እጅግ በጣም ፈጣን የሆኑ የFPV ድሮኖች ሙከራ በንፋስ ቱናል ውስጥ

በሰዓት ከሶስት መቶ እስከ አራት መቶ ኪሎ ሜትር (300–400 km/h) የሚለው የፍጥነት ክልል፣ አየር-ነክ (aerodynamic) የሆኑ አስገራሚ ነገሮች ከመከሰታቸው በፊት ሰፊ ክፍተት ያለው ይመስላል — ከድምፅ ፍጥነት በጣም ያነሰ እና ማንኛውም የመማሪያ መጽሐፍ «ዝቅተኛ ፍጥነት ያለው የማይጨመቅ ፍሰት» ብሎ በሚጠራው ክልል ውስጥ በግልጽ ይገኛል። ለድሮኑ አካል በአጠቃላይ ይህ እውነት ነው። ነገር ግን ከፊቱ ለሚሽከረከረው ፕሮፔለር ይህ እውነት አይደለም።

እጅግ በጣም ፈጣን የሆኑ የFPV ድሮኖች ሙከራ አስፈላጊ የሆነበት ምክንያት፣ በፍጥነት በማደግ ላይ ያለው አነስተኛ ሮተር ያላቸው ድሮኖች ዘርፍ — የውድድር ድሮኖች እና ከጊዜ ወደ ጊዜ ሌሎች አውሮፕላኖችን ለመያዝ የተሰሩ ጠላፊ ድሮኖች — እስካሁን ድረስ የሌሎች አነስተኛ ድሮኖች ዲዛይን ከተመሰረተባቸው ግምቶች ውጭ በፀጥታ ስለወጡ ነው።

1. የብሌድ ጫፍ — «ከድምፅ በታች» የሚለው ቃል ቀላል መሆኑ የሚያበቃበት

የድሮኑ የፊት ለፊት ፍጥነት እና የፕሮፔለር ብሌድ ጫፍ ፍጥነት ሁለት የተለያዩ ቁጥሮች ናቸው፤ ሁለተኛው ሁልጊዜም ትልቅ ነው፣ ብዙ ጊዜም በከፍተኛ ልዩነት። የውድድር FPV ፕሮፔለሮች አብዛኛውን ጊዜ በ25,000–50,000+ RPM ይሽከረከራሉ፣ እና በጣም ፈጣን የሆኑት ስብስቦች በሙሉ ኃይል ከ60,000 RPM በላይ ይደርሳሉ።

በተለመደው ባለ 5-ኢንች የውድድር ፕሮፔለር (ዲያሜትር 127 mm፣ የብሌድ ራዲየስ 63.5 mm) በ50,000 RPM ላይ እናስላ፡ ከማሽከርከር ብቻ የሚመጣው የብሌድ ጫፍ ፍጥነት ወደ 330 m/s ይጠጋል — ይህ በባህር ወለል ላይ ካለው የድምፅ ፍጥነት በጥቂት በመቶዎች ብቻ ይርቃል። የድሮኑን የራሱን ፍጥነት 300–400 km/h (83–111 m/s) ይጨምሩ፣ ይህ በማንኛውም አግድም በረራ ላይ እንዳለ ሮተር በቀጥታ ወደ ፊት ከሚገፋው የዲስክ ክፍል ጋር ይደመራል — እና ወደ ፊት የሚገፋው የብሌድ ጫፍ በትክክል የሚያየው የአካባቢ ፍሰት በከፋ ሁኔታ ማክ 1 (Mach 1) ሊበልጥ ይችላል፣ በጥሩ ሁኔታም ቢሆን በጥልቀት ወደ ትራንስሶኒክ ክልል ውስጥ ይገባል።

ይህ አስፈላጊ ነው ምክንያቱም የአካባቢው የማክ ቁጥር በትራንስሶኒክ ክልል ውስጥ ሲያድግ የፕሮፔለር ብቃት ቀስ በቀስ አይቀንስም — ይልቁንም በማንኛውም የፕሮፔለር ወይም የሮተር ዲዛይን በሚታወቅ የአየር-ነክ ተጽእኖ ምክንያት በድንገት ይወድቃል፡ በብሌዱ ላይ የሾክ ሞገዶች መፈጠር፣ የድራግ ድንገተኛ መጨመር እና የድምፅ መጠን በከፍተኛ ሁኔታ ማደግ፣ ሁሉም በጣም ለስላሳ የፍሰት ሁኔታ ተብለው በተነደፉት የመጨረሻዎቹ የብሌድ ሴንቲሜትሮች ላይ ያተኩራሉ።

