پهپاد چیست؟ – از طرز کار تا کاربرد به زبان ساده

در دهه گذشته، فناوری هواپیماهای بدون سرنشین یا پهپادها به طور قابل توجهی پیشرفت و آن‌ها را به وسیله‌ای ارزان‌قیمت و قابل استفاده در محیط‌های حرفه‌ای و غیرنظامی تبدیل کرده است. تعداد قابل‌ملاحظه پرواز پهپادها بدان معنا است که تعداد زیادی از انواع مختلف پهپادها برای خرید و استفاده در دسترس هستند. این خبر خوبی برای طرفداران این ماشین پرواز کوچک است. به این نکته توجه داشته باشید که انواع پهپادها برای اهداف متفاوتی، استفاده می‌شوند. بنابراین، بهترین راه برای تهیه و خرید پهپاد مناسب، آشنایی با انواع آن و مزایا و معایب هر نوع است. در این مطلب، به پرسش پهپاد چیست به زبان ساده پاسخ و انواع آن را توضیح می‌دهیم.

پهپاد چیست ؟

در سال‌های اخیر بارها کلمه پهپاد را شنیده‌اید یا عکس آن را در اینترنت مشاهده کرده‌اید. پهپاد مخفف عبارت «پرنده هدایت‌پذیر از دور» است. پهپادها انواع و کاربردهای مختلفی دارند. نخستین کاربردی که با شنیدن این کلمه به ذهن می‌رسد، کاربرد جنگی است. اما باید بدانیم که پهپادها علاوه بر کاربرد جنگی، کاربردهای دیگری نیز دارند. قبل از صحبت در مورد کاربردها یا انواع مختلف این وسیله، باید بدانیم پهپاد چیست و چگونه تعریف می‌شود. متاسفانه پاسخ ساده‌ای برای این پرسش وجود ندارد.

گرچه امروزه کلمه پهپاد به صورت گسترده استفاده می‌شود، تعریف دقیقی برای آن وجود ندارد. «وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین» (Unmanned Aerial Vehicle) عبارت توصیفی‌تر برای کلمه پهپاد است که بیشتر افراد آن را استفاده می‌کنند. به بیان دیگر، پهپاد وسیله‌‌ای است که از طریق کنترل از راه دور پرواز می‌کند و هیچ سرنشینی ندارد. کنترل پهپاد به دو صورت انجام می‌شود:

1. به طور کامل توسط کامپیوتر کنترل می‌شود.
2. به طور کامل توسط انسان و از راه دور کنترل می‌شود.

کنترل بیشتر پهپاد‌هایی که امروزه مشاهده می‌کنیم، ترکیبی از دو حالت بالا است. آن‌ها به طور کامل توسط انسان کنترل نمی‌شوند و بخشی از مسیر را به وسیله سیستم نصب شده تشخیص می‌دهند. به طور حتم، این حالت در آینده‌ای نزدیک تغییر می‌کند. فعالیت پهپادها در آینده‌ای نزدیک به صورت تمام خودکار انجام خواهد شد. فعالیت پهپادها می‌تواند از نجات صدمه‌دیده‌های سقوط بهمن یا زلزله تا رهاسازی مواد غذایی در درب منازل، تغییر کند.

پس از پاسخ به پرسش پهپاد چیست، در مورد انواع آن صحبت می‌کنیم.

انواع پهپاد چیست ؟

پهپادها ابتدا برای اهداف نظامی و صنایع هوافضا ساخته شدند، اما بعدها به دلیل سطوح بالای امنیت و کارایی، در امور دیگری مانند نجات جان انسان‌های صدمه‌دیده در حوادث مختلف نیز مورد استفاده قرار گرفتند. پهپادهای مختلف در ارتفاع‌ها و فاصله‌های متفاوتی حرکت می‌کنند. به طور معمول، پهپادهای با برد بسیار کوتاه می‌توانند مسافتی در حدود ۴/۸ کیلومتر را بپیمایند و بیشتر توسط علاقه‌مندان به این وسیله استفاده می‌شوند. به این پهپادها، پهپادهای «مبتنی بر ملخ» (Multi rotor) می‌گوییم و رایج‌ترین نوع پهپادها هستند.

این پهپادها بیشتر در عکس‌برداری هوایی، دوربین مدار بسته و بازرسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پهپادهای مبتنی بر ملخ به مدت ۲۰ تا ۳۰ دقیقه می‌توانند در آسمان پرواز کنند. پهپادهای کوتاه‌برد می‌توانند مسافتی تا حدود ۱۴۵ کیلومتر را طی کنند. بنابراین، به طور معمول برای کاربردهای جاسوسی و جمع‌آوری اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرند. به پهپادهای بلندبرد، پهپاد پایا گفته می‌شود. این پهپادها می‌توانند تا مسافتی بیش از ۴۸۲ کیلومتر حرکت کنند و در آسمان تا ارتفاعی در حدود ۹۱۴ متر بالا بروند.

انواع تقسیم بندی پهپاد چیست ؟

پهپادها در اندازه‌ها، قابلیت‌ها و مدل‌های مختلفی وجود دارند. آن‌ها را می‌توان براساس نوع بال‌ها، اندازه، ظرفیت بار، مسافت طی شده، منبع تامین انرژی برای حرکت و نوع موتور، تقسیم‌بندی کرد.

تقسیم‌ بندی پهپادها براساس نوع بال

پهپادها براساس نوع بال به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

1. پهپادهای مبتنی بر ملخ
2. پهپادهای با بال ثابت
3. پهپادهای چرخ‌بال مبتنی بر ملخ
4. پهپادهای VTOL هیبریدی با بال ثابت

مزایا، معایب و کاربرد هر یک از این پهپادها در جدول زیر به صورت خلاصه آمده است.

قبل از توضیح در مورد هر یک از این پهپادها، ابتدا در مورد مفهوم VTOL صحبت می‌کنیم. به پرواز و فرود به صورت عمودی و بدون تکیه بر باند فرودگاه، «وی‌تول» (Vertical Take-off and Landing | VTOL) گفته می‌شود. این توانایی در پهپادها بسیار مهم است.

پهپادهای مبتنی بر ملخ

پهپادهای مبتنی بر ملخ یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین پهپادها برای استفاده‌های تفریحی و حرفه‌ای هستند. این نوع پهپاد به دلیل اندازه کوچک و کنترل آسان و عالی، بهترین انتخاب برای عکس‌برداری هوایی است. از آنجا که این نوع پهپاد تطبیق‌پذیری بسیار بالایی دارد، دوربین‌های متفاوتی را به منظور انجام وظیفه‌های مختلف می‌توان روی آن نصب کرد. این پهپادها به راحتی پرواز شناوری انجام می‌دهند و به صورت عمودی بلند می‌شوند. از این‌رو، انعطاف‌پذیری بالایی دارند.

زمان پرواز محدود، ظرفیت بار کوچک، پایداری کم در باد و سرعت‌های پرواز کم از مهم‌ترین معایب پهپادهای مبتنی بر ملخ هستند. اضافه کردن ملخ بیشتر به این پهپاد منجر به کنترل سخت‌تر آن می‌شود. انرژی لازم برای حرکت این پهپاد توسط باتری‌های داخل آن تامین می‌شود. قسمت‌های متحرک آن انرژی اضافی مصرف می‌کنند، بنابراین باتری قرار گرفته در این پهپاد سریع‌تر تمام خواهد شد. زمان پرواز بیشتر پهپادهای مبتنی بر ملخ کمتر از یک ساعت است. اگر به دنبال انجام کارهای زمان‌بر با این پهپاد هستیم باید از باتری‌های زیادی استفاده کنیم. این کار به معنای هزینه اضافی است.

پهپادهای با بال ثابت

این پهپادها قادر به مهار کردن هوا و تولید نیروهایی هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد با استفاده از آیرودینامیک خود، در هوا بمانند. پهپادهای با بال ثابت از نظر طراحی و زیبایی‌شناسی، مشابه هواپیماهای رادیویی هستند و در اغلب موارد برای نقشه‌برداری از مناطق بزرگ از آن‌ها استفاده می‌شود. این پهپاد به دلیل طراحی منحصربه‌فرد خود، پایایی طولانی‌تر و سرعت پرواز بیشتری دارد. پهپاد با بالا ثابت در مقایسه با پهپاد مبتنی بر ملخ، گران‌تر است.

همچنین، این پهپادها، همانند هواپیماها، برای پرواز و فرود آمدن به فضای بزرگی نیاز دارند. حتی برخی مدل‌های بزرگ‌تر آن نیازمندِ امکانات زمینی ویژه‌ای برای بلند شدن و فرود آمدن هستند. به علاوه، این پهپادها تنها می‌توانند به سمت جلو پرواز کنند، بنابراین قدرت مانور آن‌ها متفاوت از قدرت مانور پهپادهای مبتنی بر ملخ است.

پهپادهای چرخ‌بال تک ملخ

این پهپادهای قدرتمند و بادوام، از نظر طراحی و ساخت، مشابه هلیکوپترهای واقعی هستند. در آن‌ها از یک ملخ برای تامین نیرو و از یک دُم برای کنترل جهت و پایداری استفاده شده است. این پهپادها برای حمل بارهای بزرگ‌تر، بهتر از پهپادهای چند ملخی عمل می‌کنند. در این پهپادها به جای باتری، از موتورهای گازی استفاده شده است. به همین دلیل، زمان پرواز آن‌ها افزایش قابل‌توجهی می‌یابد.

نکته منفی در مورد این پهپادها آن است که آن‌ها در مقایسه با پهپادهای مبتنی بر ملخ و بال ثابت، بزرگ‌تر و ساختار پیچیده‌تری دارند. از این‌رو، استفاده از آن‌ها نیازمند صرف هزینه بیشتری است. همچنین، استفاده از این پهپادها به دلیل تیغه‌های بزرگ‌تر، خطرناک‌تر خواهد بود.

پهپادهای VTOL هیبریدی با بال ثابت

پهپادهای VTOL هیبریدی با بال ثابت آخرین فناوری ساخت پهپاد هستند. این پهپادها همان پهپادهای بال ثابتِ بهبود یافته هستند به گونه‌ای که می‌توانند به طور عمودی از زمین بلند شوند و به زمین فرود آیند. همان‌طور که در جدول بالا دیده می‌شود پهپادهای بال ثابت می‌توانند مدت زمان طولانی پرواز کنند و مسافت بیشتری را نسبت به پهپادهای دیگر بپیمایند. در مقابل، چرخ‌بال‌ها می‌توانند به صورت عمودی از زمین بلند شوند. پهپاد VTOL هیبریدی با بال ثابت با الهام گرفتن از این دو مزیت، ساخته و برای عملیات زیر طراحی شده است:

• نقشه‌برداری هوایی
• بازرسی تاسیسات
• کشاورزی
• نظارت
• عملیات جستجو و نجات

توجه به این نکته مهم است که پهپادهای VTOL برای افراد مبتدی مناسب نیستند. همچنین، فناوری پیشرفته به کار رفته در ساخت این پهپاد، آن را در گروه پهپادهای گران‌قیمت جا داده است.

