاقة الإخراج، أو يتم إعادة ضبط الإلكترونيات التحكمية بشكل متقطع، أو تتصرف الأنظمة الموجودة على متن الطائرة بشكل لا يمكن التنبؤ به.
يتطلب التشغيل المستقر طويل المدى تنسيقًا دقيقًا بين جهد الخرج الأرضي وخصائص الكابلات وكفاءة التحويل المحمولة جواً.
يتم تجميع العديد من أنظمة الطائرات بدون طيار المقيدة من خلال الجمع بين المكونات من موردين مختلفين. في حين أن كل مكون على حدة قد يفي بمواصفاته، غالبًا ما تظهر حالات عدم تطابق بين الأنظمة الفرعية أثناء الاستخدام الممتد.
تشمل الأمثلة الشائعة بروتوكولات الاتصال غير المتوافقة، أو الاستجابة المتأخرة بين التحكم في شد الونش وردود فعل وحدة التحكم في الطيران، أو التنسيق غير الكافي بين مراقبة الطاقة ومنطق الحماية الحرارية.
نادراً ما تظهر حالات عدم التطابق هذه أثناء رحلات الاختبار القصيرة. تصبح واضحة فقط عندما يعمل النظام باستمرار وتتراكم التناقضات الصغيرة في التوقيت أو التحكم.
يجب تقييم نظام الطائرات بدون طيار المقيدة كبنية كاملة، وليس كمجموعة من الأجزاء المستقلة.
لا يمكن لاختبارات المختبرات والعروض التوضيحية الخاضعة للرقابة أن تكرر بشكل كامل بيئات التشغيل الحقيقية.
غالبًا ما تتضمن المهام طويلة المدة ظروف رياح متغيرة وتقلبات في درجة الحرارة والغبار والرطوبة وإرهاق المشغل. قد تعمل الأنظمة التي تفتقر إلى هوامش بيئية كافية بشكل جيد في البداية ولكنها تتدهور بثبات تحت ضغط العالم الحقيقي.
تلعب حماية الدخول وجودة الموصل ومقاومة تآكل الكابلات ومعالجة أخطاء البرنامج أدوارًا حاسمة بمجرد أن تتجاوز العمليات مدة الاختبار المخطط لها.
تُعرَّف الموثوقية من خلال كيفية تصرف النظام في أسوأ أيامه، وليس أفضل عروضه.
أنظمة الطائرات بدون طيار المقيدة الأكثر موثوقية ليست تلك التي تتمتع بأعلى قوة معلنة أو أطول طول كابل. إنها أنظمة مصممة بفهم واضح للتوازن الحراري والإجهاد الميكانيكي والاستقرار الكهربائي وتنسيق النظام الفرعي.
لا يتم تحقيق التشغيل طويل المدة عن طريق تحسين معلمة واحدة. إنها نتيجة لخيارات هندسية محافظة، وهوامش أمان كافية، وافتراضات واقعية حول كيفية استخدام الأنظمة بالفعل في الميدان.
بالنسبة للمشغلين الذين يخططون لمهام جوية مستمرة، يمكن أن يمنع تقييم هذه العوامل في وقت مبكر عمليات إعادة التصميم المكلفة، وانقطاعات التشغيل، والإخفاقات غير المتوقعة لاحقًا.
