سیستم‌های پهپاد متصل اغلب به عنوان یک راه‌حل ساده برای مأموریت‌های هوایی با استقامت طولانی تبلیغ می‌شوند. در تئوری، توان پیوسته از زمین باید محدودیت‌های باتری را به طور کامل از بین ببرد. با این حال، در استقرارهای دنیای واقعی، بسیاری از پروژه‌های پهپاد متصل پس از گسترش عملیات فراتر از تظاهرات کوتاه، انتظارات را برآورده نمی‌کنند.

دلایل به ندرت به یک نقص در یک جزء واحد مربوط می‌شود. در بیشتر موارد، علت اصلی در تصمیمات طراحی در سطح سیستم نهفته است که واقعیت‌های عملیاتی طولانی مدت را نادیده می‌گیرد.

این مقاله رایج‌ترین دلایلی را که سیستم‌های پهپاد متصل در مأموریت‌های طولانی با مشکل مواجه می‌شوند یا شکست می‌خورند، بر اساس تجربه مهندسی عملی و نه فرضیات بازاریابی، شرح می‌دهد.

مدیریت حرارتی به گلوگاه اول تبدیل می‌شود

در مأموریت‌های طولانی مدت، تجمع گرما اغلب اولین و دست‌کم گرفته شده‌ترین مشکل است.

ایستگاه‌های برق زمینی، ماژول‌های DC/DC هوابرد و کابل‌های متصل همگی به طور مداوم گرما تولید می‌کنند. در حالی که پروازهای کوتاه ممکن است در محدوده‌های حرارتی قابل قبول باقی بمانند، عملکرد چند ساعته ضعف‌هایی را در طراحی خنک‌کننده، برنامه‌ریزی جریان هوا و انتخاب مواد آشکار می‌کند.

ماژول‌های برق هوابرد به ویژه حساس هستند. حتی ناکارآمدی‌های کوچک در تبدیل توان می‌تواند منجر به افزایش دمای پایدار شود که به تدریج اجزای الکترونیکی را تخریب کرده و قابلیت اطمینان سیستم را کاهش می‌دهد. بدون حاشیه‌های حرارتی مناسب، سیستمی که برای سی دقیقه عملکرد خوبی دارد، ممکن است پس از چند ساعت ناپایدار شود.

قابلیت استقامت طولانی مدت با حداکثر توان تعریف نمی‌شود، بلکه با تعادل حرارتی پایدار تعریف می‌شود.

خستگی کابل یک خطر بلندمدت است، نه یک شکست فوری

یکی دیگر از مسائل مکرر، خستگی کابل متصل است.

در طول عملیات طولانی مدت، کابل‌های متصل در معرض تغییرات تنش مداوم، نوسانات ناشی از باد و خم شدن مکرر در نقاط اتصال وینچ و بدنه هواپیما قرار می‌گیرند. این تنش‌ها معمولاً باعث خرابی فوری نمی‌شوند، اما با گذشت زمان جمع می‌شوند.

سیستم‌هایی که به ساختارهای کابل بیش از حد سفت یا تسکین فشار ناکافی متکی هستند، اغلب پس از مأموریت‌های مکرر، فرسودگی عایق، ریزشکستگی‌های هادی یا بی‌ثباتی سیگنال را تجربه می‌کنند. در موارد شدید، تخریب کابل به عامل محدود کننده کل سیستم تبدیل می‌شود، صرف نظر از توان.

یک کابل متصل باید نه تنها برای عملکرد الکتریکی، بلکه برای استقامت مکانیکی در طول هزاران چرخه عملیاتی طراحی شود.

افت ولتاژ اغلب نادیده گرفته می‌شود تا زمانی که بحرانی شود

افت ولتاژ یکی دیگر از چالش‌های پنهان در عملیات متصل طولانی مدت است.

با افزایش طول کابل و افزایش دمای محیط، مقاومت الکتریکی نیز به همین ترتیب تغییر می‌کند. در سیستم‌هایی که حاشیه ولتاژ کافی یا جبران‌سازی بی‌درنگ ندارند، این امر می‌تواند منجر به ولتاژ ورودی ناپایدار در ماژول هوابرد شود.