تقسیم‌ بندی پهپادها براساس اندازه

پهپادها براساس اندازه به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

1. پهپادهای بسیار کوچک
2. پهپادهای کوچک
3. پهپادهای متوسط
4. پهپادهای بزرگ

اندازه، طول، قطر پروانه، وزن و کاربرد هر یک از این پهپادها در جدول زیر به صورت خلاصه آمده است.

در ادامه، در مورد هر یک از این پهپادها به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

پهپادهای بسیار کوچک 

به پهپادهای بسیار کوچک، پهپادهای نانو نیز گفته می‌شود. اندازه این پهپادها می‌تواند به کوچکی حشره باشد و به راحتی در کف دست جا می‌شوند. ابعاد این پهپاد بین یک تا ۵۰ سانتی‌‌متر است. پهپادهای نانو به دلیل اندازه کوچک و طراحی بال، تنها می‌توانند در فضاهای بسیار محدود پرواز کنند. بنابراین، به راحتی شناسایی نمی‌شوند. از این‌رو، جاسوس‌ها از این پهپادها برای جمع‌آوری اطلاعات از افراد مختلف استفاده می‌کنند.

پهپادهای کوچک 

این پهپادها با اندازه‌ای بین ۵۰ سانتی‌متر تا ۲ متر، اندکی بزرگ‌تر از پهپادهای نانو هستند. به طور معمول، بال‌های پهپادهای کوچک ثابت هستند و به آسانی توسط بازو از زمین بلند و به هوا پرتاب می‌شوند. این پهپادها می‌توانند برای بازرسی تجهیزات داخلی استفاده شوند. اما کاربرد آن‌ها در بیشتر موارد در زمینه‌های عکاسی و تفریحی، مانند مدیریت ترافیک، است.

پهپادهای متوسط

این پهپادها بزرگ‌تر و سنگین‌تر از پهپادهای کوچک‌تر هستند. به طور معمول، برای حمل این پهپادها به دو فرد نیاز است. مهم‌ترین کاربردهای پهپادهای متوسط عبارت هستند از:

• کاربردهای حرفه‌ای
• عکاسی آماتور

پهپادهای بزرگ

اندازه پهپادهای بزرگ، قابل مقایسه با هواپیماهای کوچک‌ است. قابلیت تشخیص و مبارزه با دشمن یکی از مهم‌ترین کاربردهای این پهپاد در نظر گرفته می‌شود.

تقسیم‌ بندی پهپادها براساس ظرفیت بار

میزان بار قابل حمل توسط هر پهپاد به قدرت موتور آن و نیروی بالابری تولید شده توسط ملخ در شرایط آب‌وهوایی استاندارد، بستگی دارد. پهپادها براساس ظرفیت بار قابل حمل به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

1. پهپادهای بسیار سبک (پَروزن)
2. پهپادهای سبک‌وزن
3. پهپادهای با وزن متوسط
4. پهپادهای سنگین‌وزن

وزن، ظرفیت بار و کاربرد هر یک از این پهپادها در جدول زیر به صورت خلاصه آمده است.

در ادامه، هر یک از این پهپادها را به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

پهپادهای بسیار سبک (پَروزن)

به این پهپادها، پهپادهای در اندازه نانو یا پهپادهای نانو گفته می‌شود. جرم این پهپادها در حدود ۱۱ گرم است و تنها می‌توانند بارهایی با جرم بین ۴ تا ۱۰۰ گرم را حمل کنند.

پهپادهای سبک‌وزن

این پهپادها همان پهپادهای کوچک با جرمی در حدود ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ گرم هستند. پهپادهای سبک وزن می‌توانند بارهایی با جرم بین ۱۵۰ تا ۲۵۰ گرم را با خود حمل کنند.

پهپادهای با وزن متوسط

این پهپادها همان پهپادهای متوسط با جرمی در حدود یک تا ۱۶۰ کیلوگرم هستند هستند. این پهپادها در حالت کلی به دو گروه تقسیم می‌شوند:

• پهپادهای تجاری
• پهپادهای نظامی

ظرفیت بار پهپادهای متوسط تجاری و مصرفی بین ۴۰۰ تا ۱۴۶۰ گرم است. این ظرفیت در پهپادهای نظامی تا ۱۵۹ کیلوگرم افزایش می‌یابد.

پهپادهای سنگین‌وزن

این پهپادها همان پهپادهای بزرگ هستند که بیشتر برای کاربردهای نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرند. جرم این پهپادها بیشتر از ۱۶۰ کیلوگرم است. حتی، جرم برخی از آن‌ها می‌تواند به بیش از ۱۰۰۰ کیلوگرم افزایش یابد. این پهپادها می‌توانند بارهای تا ۵۵۰ کیلوگرم را حمل کنند.

تقسیم‌ بندی پهپادها براساس برد آن ها

پهپادها براساس میزان توانایی آن‌ها در طی کردن مسافت، به پنج گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

1. پهپادهای بسیار نزدیک‌برد: مسافت طی شده توسط این پهپادها بسیار کوچک است.
2. پهپادهای نزدیک‌برد: این پهپادها می‌توانند مسافت کوچکی را طی کنند.
3. پهپادهای کوتاه‌برد: این پهپادها مسافت‌هایی تا ۱۵۰ کیلومتر را طی می‌کنند.
4. پهپادهای با برد متوسط: مسافت طی شده توسط این پهپادها می‌تواند تا ۶۰۰ کیلومتر برسد.
5. پهپادهای بلندبرد: مسافت طی شده توسط این پهپادها می‌تواند به بیش از ۶۰۰ کیلومتر برسد.

مسافت پرواز، مدت زمان پرواز و کاربرد هر یک از این پهپادها در جدول زیر به صورت خلاصه آمده است.

در ادامه، هر یک از این پهپادها را به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

پهپادهای بسیار نزدیک‌برد

این پهپادها تنها می‌توانند تا فاصله ۵ کیلومتری از سیستم یا فرد کنترل‌کننده پرواز کنند. مدت زمان پرواز آن‌ها بسیار محدود و تنها برابر یک ساعت است. از این پهپادها بیشتر برای انجام کارهای تفریحی استفاده می‌شوند.

پهپادهای نزدیک‌برد

این پهپادها می‌توانند تا فاصله ۵۰ کیلومتری از سیستم یا فرد کنترل‌کننده پرواز کنند. مدت زمان پرواز آن‌ها محدود و بین یک تا ۶ ساعت متغیر است. از آنجا که این پهپادها در ارتفاع بسیار زیادی می‌توانند پرواز کنند، از آن‌ها اغلب برای کاربردهای نظامی استفاده می‌شود.

پهپادهای کوتاه‌برد

این پهپادها می‌توانند تا فاصله ۱۵۰ کیلومتری از سیستم یا فرد کنترل‌کننده پرواز کنند. این پهپادها به دلیل باتری‌های بسیار قدرتمند استفاده شده در آن‌ها می‌توانند بین ۸ تا ۱۲ ساعت در هوا باقی بمانند. از این‌رو، پهپادهای کوتاه‌برد بیشتر برای مبارزه و هدف‌های نظارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پهپادهای با برد متوسط

این پهپادها می‌توانند تا فاصله ۶۴۴ کیلومتری و در ارتفاع بین ۳/۶ تا ۹ کیلومتری از سطح زمین، بیش از ۲۴ ساعت پرواز کنند. پهپادهای با برد متوسط، بیشتر برای مبارزه و هدف‌های نظارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پهپادهای بلندبرد

پهپادهای بلندبرد یا پهپادهای استقامتی از نظر فناوری و عملکرد نسبت به پهپادهای دیگر برتری دارند. این پهپادها می‌توانند بدون از دست دادن سیگنال ارتباطی با مرکز کنترل‌کننده تا مسافتی در حدود ۶۴۴ کیلومتر و حتی بیشتر پرواز کنند. گرچه کاربرد اصلی این پهپادها در صنایع نظامی و جاسوسی است، از آن‌ها برای ردیابی الگوهای آب‌و‌هوایی و نقشه‌برداری جغرافیایی نیز استفاده می‌کنند.

تقسیم‌ بندی پهپادها براساس منبع تامین انرژی در آن‌ها

هر پهپاد برای پرواز به منبعی برای تامین انرژی، مانند باتری یا سوخت نیاز دارد. از این‌رو، پهپادهای براساس منبع تامین انرژی به چهار گروه تقسیم می‌شوند:

• پهپادهای باتری‌دار
• پهپادهای بنزینی
• پهپادهای پیل سوختی هیدروژن
• پهپادهای خورشیدی

مزایا و معایب هر یک از این پهپادها در جدول زیر به صورت خلاصه آمده است.

در ادامه، هر یک از این پهپادها را به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

پهپادهای باتری‌دار

باتری، اصلی‌ترین منبع تولید انرژی در بسیاری از پهپادها است. سه نوع رایج باتری‌های استفاده شده در پهپادها عبارت هستند از:

• پلیمر لیتیوم (LiPo)
• هیدرید نیکل-فلز (NiMH)
• کادمیوم-نیکل

پهپادهای بنزینی

به طور کلی از بنزین، به دلیل سبک بودن و قیمت ارزان، در پهپادهای بزرگ مقیاس استفاده می‌شود. پهپادهای گازی مدت زمان طولانی می‌توانند پرواز و بار سنگینی را حمل کنند.

پهپادهای پیل سوختی هیدروژن

پهپادهای ساخته شده بر پایه پیل سوختی هیدروژن در ارتفاعات بالا بازدهی بیشتری نسبت به پهپادهای ساخته شده براساس موتورهای احتراق داخلی دارند. پهپاد CW-25H معروف به DJ25 یکی از پهپادهای معروفِ پیل سوختی هیدروژنی است. این پهپاد در سال ۲۰۲۲ میلادی برنده جایزه نوآوری CES شد. پهپاد DJ25 می‌تواند بارهای تا جرم ۴ کیلوگرم را حمل کند.

پهپاد خورشیدی

پهپادهای خورشیدی از خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند. نور خورشید پس از برخورد به این پهپادها به الکتریسیته تبدیل می‌شود و باتری‌های خورشیدی استفاده شده در آن‌ها را شارژ می‌کند. پهپاد خورشیدی تا هنگاهی که خورشید در آسمان وجود دارد به پرواز خود ادامه می‌دهد.

تقسیم‌ بندی پهپادها براساس توانایی‌ها و تجهیزات آن‌ها

پهپادها با توجه به توانایی‌ها و تجهیزات استفاده شده در آن‌ها به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند.