2. ድራግ ከእንግዲህ በትርፍ ጊዜ ማሳለፊያ ፍጥነቶች ልክ አይሰላም

የአየር-ነክ ድራግን ለማሸነፍ የሚያስፈልገው ኃይል ከፍጥነቱ ኪዩብ ጋር ያድጋል። ከተረጋጋ 100 km/h ወደ 400 km/h መሸጋገር — የፍጥነት 4 እጥፍ እድገት ነው፣ እና የኃይል ማመንጫው ከሚያደርገው ሌላ ከማንኛውም ነገር በፊት ድራግን ብቻ ለማሸነፍ የሚያስፈልገው የኃይል ፍጆታ በ64 እጥፍ ያድጋል። በካሜራ ወይም በማድረሻ ድሮኖች ፍጥነት ላይ ሲሰሩ የነበሩት ሁሉም የዲዛይን ግምቶች — የሞተር መጠን፣ የባትሪ C-rating፣ የሙቀት አቅም፣ ለ«መደበኛ» የበረራ ፍጥነት የተሰሉ የስትራክቸር ጫናዎች — በዚህ ኩርባ ላይ ሙሉ ለሙሉ ለተለየ ነጥብ የተሰሩ ነበሩ።

አብዛኛው የFPV ልማት አሁንም ያተኮረባቸው የካሜራ እና የጭነት መድረኮች በ0–100 km/h ይበርራሉ። በዚህ የኩርባው ጫፍ ላይ፣ የአየር-ነክ ድራግ ከክብደት እና ከማንዣበብ ብቃት ቀጥሎ ሁለተኛ ደረጃ አሳሳቢ ጉዳይ ነው። በ300–400 km/h ላይ ግን ዋናው ጉዳይ ይሆናል።

3. ጫናዎች ከፍጥነቱ ስኩዌር ጋር ያድጋሉ፣ ለዚህ ባልተነደፈ መዋቅር ላይ

ዳይናሚክ ፕሬዠር — በፍሬም፣ በክንዶች እና በሽፋን ላይ ያለውን የአየር-ነክ ጫና የሚወስነው መጠን — ከፍጥነቱ ስኩዌር ጋር ያድጋል። ለጫና አቅም ሳይሆን ለዝቅተኛ ክብደት ሲባል ከ3D-ታተመ ፕላስቲክ እና ከካርቦን የተሰራ የውድድር ድሮን አካል፣ በ400 km/h ላይ በ100 km/h ከሚኖረው በግምት 16 እጥፍ የሚበልጥ የአየር-ነክ ጫና ያጋጥመዋል። ይህ ጫና የሚያርፈው ፍሬሙ በሚፈቅደው መጠን ቀላል እንዲሆኑ በተመቻቹት ክንዶች፣ የሞተር መጫኛዎች እና ሽፋኖች ላይ እንጂ፣ መድረኩ በዲዛይን ወቅት ከተሞከረበት ፍጥነት በአራት እጥፍ ከፍ ያለ የጫና ሁኔታን ለመቋቋም አይደለም።

ይህንን የፍጥነት ክልል አስቀድመው እየተቆጣጠሩ ያሉት አካላት ለዚህ ምላሽ የሚሰጡት፣ የኃይል ማመንጫውን ብቻ ሳይሆን መላውን የድሮን አካል እንደ አየር-ነክ ፈተና በመቁጠር ነው። አሁን ያለው የኳድኮፕተር የፍጥነት የጊነስ የዓለም ሪከርድ — 657.59 km/h፣ በልዩ ሁኔታ በተሰራ ባለ 6-ኢንች ፕሮፔለሮች፣ በ900 kV ሞተሮች እና በአንድ ሙሉ ቁራጭ በ3D-በታተመ አካል ላይ የተመዘገበው — የተነደፈው ለፈጣን እይታ ብቻ ሳይሆን ድራግን ለመቀነስ ሲባል በአየር-ነክ ሞዴሊንግ በተመቻቸ ውጫዊ ቅርጽ ነው።

4. ይህ ዘርፍ እንደ ሪከርድ ሙከራ ብቻ ሳይሆን በንግድ ደረጃ ለምን ይገኛል

በጣም ግልፅ የሆነው እውነተኛ አነሳሽ የመከላከያ ዘርፍ ነው፡ የስለላ ድሮኖችን ለመያዝ እና ለማጥፋት የተሰሩ የዩክሬን FPV ጠላፊ ድሮኖች ወደ 325 km/h የሚጠጋ ፍጥነት እንዳላቸው በይፋ ሪፖርት አድርገዋል። አመክንዮው ቀጥተኛ ነው፡ በግምት በ110 km/h የሚጓዝ እና ከፍተኛ ፍጥነቱ 150 km/h አካባቢ የሆነ የተለመደ የስለላ መድረክ፣ የጠላፊው ድሮን ባትሪ ከማለቁ በፊት መያዝ አለበት፣ እና እያንዳንዱ ተጨማሪ የጠላፊው km/h ፍጥነት ይህንን ማሳደድ በቀጥታ ያሳጥረዋል። ይህ የተወሰኑ ሰዎች የትርፍ ጊዜ ማሳለፊያ አይደለም — ከጀርባው ጥብቅ የአፈጻጸም ፍላጎት ያለው ንቁ እና በፍጥነት በማደግ ላይ ያለ ምድብ ነው።