نتیجه همیشه یک خاموشی کامل نیست. معمولاً، سیستم وارد یک حالت ناپایدار می‌شود که در آن خروجی توان نوسان می‌کند، الکترونیک کنترل به طور متناوب بازنشانی می‌شود یا سیستم‌های داخلی غیرقابل پیش‌بینی رفتار می‌کنند.

عملکرد پایدار و طولانی مدت به هماهنگی دقیق بین ولتاژ خروجی زمین، ویژگی‌های کابل و راندمان تبدیل هوابرد نیاز دارد.

عدم تطابق بین زیرسیستم‌ها، عملکرد کلی را محدود می‌کند

بسیاری از سیستم‌های پهپاد متصل با ترکیب اجزای سازندگان مختلف مونتاژ می‌شوند. در حالی که هر جزء جداگانه ممکن است مشخصات خود را داشته باشد، عدم تطابق بین زیرسیستم‌ها اغلب در طول استفاده طولانی مدت ظاهر می‌شود.

نمونه‌های رایج شامل پروتکل‌های ارتباطی ناسازگار، تأخیر در پاسخ بین کنترل کشش وینچ و بازخورد کنترل‌کننده پرواز، یا هماهنگی ناکافی بین نظارت بر توان و منطق حفاظت حرارتی است.

این عدم تطابق‌ها به ندرت در طول پروازهای آزمایشی کوتاه ظاهر می‌شوند. آنها تنها زمانی آشکار می‌شوند که سیستم به طور مداوم کار می‌کند و تفاوت‌های زمانی یا کنترلی کوچک جمع می‌شوند.

یک سیستم پهپاد متصل باید به عنوان یک معماری کامل ارزیابی شود، نه به عنوان مجموعه‌ای از قطعات مستقل.

محیط عملیاتی از شرایط آزمایش سخت‌تر است

آزمایش‌های آزمایشگاهی و تظاهرات کنترل‌شده نمی‌توانند به طور کامل محیط‌های عملیاتی واقعی را تکرار کنند.

مأموریت‌های طولانی مدت اغلب شامل تغییر شرایط باد، نوسانات دما، گرد و غبار، رطوبت و خستگی اپراتور هستند. سیستم‌هایی که حاشیه‌های محیطی کافی ندارند ممکن است در ابتدا عملکرد خوبی داشته باشند اما به طور پیوسته تحت استرس دنیای واقعی تخریب می‌شوند.

حفاظت از نفوذ، کیفیت کانکتور، مقاومت در برابر سایش کابل و رسیدگی به خطای نرم‌افزار همگی نقش‌های حیاتی را ایفا می‌کنند، هنگامی که عملیات فراتر از مدت زمان آزمایش برنامه‌ریزی شده گسترش می‌یابد.

قابلیت اطمینان با نحوه رفتار یک سیستم در بدترین روز خود تعریف می‌شود، نه بهترین تظاهرات آن.

قابلیت اطمینان طولانی مدت یک مشکل طراحی سیستم است

مطمئن‌ترین سیستم‌های پهپاد متصل، آنهایی نیستند که بالاترین توان تبلیغاتی یا طولانی‌ترین طول کابل را دارند. آنها سیستم‌هایی هستند که با درک روشنی از تعادل حرارتی، خستگی مکانیکی، پایداری الکتریکی و هماهنگی زیرسیستم طراحی شده‌اند.

عملکرد طولانی مدت با بهینه‌سازی یک پارامتر واحد به دست نمی‌آید. این نتیجه انتخاب‌های مهندسی محافظه‌کارانه، حاشیه‌های ایمنی کافی و فرضیات واقع‌بینانه در مورد نحوه استفاده واقعی از سیستم‌ها در این زمینه است.

برای اپراتورهایی که مأموریت‌های هوایی مداوم را برنامه‌ریزی می‌کنند، ارزیابی این عوامل در مراحل اولیه می‌تواند از طراحی مجدد پرهزینه، اختلالات عملیاتی و خرابی‌های غیرمنتظره در آینده جلوگیری کند.