پهپادهای اسباب‌بازی

امروزه کودکان به پهپادهای اسباب‌بازی علاقه ویژه‌ای نشان می‌دهند. این پهپادها در اندازه‌ها و شکل‌ها مختلفی وجود دارند. برخی از آن‌ها دوربین دارند و برخی بدون دوربین به فروش می‌رسند. برخی از پهپادها داخل خانه استفاده می‌شوند، در حالی‌که از برخی از آن‌ها می‌توان در بیرون از خانه نیز استفاده کرد. با توجه به مدل پهپاد، می‌توان آن را توسط کنترل از راه دور یا با استفاده از تلفن‌های هوشمند، کنترل کرد. توجه به این نکته مهم است که اگر علاقه‌مند به کار با پهپاد هستید، اما در آغاز راه قرار دارید، این پهپاد‌ها بهترین گزینه برای شروع و یادگیری هستند.

پهپادهای عکاسی/فیلم‌برداری

دوربین‌های نصب شده روی این پهپادها مدل‌های مختلفی دارند. این دوربین‌ها می‌توانند عکس یا ویدئو را به صورت HD، تمام HD یا 4k ضبط کنند. دوربین‌ها روی پهپادها، رو پایه‌های دو یا سه‌تایی نصب شده‌اند.

پهپادهای مسابقه

به طور معمول، مسابقات پهپادها در زمین‌های خصوصی و تحت نظارت انجام می‌شود. برای شرکت در این دوره از مسابقات باید ساعت‌ها آموزش دیده باشید. این آموزش‌ها برای کنترل سریع پهپاد موردنیاز است.

پهپادهای آماده برای استفاده یا RTF

قسمت‌های مختلف این پهپاد جدا از یکدیگر قرار دارند. بنابراین، خریدار پس از خرید، این قسمت‌ها را در کنار یکدیگر قرار می‌دهد و آن را به شکل پهپاد آماده پرواز درمی‌آورد.

پهپادهای GPS

این پهپاد به ماهواره وصل شده است و از آن به عنوان وسیله‌ای برای ترسیم خطوط پرواز استفاده می‌کند. نکته جالب آن است که این پهپادها پس از تخلیه نسبی باتری به خانه بازمی‌گردند.

پهپادهای حرفه‌ای

پهپادهای حرفه‌ای برای انجام انواع عکس‌برداری هوایی می‌توانند به دوربین‌ها و دوربین‌های ویدئویی مجهز یا با توجه به نیاز مشتری می‌توانند برای انجام خدماتی مانند نقشه‌برداری یا نظارت، به سنسور‌ها یا دوربین‌های حرارتی مجهز شوند. پهپاد حرفه‌ای می‌تواند:

• بر فراز نواحی ساخته شده پرواز کند.
• بر فراز نواحی محدود یا ممنوع، پرواز کند.
• در شب پرواز کند.

پهپادهای نظامی

پهپادها در ابتدا به دلیل هدف‌های نظامی ساخته شدند و کم‌کم به اهداف غیرنظامی گسترش یافتند. استفاده از این وسیله روزبه‌روز در ابعاد مختلف زندگی نمایان شد.

پهپادهای پستچی

تحویل مرسوله‌های خریداری شده به مشتری توسط پهپادها یکی از جدیدترین کاربردهای آن‌ها در زندگی روزمره است. شرکت‌های بزرگی مانند آمازون این کار را برای نخستین بار آزمایش کردند. به زودی، این دسته از پهپادها به صورت گسترده در دسترس ما قرار خواهند گرفت.

تقسیم‌ بندی پهپادها براساس موتورهای استفاده شده در ساخت آن‌ها

پهپادها براساس موتور به کار رفته در ساخت آن‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

• موتورهای پهپاد با جاروبک
• موتورهای پهپاد بدون جاروبک

مزایا و معایب هر یک از دو نوع موتور پهپاد در جدول زیر بیان شده است.

توجه به این نکته مهم است که موتورهای با جاروبک بیشتر در پهپادهای تفریحی استفاده می‌شوند. گرچه این موتورها ارزان‌قیمت هستند، در مقایسه با موتورهای بدون جاروبک، به نگهداری بیشتری نیاز دارند.

تا اینجا می‌دانیم انواع پهپاد چیست و با مزایا و معایب هر گروه آشنا شدیم. در ادامه در مورد مهم‌ترین کاربردهای پهپاد صحبت می‌کنیم.

کاربرد پهپاد چیست ؟

مهم‌ترین کاربردهای پهپادها عبارت هستند از :

• نظامی
• پستچی
• نجات اضطراری
• کشاورزی
• فضای خارج از جو زمین
• حیات وحش و حفاظت تاریخی
• پزشکی
• مدل‌سازی سه‌بعدی
• عکاسی
• پیش‌بینی آب‌وهوا
• اجرای قانون
• نظارت بر ترافیک جاده‌ای

کاربرد پهپاد در صنایع نظامی

قدیمی‌ترین و معروف‌ترین کاربرد پهپادها به صنایع نظامی برمی‌گردد. در واقع، پهپادها ابتدا به دلیل اهداف نظامی طراحی و ساخته شدند. ارتش آمریکا و انگلیسی در اوایل دهه ۴۰ میلادی و در زمان جنگ جهانی دوم از پهپادها برای جاسوسی استفاده می‌کردند. طراحی پهپادهای اولیه بسیار ساده بود. امروزه، فناوری ساخت این وسیله پیشرفت بسیار چشم‌گیری کرده است. به گونه‌ای که تجهیزات پیشرفته‌ای مانند تصویربرداری حرارتی و لیزر رو آن‌ها نصب شده است. یکی از برجسته‌ترین پهپادهای نظامی که امروزه استفاده می‌شود، پهپاد MQ-9 نام دارد.

کاربرد پهپاد در انتقال محموله های متفاوت

در بیشتر موارد، از پهپادهای پستچی برای انتقال غذا، محموله‌های پستی یا کالاهای خریداری شده به درب منازل افراد استفاده می‌شود. به طور معمول، از این پهپادها برای انتقال بسته‌های خریداری شده از فروشگاه‌های نزدیک استفاده می‌شود. بیشتر فروشگاه‌ها از پیک‌های پستی برای انتقال کالاهای خریداری شده به درب منازل مشتری‌ها استفاده می‌کنند. انتقال بسته‌ها به این روش با معایب مختلفی مانند خطای انسانی یا خراب شدن وسیله نقلیه همراه است.

بنابراین، جایگزینی آن‌ها با پهپادهای پستچی می‌تواند با مزیت‌های زیادی مانند زمان سریع‌تر در انتقال کالا و دقت بالاتر، همراه باشد. این پهپادها می‌توانند کالاهایی تا جرم ۲۴ کیلوگرم را بدون هیچ مشکلی با خود حمل کنند. شرکت‌های بزرگی مانند گوگل، آمازون یا فِدِکس، انواع مختلف پهپادهای پستچی را برای انتقال کالاهای مختلف، آزمایش کرده‌اند.

کاربرد پهپاد در نجات اضطراری

در زلزله ۸ بهمن ماه ۱۴۰۱ در ترکیه، تعداد زیادی از امدادگران از سراسر جهان برای نجات افراد آسیب‌دیده به این کشور اعزام شدند. در یکی از عملیات نجات، یکی از ساختمان‌ها روی تعدادی از امدادگران فرود آمد و آن‌ها نیز زیر آوار ماندند. بنابراین، استفاده از انسان‌ها در برخی موقعیت‌های امداد و نجات، خطرناک است. از این‌رو، پهپادها می‌توانند جایگزینی مناسبی در این موقعیت‌ها باشند.

به عنوان مثال، به هنگام واژگونی قایق در دریا و غرق شدن افراد در آب، مقامات رسمی می‌توانند با ارسال پهپادهای امدادرسان، افراد را از غرق‌ شدن نجات دهند. همچنین، به هنگام سقوط بهمن، پهپادها برای نجات افراد گرفتار در برف به محل حادثه اعزام می‌شوند. پهپادی به نام K-MAX در دو کشور چین و استرالیا، برای کمک به آتش‌نشان‌ها استفاده می‌شود.

کاربرد پهپاد در کشاورزی

تا اینجا با کاربرد پهپادها در صنایع نظامی، نجات اضطراری افراد و انتقال محموله‌های پستی آشنا شدیم. یکی دیگر از کاربردهای مهم پهپادها، استفاده از آن‌ها در صنعت کشاورزی است. کشاورزان به کمک پهپادها می‌توانند راه‌های مختلفی برای بهینه‌سازی مزارع خود پیدا کنند. از این‌رو، بازدهی مزارع کشاورزی بیشینه می‌شود و فشارهای فیزیکی کاهش می‌یابد.

کاربرد پهپاد در فضا

سازمان فضایی آمریکا، ناسا، و نیروی هوایی این کشور به صورت مخفیانه پهپادها را برای ارسال به فضا، آزمایش می‌کنند. یکی از این پهپادها به نام X-37B پهپادی فوق‌سری متعلق به نیروی هوایی آمریکا و شبیه فضاپیمایی بسیار کوچک است. این پهپاد کوچک در دو سال گذشته بدون پخش هیچ‌گونه خبری به دور زمین می‌چرخد و رکورد طولانی‌ترین چرخش هواپیمای بدون سرنشین به دور زمین را به ثبت رسانده است.

کاربرد پهپاد در حیات وحش و حفاظت تاریخی

پهپادها جایگزین‌های ارزان‌تر و کارآمدتری برای حفاظت از حیات وحش هستند. ردیابی جمعیت حیات وحش توسط انسان روی زمین تقریبا غیرممکن است. پهپادها با استفاده از دوربین‌های نصب شده روی آن‌ها به راحتی می‌توانند حرکت و رفتار حیوانات مختلف روی زمین را بررسی و ردیابی کنند. همچنین، از این وسیله برای احیای جنگل‌های مختلف در سراسر جهان استفاده می‌کنند. همان‌طور که می‌دانیم در سال‌های اخیر جنگل‌های زیادی در سراسر جهان به دلیل آتش‌سوزی‌های گسترده از بین رفته‌اند و خاک آن‌ها محل مناسبی برای رشد مجدد گیاهان مختلف نیست.

از پهپادها برای شستشوی محل‌های سوخته شده و پاشیدن مواد مغذی برای خاک استفاده می‌کنند. پس از مدت زمان مشخصی، بذر گونه‌های مختلف گیاهی توسط پهپاد روی زمین پاشیده می‌شوند. از اوایل قرن بیستم میلادی در حدود ۳۰۰ میلیون هکتار زمین جنگل‌زدایی شده‌اند. در حالی‌که احیای جنگل توسط انسان ممکن است ۳۰۰ سال به طول انجامد، استفاده از فناوری پهپادها انجام این کار را بسیار سریع‌تر می‌کند.