5. የፋን ማትሪክስ ይህንን ዘርፍ በአካል መሞከር የማይችለው ለምንድነው

የፋን ማትሪክስ የንግድ ጣሪያ — ወደ 58 m/s፣ በግምት 209 km/h ነው — ፍሰቱን የሚያተኩር የመጠበቂያ (መቀነሻ) ክፍል ተጭኖ እንኳን። ይህ በ300–400 km/h ለሚበር ጠላፊ ድሮን ከሚያስፈልገው ግማሽ ትንሽ ይበልጣል። ጉዳዩ ማትሪክሱ ርካሽ ወይም አቅሙ ያነሰ መሆኑ አይደለም፤ ከ200 km/h በላይ በጭራሽ አማራጭ አይደለም። በትንሽ እና በጥሩ ሁኔታ በተስተካከለ የሙከራ ክፍል ውስጥ ከፍተኛ ዳይናሚክ ፕሬዠርን ለመቋቋም የተነደፈ ዝግ ዙር ስርዓት ያለው የንፋስ ቱናል ብቻ ነው፣ ለትክክለኛ መረጃ በቂ በሆነ የፍሰት ጥራት ይህንን የፍጥነት ክልል ሊደርስ የሚችለው ብቸኛው የሙከራ ማዕከል ክፍል።

6. በዚህ ፍጥነት ለሙከራ ዘመቻ በትክክል ምን ያስፈልጋል

ለክብደት ብቻ ሳይሆን ለጫና የተሰሉ ሚዛኖች። የውድድር ድሮን አካል ቀላል ነው፣ ነገር ግን በ400 km/h ላይ ያለው የአየር-ነክ ጫና ቀላል አይደለም፤ ሚዛኖቹ እና መጫኛዎቹ ለስታቲክ ክብደት ብቻ ሳይሆን ለዳይናሚክ ፕሬዠር አቅም ያስፈልጋቸዋል።
ከሙከራ ወንበር ላይ ከተገመተ ሳይሆን በእውነተኛ የበረራ ፍጥነት ላይ ያለ የፕሮፔለር ባህሪያት ካርታ። የብሌድ ጫፎች ላይ ያለው የአድቫንስ ሬሾ እና የመጨመቅ ተጽእኖዎች የሚታዩት ፕሮፔለሩ በትክክል በ300–400 km/h ፍሰት ውስጥ ሲሆን ብቻ ነው፣ ይህንንም በጠረጴዛ ላይ ያለ የትረስት መሞከሪያ ሊደግመው አይችልም።
ከኃይል መረጃዎች ጎን ለጎን የስትራክቸር እና የንቀጥቀጥ (ቫይብሬሽን) ክትትል። በእንደዚህ ዓይነት ዳይናሚክ ፕሬዠር ላይ፣ የክንድ እና የሽፋን ፍላተር — እውነተኛ እንጂ ንድፈ-ሀሳባዊ ውድቀት አይደለም፣ እና ክፍሉ ከተሰበረ በኋላ ከማወቅ ይልቅ በመሳሪያዎች የሙከራ እቅድ ውስጥ መካተት አለበት።
በቀጣይነት ከፍተኛ ኃይል ሲኖር የሙቀት እና የከረንት ክትትል። ከ100 ወደ 400 km/h ሲሸጋገር ያለው የ64 እጥፍ የኃይል ቅጣት የሆነ ቦታ መሄድ አለበት፣ እና የሞተር እና የሬጉሌተር የሙቀት ገደቦች ብዙ ጊዜ ለዘላቂ ፍጥነት ተግባራዊ ጣሪያ ይሆናሉ፣ አየር-ነክ ብቻውን አይደለም።
የመጨመቅ «ጉልበት» ለመያዝ በቂ የሆነ አነስተኛ የፍጥነት እርምጃ ፣ የፕሮፔለር ብቃት በከፍተኛ ሁኔታ መውደቅ የሚጀምርበት ትክክለኛው ፍጥነት ሊያመልጥ በሚችልባቸው አልፎ አልፎ በሚገኙ ነጥቦች ፋንታ።

