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.

فیلم آموزش مبانی کوادکوپترها در فرادرس

کلیک کنید

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 ؟

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.

پهپادهای با بال ثابت

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

• 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

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)

پهپادهای سبک‌وزن

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

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

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

• 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

فیلم آموزش مبانی کوادکوپترها در فرادرس

کلیک کنید

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 ؟

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 ؟

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.

فیلم آموزش طراحی و مونتاژ کوادکوپتر در CATIA در فرادرس

کلیک کنید

اجزای ظاهری تشکیل دهنده در پهپاد چیست ؟

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.

از روش مشابهی برای حرکت گردشی کوادکوپتر استفاده می‌شود. پروانه‌های قرار گرفته در سمت راست کوادکوپتر نیروی بالابری