کاربرد پهپاد در پزشکی

در مطالب بالا گفتیم یکی از کاربردهای پهپادها استفاده از آن‌ها در نجات انسان‌ها به هنگام زلزله یا سقوط بهمن است. سوالی که ممکن است مطرح شود آن است که آیا می‌توان از این وسیله برای رساندن دارو به افراد به هنگام حادثه استفاده کرد. پاسخ به این پرسش، بله است. از پهپادها همچنین می‌توان برای انتقال اعضای پیوندی به بیماران خاص استفاده کرد. در حال حاضر، از پهپادها برای انتقال تجهیزات پزشکی و داروهای حیاتی در برخی مناطق آلاسکا استفاده می‌شود.

انتقال صحیح، سریع و به موقع اعضای پیوندی به بیماران خاص بسیار حیاتی است. انتقال اعضای پیوندی با آمبولانس، معایب بسیاری مانند گیر کردن در ترافیک شهری یا تصادفات جاده‌ای دارد. بنابراین، پهپاد، وسیله بسیار مناسبی برای انجام این کار است. اخیرا، کلیه پیوندی توسط پهپادی ویژه از بیمارستانی در مریلند به بیمارستان دیگری در این شهر، در مدت زمانی کمتر از پنج دقیقه منتقل شد.

کاربرد پهپاد در مدل‌ سازی سه بعدی

پهپادهای «لیدار» (light detection and ranging) مجهز به سنسورهای لیدار هستند. با استفاده از این سنسورها می‌توان مناطق مختلف را بررسی کرد و با به‌دست آوردن داده‌های عمیق، مدل‌های سه‌بعدی دقیق را از مناطق تحت بررسی ساخت. پهپادهای مجهز به لیدار داده‌های بسیار دقیق‌تری را در مقایسه با پهپادهای بدون این سنسور به‌دست می‌آورند.

کاربرد پهپاد در عکاسی

تا اینجا می‌دانیم کاربرد پهپاد چیست و چگونه در صنایع مختلف استفاده می‌شود. یکی دیگر از کاربردهای مهم پهپادها استفاده از آن‌ها در عکس‌برداری هوایی است. به طور حتم، پرواز پرنده‌ها را بر فراز شهر خود دیده‌اید. شاید برایتان جالب باشد که شهر شما از چشمان پرنده چگونه دیده می‌شود. با استفاده از پهپادهای عکاس به راحتی می‌توانید شهر خود را از دریچه چشمان پرنده نگاه کنید.

کاربرد پهپاد در پیش بینی آب و هوا

پهپادهای خاصی برای ردیابی و نظارت بر آب‌وهوای غیرقابل ‌پیش‌بینی و خطرناک ساخته شده‌اند. از آنجا که پهپادها ارزان و بدون سرنشین هستند، آن‌ها را می‌توان به داخل طوفان‌ها و گربادهای سهمگین فرستاد. از این‌رو، دانشمندان و پیش‌بینی‌کننده‌های آب‌وهوا می‌توانند به دیدگاه‌های جدیدی در زمینه چگونگی تشکیل و پیشرفت طوفان و گردباد برسند. این پهپادها با سنسورهای ویژه نصب شده روی آن‌ها می‌توانند برای به‌دست آوردن پارامترهای مختلف موثر بر آب‌وهوا و جمع‌آوری داده‌ها استفاده شوند.

کاربرد پهپاد در اجرای قانون

از پهپاد می‌توان در اجرای قانون و نظارت بر جمعیت زیادی از مردم کمک گرفت. از این‌رو، حفط امنیت عمومی به خوبی تضمین خواهد شد. پلیس با استفاده از این وسیله می‌تواند بر فعالیت‌های جنایت‌کارانه و غیرقانونی نظارت خوبی داشته باشد.

کاربرد پهپاد برای نظارت بر ترافیک جاده ای

از سیستم نظارت بر ترافیک جاده‌ای برای نظارت بر کیفیت و مکان‌های ترافیک استفاده می‌شود. استفاده از پهپادها در این سیستم می‌تواند به اتوماسیون (خودکار) کامل این سیستم نظارتی کمک کند. در این حالت، تیم‌های نجات جاده‌ای، نقشه‌برداران جاده، پلیس‌ راهنمایی‌ورانندگی و تیم‌های پشتیبانی میدانی به صورت کاملا خودکار فعالیت خواهند کرد. از پهپادها به عنوان فناوری جدید برای جمع‌آوری داده‌ها در مورد شرایط ترافیکی در بزرگراه‌ها نیز استفاده می‌شود.

پهپادها برخلاف دستگاه‌های نظارتی رایج مانند سنسورهای میکروویو و ویدئوهای نظارتی، بر قسمت‌های زیادی از جاده می‌توانند نظارت داشته باشند. همچنین، این پهپادها می‌توانند به منظور داشتن نظارتی دقیق بر ترافیک یا تصادفات جاده‌ای توسط پلیس به کار برده شوند.

تا اینجا می‌دانیم پهپاد چیست و چه انواع و کاربردهایی دارد. در ادامه، قسمت‌های تشکیل دهنده پهپاد را توضیح می‌دهیم.

قسمت های مختلف تشکیل دهنده پهپاد چیست ؟

در قسمت قبل فهمیدیم انواع پهپاد چیست. در این قسمت اجزای تشکیل‌دهنده پهپاد را توضیح می‌دهیم. در دهه اخیر، کار با پهپادها و پرواز آن‌ها بسیار آسان‌تر شده است. برای آن‌که بدانیم پهپاد چگونه کار می‌کند، باید اجزای تشکیل‌دهنده آن را بشناسیم. در این قسمت، در مورد بخش‌های مختلف پهپاد توضیح می‌دهیم. پس از آشنایی با این بخش‌ها، در مورد چگونگی عملکرد پهپاد توضیح خواهیم داد.

چارچوب پهپاد چیست ؟

اولین و مهم‌ترین بخش پهپاد، «چارچوب» (Frame) یا قاب نام دارد. به طور معمول، چارچوب‌ها از پلاستیک یا فیبر کربنی و به صورت بازوهای سه‌تایی، چهارتایی، شش‌تایی و هشت‌تایی ساخته می‌شوند. انتهای هر بازو، موتور و پروانه قرار می‌گیرند. مرکز‌ کنترل‌کننده پرواز و دیگر قسمت‌های الکترونیکی در قسمت مرکزی هر بازو قرار داده می‌شوند. بیشتر وزن پهپاد باید در قسمت مرکزی آن قرار بگیرد. چرا؟ با انجام این کار، پهپادها پرواز بهتری انجام می‌دهند، زیرا مرکز ثقل در قسمت مرکزی جا گرفته است.

هرچه چارچوب سنگین‌تر باشد، ارتفاع پهپاد نسبت به سطح زمین کمتر خواهد بود. اما این‌گونه نیست که استفاده از چارچوب با جرم بسیار کم، مزیت بزرگی محسوب شود، زیرا در این حالت چارچوب تحمل اجزای مختلف نصب شده روی آن را ندارد. بنابراین، جرم بهینه‌ای برای چارچوب وجود دارد. فیبرهای کربنی به دلیل کشش و جرم کمینه، گزینه مناسب‌تری نسبت به پلاستیک به نظر می‌رسند.

تا اینجا می‌دانیم چارچوب پهپاد چیست و معمولی‌ترین آن‌ها چند بازو دارند. در ادامه، با موتور پهپاد، قسمت مهم دیگری در پهپاد آشنا می‌شویم.

موتور پهپاد چیست ؟

پس از چارچوب، موتور مهم‌ترین قسمت پهپاد است. برای هر بازو از موتور جداگانه‌ای استفاده می‌شود. انتخاب موتور مناسب به منبع تامین انرژی و کار خواسته شده از موتور بستگی دارد. اگر پهپاد مبتنی بر ملخی ساخته باشیم و بخواهیم از آن برای حمل بارهای سنگین در مدت زمان مناسب استفاده کنیم، باید از موتوری با دور آهسته و گشتاور بالاتر استفاده کنیم. اندازه‌گیری RPM یا سرعت روتور را می‌توان برحسب kV بیان کرد.

RPM در پهپادهای سریع می‌تواند تا مقدار $$1400 kV$$ باشد، در حالی‌‌که این مقدار در پهپادهای آهسته‌تر با عمر باتری بیشتر در محدوده $$300 - 900 k V$$ است.

پروانه پهپاد چیست ؟

پروانه‌ها، بال‌های پهپاد هستند و از پلاستیک یا فیبر کربنی ساخته شده‌اند. فیبر کربن انتخاب بهتر، اما گران‌تری است. به هنگام انتخاب پروانه‌ها به این نکته توجه داشته باشید که چارچوب پهپاد برای اندازه پروانه‌‌های انتخاب شده مناسب باشد. بیشتر چارچوب‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که هر پروانه‌ای با هر اندازه‌ای را نمی‌توان روی آن‌ها نصب کرد، بلکه روی هر چارچوب می‌توان پروانه‌‌ تا بیشینه اندازه مشخصی را قرار داد.

همچنین، اندازه انتخاب شده برای پروانه باید با هدف مورد نظر ما تطابق داشته باشد. اگر به دنبال ساخت پهپادی با سرعت بالا و مدت زمان پرواز کوتاه هستیم، انتخاب پروانه‌های کوچک‌تر مناسب به نظر می‌رسد. در مقابل، اگر به دنبال ساخت پهپادی برای حمل بارهای سنگین با مدت زمان پرواز طولانی هستیم، باید از پروانه‌های بزرگ‌تر استفاده کنیم. به طور معمول، پروانه‌ها به صورت جفت بسته‌بندی شده‌اند:

1. پروانه برای چرخش ساعت‌گرد
2. پروانه برای چرخش پادساعت‌گرد

پس از آن‌که فهمیدیم پروانه پهپاد چیست و اندازه آن چگونه انتخاب می‌شود، در مورد باتری‌های استفاده شده در پهپادها توضیح می‌دهیم.

باتری

همان‌طور که در قسمت «انواع پهپاد چیست» گفتیم، پهپادها براساس منبع تامین انرژی به چهار گروه تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. پهپادهای باتری‌دار
2. پهپادهای پیل سوختی هیدروژن
3. پهپادهای بنزینی
4. پهپادهای خورشیدی

یکی از رایج‌ترین منابع تامین انرژی در پهپادها باتری‌ها هستند. باتری‌ها در گستره متنوعی از وزن‌ها و ظرفیت‌های مختلف وجود دارند. این‌گونه به نظر می‌رسد که برای رسیدن به طولانی‌ترین مدت زمان پرواز باید باتری با بیشترین ظرفیت انتخاب شود. اما باید بدانید این مورد همیشه صحیح نیست. هرچه ظرفیت باتری افزایش یابد، وزن آن نیز افزایش خواهد یافت. نقطه‌ای وجود دارد که فراتر از آن‌ نقطه ظرفیت بیشتر، مزیت محسوب نمی‌شود. حتی پس از عبور از این نقطه، مزیت کاهش می‌یابد.