7. ይህ ለፕሮግራምዎ ምን ማለት ነው

የታለመውን ፍጥነት እና የፕሮፔለር ክፍል ይንገሩን — እኛ ለዚህ የፍጥነት ክልል የሚሆን የሙከራ ክፍል እና የመሳሪያ ፓኬጅ ዲዛይን እናደርጋለን፣ ለዝግተኛ መድረኮች ከተሰራ የሙከራ ማዕከል የተወሰደ አይደለም። ተዛማጅ ቁሳቁሶች፡

вентиляторная матрица против замкнутой трубы

እና

стенды тяги винтомоторной группы

።

ምንጮች እና ማስታወሻዎች

የውድድር FPV ፕሮፔለሮች የRPM ክልሎች (በመደበኛ ሁነታ 25,000–50,000 RPM፣ በከፍተኛ ኃይል 35,000–60,000+ RPM ለባለ 5-ኢንች የውድድር ፕሮፔለሮች)፡ How Fast Do Drone Propellers Spin? RPM Ranges Explained, DroneNestle።
የብሌድ ጫፍ ፍጥነት በ50,000 RPM ለባለ 5-ኢንች (127 mm) ፕሮፔለር፣ እንደ ራዲየስ × የማዕዘን ፍጥነት ከባህር ወለል የድምፅ ፍጥነት (~340 m/s) ጋር ሲነጻጸር የተሰላ — ከላይ በተጠቀሱት የRPM አሃዞች ላይ የተመሰረተ የTunnelTech የራሱ ገላጭ ስሌት እንጂ ከህትመት የተወሰደ ጥቅስ አይደለም።
በውድድር ፍጥነቶች ላይ መስራት የሚያቆሙ የአየር-ነክ ሞዴሊንግ ግምቶች (ትረስት እና የድራግ ሞመንት ከRPM ስኩዌር ጋር ተመጣጣኝ መሆናቸው)፣ እና ያልተካተቱ ተጽእኖዎች (የሮተር ሊኒያር ድራግ፣ ዳይናሚክ ሊፍት፣ የሮተር-ሮተር እና የሮተር-አካል መስተጋብር፣ የአካል አየር-ነክ ድራግ)፡ Hanover, D., Loquercio, A., Bauersfeld, L., Romero, A., Penicka, R., Song, Y., Cioffi, G., Kaufmann, E., Scaramuzza, D., «Autonomous Drone Racing: A Survey», IEEE Transactions on Robotics, ቅጽ 40, 2024 (arXiv:2301.01755)፣ የውድድር ፍጥነቶች እና ፍጥንነቶች «ከ80 km/h እና 4g እንደሚበልጡ» የሚገልጽ።
አሁን ያለው የኳድኮፕተር የፍጥነት የጊነስ የዓለም ሪከርድ (657.59 km/h፣ Peregreen V4፣ Luke እና Mike Bell)፣ ቴክኒካዊ ዝርዝሮች (ባለ 6-ኢንች ፕሮፔለሮች፣ 900 kV ሞተሮች፣ በአንድ ሙሉ ቁራጭ በ3D-የታተመ አካል፣ በሞዴሊንግ የአየር-ነክ ቅርጽ ማመቻቸት)፡ «Watch: World's fastest drone hits 408 mph to reclaim speed record», New Atlas።
የዩክሬን FPV ጠላፊ ድሮን የፍጥነት ሪከርድ (ወደ 325 km/h፣ Wild Hornets፣ በሴፕቴምበር 2024 የታወጀ) እና በግምት በ110 km/h ከሚጓዙ እና ከፍተኛ ፍጥነታቸው 150 km/h አካባቢ ከሆኑ የስለላ ድሮኖች አንጻር ያለው የአሰራር ማረጋገጫ፡ Defence Express, «325 km/h: While Ukraine Breaks New Speed Record For Armed FPV Drone...»።
የፋን ማትሪክስ የንግድ የፍጥነት ጣሪያ (~58 m/s / ~209 km/h ከመጠበቂያ (መቀነሻ) ክፍል ጋር) የፋን ማትሪክሶችን እና ዝግ ዙር ስርዓት ያላቸው የንፋስ ቱናሎችን ከሚያወዳድረው ከታተመው ጽሑፋችን ጋር የተጣጣመ ነው።
የሙከራ ዘዴ ምክሮች (ለጫና የተሰሉ ሚዛኖች፣ የስትራክቸር እና የንቀጥቀጥ (ቫይብሬሽን) ክትትል፣ የሙቀት መለኪያ መሳሪያዎች፣ የፍጥነት እርምጃ ጥራት) — የTunnelTech የምህንድስና ልምድ።

እጅግ በጣም ፈጣን የሆኑ የFPV ድሮኖች ሙከራ፡ በ300–400 km/h ምን ይቀየራል