مرکز کنترل کننده پهپاد چیست ؟

قسمت حیاتی پهپاد برای کنترل هدایت آن، مرکز کنترل‌کننده الکترونیکی نام دارد. این مرکز، موتور پهپاد را کنترل می‌کند. مرکز کنترل‌کننده در پهپادها براساس مقدار جریانی که به طور پیوسته به سیستم موتور در پهپاد وارد می‌کنند، به گروه‌های متفاوتی تقسیم‌بندی می‌شوند. از آنجا که موتورها دائما با سرعت‌های متفاوتی می‌چرخند، به کنترل‌کننده سرعت نیاز دارند. اگر موتورها با سرعت یکسانی بچرخند، پهپادها همواره به صورت شناور در هوا باقی می‌مانند.

رابطه بین پهپاد و شخص کنترل‌کننده توسط فرستنده و گیرنده برقرار می‌شود. فرستنده، سیگنال را می‌فرستند و گیرنده آن را دریافت می‌کند. گیرنده به کنترل‌کننده پرواز متصل شده است. این قسمت، ورودی‌ها را منتقل می‌کند، سپس پاسخ‌های دریافتی را به موتورها می‌فرستد. در انتخاب فرستنده‌ها باید دقت زیادی داشته باشیم. در بیشتر موارد، انتخاب این قسمت به تعداد کانال‌های موردنیاز برای به پرواز درآوردن پهپاد موردنیاز است.

پهپاد چگونه کار می کند ؟

تا اینجا می‌دانیم انواع پهپاد چیست. پهپادها در سال‌های اخیر تکامل یافته‌اند و به ماشین‌های پرواز کاملی تبدیل شده‌اند. سوالی که ممکن است مطرح شود آن است که چرا پهپادها به شکلی که امروزه آن را مشاهده می‌کنیم، طراحی و ساخته شده‌اند. چرا بازده آن‌ها بالا است و بسیار سریع حرکت می‌کنند؟ در این قسمت، در مورد طراحی مکانیکی پهپاد، کنترل الکترونیکی آن، سنسورها، الگوریتم هوشمند و فناوری ماهواره‌ای آن صحبت می‌کنیم. برای انجام این کار، توضیح خود را از ساده‌ترین پهپاد شروع می‌کنیم و تا پیشرفته‌ترین آن ادامه می‌دهیم.

اجزای ظاهری تشکیل دهنده در پهپاد چیست ؟

ساده‌ترین طراحی پهپاد مربوط به پهپاد تک پروانه‌ای است. نیروی بالابری وارد شده از طرف پروانه نصب شده روی این پهپاد برای بلند کردن آن کافی است. پهپاد توسط این نیرو در هوا شناور می‌ماند. اما هیچ راهی برای کنترل این پهپاد وجود ندارد. این پهپاد تنها می‌تواند به صورت عمودی از زمین بلند شود و به صورت عمودی به زمین بنشیند و حرکت دیگری، جز حرکت عمودی نمی‌تواند انجام دهد. مشکل دیگری در طراحی این پهپاد ساده وجود دارد.

بدنه پهپاد در خلاف جهت حرکت پروانه، می‌چرخد. دلیل این موضوع به سومین قانون از قوانین حرکت نیوتن، قانون عمل و عکس‌العمل مربوط می‌شود. همان‌طور که در تصویر زیر دیده می‌شود، مولد موتور، گشتاور چرخشی لازم را در قسمت چرخان موتور (روتور) فراهم می‌کند. بر طبق قانون سوم نیوتن، قسمت چرخان موتور باید گشتاوری برابر و در خلاف جهت بر مولد موتور وارد کند. از آنجا که مولد موتور به بدنه پهپاد چسبیده است، گشتاور عکس‌العمل، منجر به چرخش ناخواسته بدنه پهپاد می‌شود.

سوالی که ممکن است مطرح شود آن است که چگونه می‌توان این مشکل را حل کرد. آیا نصب دو پروانه روی پهپاد این مشکل را حل می‌کند؟ به طور قطع این راه‌حل به ذهن سازندگان پهپاد رسید. شرکتی به نام $$00Robotics$$ تلاش زیادی برای ساخت پهپاد با دو پروانه کرد. هرچه تعداد پروانه‌ها نصب شده روی پهپاد کمتر باشد، انرژی کمتری توسط آن مصرف می‌شود و مدت زمان بیشتری می‌تواند در هوا بماند. به بیان دیگر، هرچه تعداد پروانه‌های نصب شده روی پهپاد کمتر باشد، مدت زمان پرواز طولانی‌تر خواهد بود.

برای آن‌که کنترل خوبی روی پهپاد در سرعت‌های بالا داشته باشیم و بتوانیم چرخش سریع و بدون مشکلی را در این سرعت‌ها انجام دهیم، دسترسی به کنترل با دقت بسیار زیاد به همراه پایداری بالا، ضروری است. امیدواریم با پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه الگوریتم‌های کنترل، پهپادهای دو پروانه‌ای در آینده‌ای نزدیک به پایداری قابل‌اطمینانی دست یابند. همان‌طور که در تصویر زیر دیده می‌شود، دو پروانه نصب شده روی پهپاد در خلاف جهت یکدیگر می‌چرخند. بنابراین، گشتاور واکنشی موتور و در نتیجه چرخش ناخواسته بدنه پهپاد از بین می‌روند.

پهپادهای سه پروانه‌ای به دو دلیل اصلی به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند:

1. گشتاور واکنشی موتور
2. حرکت تقدیمی ژیروسکوپی

به دلیل دو مشکل بالا، طراحی پهپادهای سه پروانه‌ای بسیار پیچیده می‌شود. در نسل بعدی پهپادها، از چهار پروانه استفاده شد. به این پهپادها، «کوادکوپتر» (Quancopter) می‌گوییم. کوادکوپترهای به طور معمول به شکل $$H$$ یا $$X$$ هستند.

برای آن‌که بدانیم کوادکوپتر چگونه حرکت می‌کند، باید با دینامیک نیرویی آن آشنا شویم. برای آن‌که کوادکوپتر بتواند در هوا شناور بماند باید وزن کوادکوپتر (نیروی به سمت پایین) با نیروی تولید شده توسط پروانه‌ها (نیرو به سمت بالا) برابر باشد. همان‌طور که در تصویر زیر دیده می‌شود، شکل خاص پروانه‌ها به تولید نیروی بالابری کمک می‌کند.

برای آن‌که کوادکوپتر بتواند به سمت جلو حرکت کند، سرعت پروانه‌های جلو کاهش و سرعت پروانه‌های عقب افزایش می‌یابد. در این حالت، کوادکوپتر همانند تصویر نشان داده شده در ادامه، کمی به سمت پایین خم می‌شود.

پس از خم شدن کوادکوپتر به سمت پایین، سرعت تمام پروانه‌ها را برابر می‌کنیم. در این حالت نیروهای وارد شده به کوادکوپتر، نیروهای وزن و نیروی وارد شده از سمت پروانه‌ها، در یک راستا قرار ندارند. نیروی وارد شده از سمت پروانه‌ها بر کوادکوپتر با خط افقی زاویه مشخصی می‌سازد. مقدار این زاویه به مقدار انحراف کوادکوپتر بستگی دارد. این نیرو را در راستای افقی و عمودی تجزیه می‌کنیم. مولفه عمودی این نیرو با نیروی وزن کوادکوپتر خنثی می‌شود. اما مولفه افقی آن با هیچ نیرویی خنثی نخواهد شد. این نیرو سبب حرکت کوادکوپتر به سمت جلو می‌شود.

از روش مشابهی برای حرکت گردشی کوادکوپتر استفاده می‌شود. پروانه‌های قرار گرفته در سمت راست کوادکوپتر نیروی بالابری $$T_{\right}$$

در ابتدای این بخش در مورد گشتاور واکنشی موتور و اثر آن روی بدنه پهپاد صحبت کردیم. برای آن‌که بدنه کوادکوپتر به دلیل اعمال این گشتاور حرکت چرخشی نداشته باشد، جهت چرخش پروانه‌های قرار گرفته روی یک قطر باید در خلاف جهت چرخش پروانه‌های قرار گرفته روی قطر دیگر باشد. با این روش، اثر گشتاور اعمال شده روی بدنه به طور کامل خنثی می‌شود.

برای چرخاندن کوادکوپتر تنها کاری که باید انجام دهیم آن است که نگذاریم گشتاور اعمال شده روی بدنه پهپاد به طور کامل خنثی شود. برای انجام این کار تنها کافی است سرعت چرخش پروانه‌های قرار گرفته روی یکی از قطرها را کاهش دهیم. از آنجا که گشتاورِ عکس‌العمل متناسب با سرعت چرخش پروانه‌ها است، به طور کامل خنثی نمی‌شود و گشتاور خالصی بر بدنه کوادکوپتر وارد می‌شود. بنابراین، کوادکوپتر به راحتی به دور محور عمودی می‌چرخد.

مرکز کنترل در پهپاد چیست ؟

توجه به این نکته مهم است که کوادکوپترها یکی از پایدارترین پهپادها هستند. آن‌ها به راحتی می‌توانند در سرعت‌های بالا حرکت کنند و حتی در این سرعت‌ها به راحتی چرخش سریع داشته باشند. به همین دلیل، کوادکوپترها در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. تا اینجا، با ظاهر پهپادها آشنا شدیم. اما مغز یا مرکز کنترل‌کننده این وسیله را نباید فراموش کنیم. پهپادی را در نظر بگیرید که ناگهان با باد شدیدی مواجه می‌شود. در این حالت، اپراتور باید در زمانی بسیار کوتاه بتواند سرعت هر پروانه و جهت حرکت کوادکوپتر را تنظیم کند. در غیر این صورت، پهپاد آسیب جدی می‌بیند.

کنترل این شرایط به صورت دستی و توسط اپراتور بسیار سخت خواهد بود. در این شرایط از قسمتی به نام کنترل‌کننده پرواز استفاده می‌شود. این قسمت را می‌توان مشابه خلبان باهوش کوچکی دانست که داخل پهپاد نشسته است و آن را در شرایط سخت هدایت می‌کند. این قسمت به اپراتور اجازه می‌دهد پهپاد را تنها با بالا و پایین کردن یا چرخش آن، حرکت دهد. در این حالت، کنترل پهپاد به سادگی بازی‌های کامپیوتری می‌شود. برای رسیدن به این نتیجه، کنترل‌کننده پرواز باید سیگنال‌های ورودی مختلفی را از سنسورهای متفاوت دریافت کند.

سنسورهای تشکیل دهنده پهپاد چیست ؟

به جهان سنسورهای پهپادی خوش آمدید. شاید برایتان جالب باشید که بدانید اندازه بیشتر سنسورهای استفاده شده در پهپادهای مدرن، قابل‌مقایسه با اندازه مورچه است. برای ساخت چنین سنسورهای کوچک و دقیقی از فناوری به نام «سامانه‌های میکروالکترومکانیکی» (Microelectromechanical systems | MEMS) استفاده می‌کنیم. هر سنسور ماشینی در مقیاس بسیار کوچک است که از قسمت‌های متحرک تشکیل شده است.

مهم‌ترین سنسورهای استفاده شده در پهپادها عبارت هستند از:

• شتاب‌سنج
• سنسور ژیروسکوپ
• مغناطیس‌سنج

این سه سنسور در سنسوری به نام Inertial measurement unit یا IMU در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. IMU همان سنسور پادشاه در پهپاد است. این سنسور پادشاه، شتاب و چرخش را اندازه‌گیری می‌کند. به سنسور شتاب‌سنجِ نشان داده شده در تصویر زیر دقت کنید. هنگامی که نیرویی بر پهپاد وارد می‌شود، صفحات به کار رفته روی سنسور نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند. دو صفحه مجاور یکدیگر به شکل خازن رفتار می‌کنند و ظرفیت مشخصی دارند. همان‌طور که می‌دانیم ظرفیت خازن به فاصله دو صفحه آن از یکدیگر بستگی دارد.

بنابراین، با تغییر فاصله دو صفحه نسبت به یکدیگر، ظرفیت خازن نیز تغییر خواهد کرد. تغییرات ظرفیت خازن به راحتی به سیگنال الکتریکی تبدیل و برای انجام محاسبات به مرکز کنترل‌کننده فرستاده می‌شود. برای رسیدن به شتاب در سه جهت به سه شتاب‌سنج در راستای هر محور نیاز داریم. همچنین، با کمک سنسور ژیروسکوپ می‌توانیم چرخش را در پهپادهای مختلف اندازه‌گیری کنیم. ارتفاع پهپاد نسبت به سطح زمین را نیز می‌توانیم با استفاده از سنسورهای ارتفاع‌سنج اندازه بگیریم.

پردازنده یا مرکز‌کنترل‌کننده در پهپادها با استفاده از سیگنال‌های ارسال‌ شده توسط سنسورهای مختلف می‌تواند تصمیم درستی را در شرایط بحرانی بگیرد. شاید از خود بپرسید سیگنال‌های ارسال شده توسط سنسورها تا چه اندازه دقیق هستند. به عنوان مثال، نویز می‌تواند بر دقت سنسورها تاثیر بگذارد. نویز ممکن است به دلیل نقص‌های مختلف، مانند تداخل مغناطیسی، ایجاد شود. پهپادهای مدرن برای غلبه بر این مشکل از روشی به نام «ترکیب سنسورها» (Sensor Fusion) استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، سنسور GPS به همراه IMU با یکدیگر می‌توانند ارتفاع پهپاد نشان داده شده در تصویر زیر را با دقت خوبی اندازه‌گیری کنند.

اگر به سنسور GPS و IMU، فناوری رادار را نیز اضافه کنیم، ارتفاع پهپاد نشان داده شده در تصویر بالا را می‌توانیم با دقت بسیار بالایی اندازه بگیریم. به این کار، ترکیب سنسورها گفته می‌شود. در این حالت، سنسورهای مختلف به منظور رسیدن به دقت بالاتر و اندازه‌گیری دقیق‌تر، با یکدیگر کار می‌کنند. با استفاده از این سیگنال‌های دقیق می‌توانیم تصمیم درستی برای ساختن قسمت‌ها مختلف پهپاد مانند قسمت کنترل منطقی، بگیریم. این قسمت الگوریتمی است که سبب کاهش رخ دادن اشتباهات احتمالی می‌شود. یکی از این الگوریتم‌ها، فیلتر کالمن است. الگوریتم فیلتر کالمن با خواندن اطلاعات حال و گذشته، حالت پهپاد را تشخیص می‌دهد.

تا اینجا می‌دانیم:

• پهپاد چیست.
• انواع پهپاد چیست.
• اجزای تشکیل‌دهنده پهپاد چیست.
• پهپاد چگونه کار می‌کند.

در ادامه، چگونگی ساختن پهپادی ساده در خانه را به چند روش ساده بیان می‌کنیم.

چگونه پهپاد بسازیم ؟

تا اینجا فهمیدیم پهپاد چیست و از چه قسمت‌هایی تشکیل شده است. همان‌طور که در مطالب بالا گفتیم، پهپادها هواپیماهای کوچک بدون سرنشینی هستند که به راحتی از راه دور کنترل می‌شوند. پهپادهای مختلفی وجود دارند که می‌توانند توسط ما در خانه ساخته شوند. اما کوادکوپتری ساده یکی از آسان‌ترین پهپادها برای ساخت در خانه است. برای آن‌که بتوانیم کار با پهپاد را یاد بگیریم، بهترین راه، شروع یادگیری با نمونه ساده آن است.

ساختن کوادکوپتر

برای ساختن کوادکوپتر در خانه، دو مرحله ساخت اولیه و نصب وسایل را باید طی کنیم. در مرحله اول باید وسایل موردنیاز برای ساخت پهپاد را تهیه کنیم.

مرحله اول

۱. یافتن طراحی کوادکوپتر در کتاب یا در اینترنت

کتاب‌ها و وب‌سایت‌های زیادی وجود دارند که از آن‌ها می‌توانید برای ساختن پهپاد خود استفاده کنید. در این بخش می‌خواهیم مراحل ساختن کوادکوپتر را توضیح دهیم. همان‌طور که در مطالب بالا گفتیم، کوادکوپترها به دو شکل یافت می‌شوند:

1. شکل $$X$$
2. شکل $$H$$

بیشتر پهپادهای دستی ساخته شده در خانه به شکل $$X$$ هستند. در این حالت به راحتی می‌توان برای ساخت آن‌ها از ۴ روتور استفاده کرد. ساخت این طرح بسیار آسان است. حتی از این طرح در ساخت پهپادهای پیشرفته نیز می‌توان استفاده کرد.

• ساختن پهپاد از روی طرحی مشخص به شما کمک می‌کند بدانید هر قسمت از پهپاد را در کجا قرار دهید.
• پس از ساختن کوادکوپتر می‌توانید از طرح‌های بزرگ‌تر برای ساخت پهپادهای پیشرفته‌تر استفاده کنید. تعداد موتورها در پهپادهای پیشرفته‌تر بیشتر است، بنابراین از آن‌ها می‌توان برای حمل تجهیزاتی مانند دوربین‌ها استفاده کرد.
• طرح‌های زیادی از پهپادها را می‌توان به صورت آنلاین از اینترنت پیدا کرد. برای انجام این کار تنها کافی است عبارت «DIY drone design» را در گوگل جستجو کنید.

۲. ساختن چارچوب

پس از آن‌که طرح پهپاد کوادکوپتر را در اینترنت پیدا کردیم، چارچوب آن را می‌سازیم. به طور معمول، جنس چارچوب، فلزی، پلاستیکی یا چوبی است. برای ساخت چارچوب، ابتدا جنس آن را انتخاب کنید. پلاستیک، چوب یا فلزی نازک (نازک‌تر از ۰/۶۴ سانتی‌متر) بهترین انتخاب‌ برای ساخت چارچوب هستند. برای ساخت چارچوب کوادکوپتر تنها کافی است دو قطعه چوبی، پلاستیکی یا فلزی ۳۰ سانتی‌متری را به گونه‌ای روی هم قرار دهیم که شکل $$X$$ ساخته شود. به این نکته توجه داشته باشید که زاویه بین دو قطعه باید ۹۰ درجه باشد.

به بیان دیگر، قطعه‌های چوبی، پلاستیکی یا فلزی باید به گونه‌ای روی یکدیگر قرار بگیرند که گویا دو قطر مربعی ایده‌ال با زاویه ۹۰ درجه نسبت به یکدیگر هستند. بهتر است ضخامت ماده انتخاب شده برای چارچوب در حدود ۲/۵ سانتی‌متر باشد. در این صورت، با اطمینان بیشتری می‌توانیم موتورها را روی هر بازو قرار دهیم.

• مدل پلاستیکی، فلز نازک یا چوب را می‌توانید از فرو‌‌شگاه‌های لوازم سرگرمی، مانند اسباب‌بازی فروشی‌ها، تهیه کنید. همچنین، این مواد را می‌توانید در خرده‌فروشی‌های پهپاد یا در وب‌سایت‌هایی مانند آمازون یا دی‌جی‌کالا تهیه کنید.
• دو قطعه چوبی، پلاستیکی یا فلزی را با استفاده از چسب یا نوار چسب، روی یکدیگر قرار دهید و محکم کنید.
• قبل از رفتن به مرحله بعد اطمینان کسب کنید که دو قطعه به طور کامل به یکدیگر چسبیده‌اند و چسب استفاده شده به طور کامل خشک شده است.

قبل از آن‌که مراحل دیگر را توضیح بدهیم، خالی از لطف نیست که کمی در مورد انواع چارچوب‌ها و مزایا و معایب آن‌ها صحبت کنیم.

انواع چهارچوب در ساخت پهپاد چیست ؟

چهار نوع چارچوب داریم:

• چارچوب کوادکوپتر: این چارچوب یکی از رایج‌ترین چارچوب‌ها است که در ساخت پهپادها از آن استفاده می‌شود. این چارچوب، چهار بازو و هر بازو موتور خود را دارد. اگر در حال یادگیری ساخت پهپاد هستید، این چارچوب مناسب‌ترین انتخاب است. مزایا و معایب این چارچوب عبارت هستند از:
  • مزایا
    •  طراحی بسیار ساده‌ای دارد و برای کسی که نخستین بار است پهپاد می‌سازد، مناسب‌ترین گزینه به نظر می‌رسد.
  • معایب
    • هنگامی که یکی از ملخ‌ها یا موتورها از کار می‌افتد، بقیه ملخ‌ها و موتورها نمی‌توانند آن را جبران کنند. بنابراین، پهپاد سقوط می‌کند.

• چارچوب «ترایکوپتر» (Tricopter): گرچه این چارچوب همانند چارچوب کوادکوپتر رایج نیست، اما پس از کوادکوپتر، یکی از رایج‌ترین چارچوب‌هایی است که برای ساخت پهپاد استفاده می‌شود. همان‌طور که از نام این چارچوب مشخص است، از سه بازو و سه موتور روی هر بازو تشکیل شده است.
  • مزایا
    • ارزان‌تر
    • همانند هواپیما پرواز می‌کند.
    • تنها به چند موتور بدون جاروب نیاز دارد.
  • معایب
    • فرایند ساختن پهپاد با این چارچوب کمی پیچیده است.

• چارچوب «هگزاکوپتر» (Hexacopter): چارچوب هگزاکوپتر از ۶ بازو تشکیل شده است. همچنین، موتوری جداگانه روی هر بازو نصب می‌شود. در حالت کلی، این چارچوب برای عکس‌برداری هوایی مناسب است.
  • مزایا
    • برای حمل بارهای سنگین‌تر ایده‌ال است.
    • تقریبا تمام کنترل‌کننده‌های پرواز این چارچوب را پشتیبانی می‌کنند.
    • اگر یکی از موتورها از کار بیافتد، پهپاد باز هم می‌تواند بدون آسیب به زمین بنشیند.
  • معایب
    • این چارچوب نیاز به باتری بزرگ‌تری دارد.
    • گران‌تر است.

• چارچوب «اکتاکوپتر» (Octacopter): چارچوب اکتاکوپتر از ۸ بازو تشکیل شده است. همچنین، موتوری جداگانه روی هر بازو نصب می‌شود. پهپاد ساخته شده با این چارچوب، پایداری و مدت زمان پرواز طولانی‌تری دارد. بنابراین، از آن می‌توان برای ساخت پهپادهای نظارتی استفاده کرد. اگر در ابتدای راه ساخت پهپاد هستید، انتخاب این چارچوب، گزینه مناسبی به نظر نمی‌رسد.
  • مزایا
    • می‌تواند بارهای سنگین‌تری را در مقایسه با هگزاکوپتر حمل کند.
    • اگر یکی از موتورها از کار بیافتد، پهپاد باز هم می‌تواند بدون آسیب به زمین بنشیند.
  • معایب
    • به موتورهای بیشتر و باتری‌های بزرگ‌تری نیاز دارد.
    • هزینه ساخت پهپاد با استفاده از این چارچوب، گران‌تر از چارچوب‌های دیگر است.

۳. خرید موتورها، پروانه‌ها و دیگر لوازم الکترونیکی موردنیاز

برخی از قسمت‌های پهپاد را نمی‌توانید از ابتدا بسازید. بنابراین، باید آن‌ها را از فروشگاه‌های فروش پهپاد یا فروشگاه‌های مرتبط دیگر بخرید.

• برای ساخت پهپاد باید کنترل‌کننده سرعت، تابلوی توزیع برق و کنترل‌‌کننده پرواز را همراه با موتورها و پروانه‌ها بخرید. توجه به این نکته مهم است که بیشتر کنترل‌کننده‌های پرواز، تابلوی توزیع برق دارند.
• اگر در یافتن هر یک از اجزای گفته شده به مشکل برخوردید، خرید به صورت آنلاین از وب‌سایت‌های معتبری مانند آمازون، زومیت یا دیجی‌کالا می‌تواند کمک‌کننده باشد.
• موتورهای پهپاد باید به گونه‌ای درجه‌بندی شوند که بتوانند نیروی رانشی تولید کنند که تقریبا دو برابر وزن پهپاد باشد. به عنوان مثال، اگر جرم کوادکوپتر برابر ۸۰۰ گرم است، هر موتور باید بتواند ۴۰۰ گرم تولید کند. در نتیجه، مجموع نیروی رانش تولید شده برابر ۱۶۰۰ گرم خواهد بود.
• مطمئن شوید که نرخ جریان کنترل‌کننده سرعت بالاتر از موتور است.

۴. سوراخ کردن چارچوب با استفاده از دریل

برای قرار دادن موتورها روی هر بازوی چارچوب، سوراخی در هر یک از آن‌ها ایجاد کنید. به طور معمول، برای قرار دادن موتورها روی هر بازو از ۲ تا ۴ پیچ استفاده می‌شود. برای تعیین دقیق محل سوراخ‌ها روی هر بازو، هر موتور را در انتهای بازوها قرار دهید و مکان آن را با استفاده از ماژیک رنگی علامت بزنید. سپس، موتورها را بردارید و با استفاده از دریل مکان‌های علامت زده شده را سوراخ کنید.

• اگر از چارچوب چوبی یا پلاستیکی برای ساخت پهپاد استفاده می‌کنید، سوراخ‌ها را به گونه‌ای ایجاد کنید که قطر آن‌ها کمتر از قطر پیچ‌ها باشد.
• اگر از چارچوب فلزی برای ساخت پهپاد استفاده می‌کنید، سوراخ‌ها را به گونه‌ای ایجاد کنید که قطر آن‌ها برابر قطر پیچ‌ها باشد. در این صورت، برای محکم کردن پیچ‌ها در مکان موردنظر باید از مهره‌های مخصوص در زیر آن‌ها استفاده کنید.

۵. بریدن حلقه‌‌های کوچک برای فرود پهپاد 

لوله‌ PVC به طول ۱۰ سانتی‌متر بردارید و آن را به صورت نشان داده شده در تصویر زیر روی میز یا هر سطح مسطح دیگری قرار دهید. برای فرود پهپاد به چهار حلقه کوچک به طول ۱/۳ سانتی‌متر نیاز داریم. برای انجام این کار از یک سمت لوله شروع می‌کنیم و ابتدای خط‌کش یا متر را روی آن قرار می‌دهیم. سپس فاصله ۱/۳ سانتی‌متری از لبه لوله استوانه‌ای را علامت می‌زنیم. از آنجا که به چهار حلقه نیاز داریم، چهار حلقه ۱/۳ سانتی‌متری را روی لوله علامت می‌زنیم و با استفاده از چاقویی بسیار تیز، حلقه‌ها را می‌بریم.

• این چهار حلقه به عنوان چرخ‌های فرودِ پهپاد عمل می‌کنند.
• تا هنگامی‌که حلقه‌ها به اندازه کافی محکم و ضخیم هستند، نیازی به برش‌های کامل و بدون نقص نیست. اما هرچه برش‌ها تمیزتر و بدون نقص باشند، شکل ظاهری پهپاد بهتر خواهد بود.

۶. چسباندن حلقه‌ها کوچک به بازوهای چارچوب

چهار حلقه برای چهار بازو داریم. هر یک از حلقه‌ها را به صورت نشان داده شده در تصویر، زیر بازوها می‌چسبانیم. برای چسباندن هر حلقه به بازو از چسب نواری استفاده می‌کنیم. پس از چسباندن حلقه‌ها به چارچوب، آن را روی میز قرار دهید و از محکم بودن هر حلقه در مکان خود اطمینان کسب کنید.

• به جای چسب نواری می‌توانید از چسب مایع نیز برای چسباندن هر حلقه استفاده کنید. اما قبل از حرکت دادن پهپاد، مطمئن شوید که چسب مایع به طور کامل خشک شده است.
• حلقه‌ها را به گونه‌ای به بازوها بچسبانید که نزدیک به مرکز قرار داشته باشند. در این صورت، حلقه‌ها تداخلی با مکان موتورها یا وسایل دیگر ندارند.

تا اینجا در مورد مراحل اولیه ساخت پهپاد صحبت کردیم. این مراحل به طور خلاصه عبارت هستند از:

• یافتن طرح پهپاد
• ساخت چارچوب
• خرید لوازم الکتریکی لازم
• برش حلقه‌های لازم برای فرود پهپاد
• نصب حلقه‌ها به هر بازو

در ادامه، برای تکمیل پهپاد وارد مرحله دوم می‌شویم. در این مرحله، وسایل الکتریکی مختلف را به صورت صحیح و با دقت بالایی روی چارچوب نصب می‌کنیم. سپس پروانه‌ها را روی پایه‌های فلزی قرار گرفته روی موتورها قرار می‌دهیم و آن‌ها را تا جایی که امکان دارد محکم می‌کنیم.

مرحله دوم

در نخستین گام از این مرحله، موتورها را روی چارچوب‌ها نصب می‌کنیم.

۱. نصب موتورها روی چارچوب

در مطالب بالا گفتیم برای نصب موتورها روی هر بازو باید سوراخی را در انتهای هر بازو ایجاد کنیم. در این مرحله، موتورها را روی هر سوراخِ ایجاد شده قرار می‌دهیم و با استفاده از پیچ و مهره، آن‌ها را در مکان خود محکم می‌کنیم.

• تا اینجا، روی هر بازوی پهپاد یک موتور و یک حلقه برای فرود نصب شده است. به این نکته توجه داشته باشید که موتورها و حلقه‌های فرود روی هر بازو باید به گونه‌ای نصب شوند که مرکز هر بازو خالی باشد.
• پایداری پهپاد به هنگام پرواز بسیار مهم است. به همین دلیل، موتورها باید بسیار محکم روی هر بازو نصب شده باشند و هیچ حرکتی، حتی حرکتی بسیار کوچک، نداشته باشند. هر حرکت یا لرزش کوچکی در موتور منجر به ارتعاش پهپاد به هنگام پرواز و عدم پایداری آن می‌شود.

۲. نصب کنترل‌کننده سرعت

پس از نصب موتورها روی هر بازو، نوبت به نصب کنترل‌کننده‌های سرعت می‌رسد. به این نکته توجه داشته باشد که حفظ تعادلِ هر بازوی پهپاد بسیار مهم است. موتور و پروانه در قسمت بالای بازو نصب شده‌اند. از آنجا که نمی‌خواهیم بالای بازو خیلی سنگین شود، کنترل‌کننده‌های سرعت را به صورت نشان داده شده در تصویر، زیر بازو نصب می‌کنیم. در این حالت، با خیال راحت‌تر و بدون نگرانی از سنگین شدن قسمت بالایی هر بازو، می‌توانیم بقیه قسمت‌های الکتریکی را روی بازوها نصب کنیم.

• اگر برای نخستین بار است که پهپاد می‌سازید، از چسب مایع برای نصب کنترل‌کننده سرعت یا سایر قسمت‌های الکتریکی استفاده نکنید. زیرا پس از به پرواز درآوردن پهپاد ممکن است به این نتیجه برسید که بعضی از اجزای الکتریکی باید جابجا شوند تا پهپاد بتواند پرواز بهتری داشته باشد.
• کنترل‌کننده‌های سرعت، سرعت چرخش موتورهای پهپاد را تنظیم می‌کنند. در این صورت، تمام چهار موتور با سرعت تقریبا یکسانی می‌چرخند و پهپاد به هنگام پرواز در حالت افقی و تعادل قرار دارد.

۳. قرار دادن باتری‌ها روی چارچوب

برای قرار دادن باتری‌ها روی چارچوب به اندازه و شکل آن‌ها توجه کنید. یافتن مکان مناسب برای باتری‌ها به شکل و اندازه آن‌ها بستگی دارد. اگر باتری مسطح باشد، آن را می‌توان در مرکز پهپاد و دیگر اجزا را روی آن قرار داد. اگر باتری مسطح نباشد، شاید بهتر باشد آن را به همراه کنترل‌کننده‌های سرعت، زیر پهپاد نصب کنیم.

• در بیشتر کاربردها، قرار دادن باتری در مرکز و بالای چارچوب، مناسب‌ترین مکان در نظر گرفته می‌شود.
• برای نصب باتری‌ها از چسب مایع یا چسب نواری استفاده نکنید. زیرا گاهی جابجایی آن برای حفظ تعادل پهپاد و توزیع جرم یکسان روی قاب، ضروری است.

۴. نصب تابلو توزیع برق

اگر باتری را در مرکز و زیر چارچوب پهپاد نصب کرده باشیم، تابلو توزیع برق را بالای آن و در مرکز چارچوب نصب، سپس خطوط کنترل‌کننده سرعت و باتری را به تابلوی برق متصل می‌کنیم.

• تابلو توزیع برق با توزیع مقدار مناسب توان بین اجزای الکتریکی مختلف کمک می‌کند تا پهپاد به خوبی کار کند.

۵. اتصال کنترل‌کننده پرواز به چارچوب پهپاد 

کنترل‌کننده پرواز، اطلاعات را از کنترل از راه دور دریافت می‌کند و پس از تقویت، به تابلو توزیع برق می‌فرستد. کنترل‌کننده پرواز را روی تابلو توزیع برق قرار می‌دهیم و به روش نشان داده شده در تصویر زیر، محکم می‌کنیم.

• برای اتصال صحیح کنترل‌کننده پرواز و تابلو توزیع برق به یکدیگر باید به دفترچه راهنمای نصب آن‌ها مراجعه کنیم. اما در بیشتر کاربردها، اتصال توسط سیمی مشخص و به طور مستقیم انجام می‌شود.

اتصال کنترل ها به یکدیگر

تا اینجا می‌دانیم وسایل لازم برای ساخت پهپاد چیست. در مرحله اول ساخت این وسیله، چارچوب و وسایل الکتریکی مختلف را به صورت آنلاین یا از فروشگاه‌های فروش پهپاد تهیه و در مرحله دوم، اجزای مختلف الکتریکی را در جایگاه مناسب نصب کردیم. برای به پرواز درآوردن پهپاد باید سیستم کنترل از راه دوری بخریم که با کنترل‌کننده پرواز نصب شده روی پهپاد ما کار کند. برای خرید کنترل از راه دور مناسب باید از افراد متبحر در این زمینه کمک بگیریم.

• سیستم کنترل از راه دور همراه با کنترل از راه دور است که از آن برای هدایت پهپاد استفاده می‌شود.
• به هنگام خرید سیستم کنترل از راه دور به این نکته توجه داشته باشید که آیا سیستم توسط باتری‌‌های خارجی شارژ می‌شود یا باتری داخلی دارد و همانند تلفن همراه، با زدن به برق شارژ می‌شود. برای اتصال سیستم کنترل از راه دور به کنترل‌کننده پرواز باید آن را شارژ کنیم.

در گام بعدی، موتورها را به کنترل‌کننده‌های سرعت متصل کنید. در این مرحله، سیم‌ها از موتورها به کنترل‌کننده‌های سرعت مربوطه در زیر چارچوب پهپاد متصل می‌شوند. در نتیجه، به محض روشن شدن پهپاد، برق می‌تواند به موتورها منتقل شود. این اتصالات ممکن است از مارکی به مارک دیگر تغییر کنند، اما آن‌ها به طور معمول اتصال ساده مثبت/منفی هستند که تنها باید به یکدیگر فشرده شوند.

• اگر کنترل‌کننده سرعت اتصال‌کننده ساده‌ای نداشته باشند، باید به دفترچه راهنمای آن برای یافتن بهترین راه برای اتصال، مراجعه کنیم.
• شاید لازم باشد سیم را به طور مستقیم به پورت خود موتور لحیم کنیم. برای انجام این کار بهتر است دفترچه راهنمای موتور را نیز مطالعه و با اطمینان خاطر بیشتری، سیم را به پورت لحیم کنیم.

در ادامه، باتری پهپاد را با استفاده از منبع تغذیه مناسب شارژ می‌کنیم. باتری به منبع تغذیه و منبع تغذیه را به پریز وصل و تا رسیدن به بیشینه شارژ، باید صبر کنیم. به طور معمول، شارژ شدن باتری در حدود ۴ ساعت طول می‌کشد، اما این مقدار می‌تواند بنا به کاربرد موردنظر، کمتر یا بیشتر باشد. در آخرین گام باشد سیستم کنترل از راه دور را به کنترل‌کننده پرواز متصل کنیم. برای انجام این کار باید دفترچه راهنمای سیستم کنترل از راه دور مطالعه شود.

اکنون همه چیز برای به پرواز درآوردن پهپاد آماده است. لذت ببرید!

تا اینجا می‌دانیم:

• پهپاد چیست.
• مهم‌ترین قسمت‌ها تشکیل‌دهنده پهپاد چیست.
• پهپاد چگونه کار می‌کند.

در ادامه، به چند پرسش رایج در مورد پهپادها پاسخ می‌دهیم.

پرسش های رایج در مورد پهپاد چیست ؟

در مطالب بالا گفتیم مهم‌ترین کاربردهای پهپاد چیست. در ادامه، به چند پرسش جالب در پهپادها پاسخ می‌دهیم.

پهپاد به طور قانونی تا چه ارتفاعی می‌تواند پرواز کند؟ 

ارتفاع مناسب برای پرواز بیشتر پهپادهای شخصی در حدود ۱۲۰ متر است. در این صورت، احتمال برخورد پهپادها با هواپیماهای دیگر مانند هواپیماهای شخصی یا هلیکوپتر‌ها کاهش می‌یابد.

چرا پهپادهایی با چهار، شش یا حتی هشت موتور وجود دارند؟

پهپاد برای آن‌که بتواند بدون نیاز به سیستم‌های مکانیکی اضافی پرواز کند باید حداقل چهار موتور داشته باشد. دو تا از موتورها، ساعتگرد و دو موتور دیگر پادساعتگرد می‌چرخند. این کار باعث خنثی شدن اثر ممان گشتاور و حذف روتور اضافی می‌شود. عیب پهپادهای چهار موتوری، نبود پشتیبان به هنگام نقص فنی موتورها است. به عنوان مثال، کوادکوپتر چهار موتوری است. اگر یکی از چهار موتور آن کار نکند، کوادکوپتر سقوط خواهد کرد.

برای آن‌که خرابی یکی از موتورها جبران شود، بیشتر از چهار موتور در پهپادها استفاده می‌شوند. بنابراین، در بیشتر پهپادها از ۶ یا ۸ موتور استفاده می‌شود. در پهپادهای شش موتوری یا هگزاکوپتر، پس از خرابی یکی از موتورها، موتورهای پشتیبان به کار می‌افتند و به فرود اضطراری آن کمک می‌کنند.

بیشینه مقدار بار حمل شده توسط پهپاد چه مقدار است؟

قوی‌ترین پهپاد ساخته شده تاکنون می‌تواند باری تا جرمی ۲۴۰۰ کیلوگرم را حمل کند. توجه به این نکته مهم است که اگر بخواهیم مدت زمان پرواز طولانی باشد باید جرم مقدار ابر حمل شده توسط پهپاد را کاهش دهیم.

معروف‌ ترین پهپادهای نظامی پیشرفته

پس از پاسخ به سوالات، حالا که فهمیدیم پهپاد چیست و چگونه ساخته می‌شود، در این بخش، مهم‌ترین پهپادهای نظامی ساخته شده در جهان را معرفی می‌کنیم. در مطالب بالا گفتیم پهپادها ابتدا به دلیل پیشبرد اهداف نظامی ساخته شدند. در این قسمت تعدادی از پیشرفته‌ترین پهپادهای نظامی را معرفی می‌کنیم.

پهپاد Bayraktar TB2

این پهپاد چند هدفه در ترکیه ساخته شده است و می‌تواند برای اهداف نظارتی و جاسوسی استفاده شود.

• طول این پهپاد برابر ۶/۵ متر و طول بال‌های آن برابر ۱۲ متر است.
• حداکثر باری که این پهپاد می‌تواند حمل کند برابر ۱۵۰ کیلوگرم است.
• این پهپاد تنها یک موتور به قدرت ۱۰۰ اسب بخار دارد.
• سرعت این پهپاد می‌تواند به ۲۲۰ کیلومتر بر ساعت برسد.
• این پهپاد می‌تواند در ارتفاع ۸۰۰۰ متری از سطح زمین پرواز کند.

پهپاد MQ-25 Stingray

این پهپاد در آمریکا ساخته شده است. از این پهپاد می‌توان برای رساندن سوخت به هواپیماهایی مانند F35 یا برای هدف‌های نظارتی استفاده کرد.

• طول این پهپاد برابر ۵/۵ متر و طول بال‌های آن برابر ۲۳ متر است.
• موتور جت تعبیه شده در این پهپاد به آن اجازه می‌دهد تا به بیشینه سرعت ۶۲۰ کیلومتر در ساعت برسد.
• این پهپاد می‌تواند تا ۷/۲ تن سوخت را با خود حمل کند.

پهپاد RQ-4 Global Hawk

این پهپاد ساخت کشور آمریکا است و می‌تواند مدت زمان طولانی در ارتفاع زیادی نسبت به سطح زمین پرواز و تصاویری با وضوح بالا از سطح زمین تهیه کند.

• طول این پهپاد برابر ۱۴/۵ متر و طول بال‌های آن برابر ۴۰ متر است.
• حداکثر باری که این پهپاد می‌تواند حمل کند برابر ۱/۳ کیلوگرم است.
• موتور جت تعبیه شده در این پهپاد به آن اجازه می‌دهد تا به بیشینه سرعت ۶۳۰ کیلومتر در ساعت برسد.
• این پهپاد می‌تواند در ارتفاع ۱۸۰۰۰ متری از سطح زمین پرواز کند.

جمع‌بندی

در این مطلب، به پرسش‌های زیر به زبان ساده پاسخ دادیم:

• پهپاد چیست؟
• اجزای تشکیل‌دهنده پهپاد چیست؟
• پهپاد چگونه کار می‌کند؟
• مهم‌ترین کاربردهای پهپاد چیست؟
• چگونه پهپادی ساده در خانه بسازیم؟

در پایان، در مورد مهم‌ترن کاربردهای پهپاد در صنایع مختلفی مانند کشاورزی و نظامی صحبت کردیم. پهپاد می‌تواند در زندگی روزمره نیز نقش مهمی داشته باشد. به عنوان مثال، شرکت‌ها بزرگی امروزه به دنبال استفاده از پهپادها برای فرستادن کالاهای خریداری شده به دست مشتریان هستند. پهپادها همچنین می‌توانند نقش مهمی در نجات انسان‌ها به هنگام حوادث طبیعی مانند زلزله یا سقوط بهمن ایفا کنند.