Хэт хурдан FPV дроныг салхин хонгилд турших нь

Цагт гурваас дөрвөн зуун километр гэдэг нь аэродинамикийн хувьд сонирхолтой зүйл эхлэхээс өмнө хангалттай нөөцтэй хурдны муж мэт сонсогддог — дууны хурдаас мэдэгдэхүйц доогуур, аливаа сурах бичигт «бага хурдны шахагддаггүй урсгал» гэж нэрлэдэг мужид баттай багтдаг. Планерын хувьд ерөнхийдөө энэ нь үнэн. Харин түүний урд эргэлдэж буй сэнсний хувьд тийм биш юм.

Хэт хурдан FPV дроны туршилтууд бий болсон шалтгаан нь бага оврын роторт Нисгэгчгүй Нисэх Төхөөрөмжийн (ННТ) хамгийн хурдацтай хөгжиж буй сегмент болох уралдааны дронууд болон бусад төхөөрөмжийг гүйцэж түрүүлэх зориулалттай сөнөөгч дронууд нь бусад бага оврын дронуудын хөгжүүлэлтийн суурь болсон таамаглалуудын хүрээнээс чимээгүйхэн гарсантай холбоотой юм.

1. Сэнсний ирний үзүүр — энд л «дууны хурдаас бага» гэдэг нь энгийн байхаа болино

Дроны урагшлах хурд болон сэнсний ирний үзүүрийн хурд нь хоёр өөр тоо бөгөөд хоёр дахь нь үргэлж илүү, ихэнхдээ хамаагүй илүү байдаг. Уралдааны FPV дроны сэнс ихэвчлэн 25 000–50 000+ эрг/мин хурдтай эргэдэг бол хамгийн хурдан угсралтууд бүрэн хүчин чадлаараа 60 000 эрг/мин-ээс давдаг.

Ердийн 5 инчийн уралдааны сэнс (диаметр 127 мм, ирний радиус 63,5 мм) 50 000 эрг/мин хурдтай байна гэж тооцоолъё: зөвхөн эргэлтээс үүсэх ирний үзүүрийн хурд ойролцоогоор 330 м/с буюу далайн түвшний дууны хурдтай хэдхэн хувийн зөрүүтэй болно. Үүн дээр хэвтээ нислэг үйлдэж буй аливаа роторын адил дискний урагшлах талтай шууд нэмэгддэг төхөөрөмжийн өөрийнх нь 300–400 км/ч (83–111 м/с) хурдыг нэмбэл, урагшилж буй ирний үзүүрт бодитоор үйлчлэх орон нутгийн урсгал муугаар бодоход Мах 1-ээс давж, сайнаар бодоход транс-соник (дууны хурд орчмын) мужид гүн нэвтэрдэг.

Энэ нь маш чухал, учир нь орон нутгийн Махын тоо транс-соник мужаар өсөх тусам сэнсний ашигт үйлийн илтгэлцүүр аажмаар буурдаггүй, харин огцом унадаг. Энэ нь аливаа сэнс эсвэл роторын бүтцэд сайн танигдсан аэродинамикийн нөлөө юм: ир дээр цочролын долгион үүсэх, эсэргүүцэл огцом нэмэгдэх, дуу чимээний түвшин огцом өсөх зэрэг нь хамаагүй зөөлөн урсгалын горимд зориулагдан бүтээгдсэн ирний сүүлийн хэдэн сантиметрт төвлөрдөг.

2. Эсэргүүцэл хоббины хурдтай адил хэмжигдэхээ болино

Аэродинамикийн эсэргүүцлийг даван туулах чадал нь хурдны куб зэргээр өсдөг. Тайван 100 км/ч-аас 400 км/ч хүртэл шилжих нь хурд 4 дахин нэмэгдэж байгаа хэрэг бөгөөд хүчний төхөөрөмжийн хийдэг бусад бүх зүйлээс өмнө зөвхөн эсэргүүцлийг даван туулахад шаардагдах чадал 64 дахин өснө гэсэн үг юм. Зураглаачийн эсвэл хүргэлтийн дронуудын хурдад тохирч байсан бүтцийн бүх таамаглалууд — моторын хэмжээ, батерейны C-үнэлгээ, дулааны нөөц, «хэвийн» нислэгийн хурдад тооцоолсон бүтцийн ачаалал зэрэг нь энэхүү муруйн тэс өөр цэгт зориулагдан бүтээгдсэн байдаг.

FPV хөгжүүлэлтийн ихэнх хэсэг чиглэсэн хэвээр байгаа зураглаачийн болон ачааны платформууд 0–100 км/ч хурдтай нисдэг. Муруйн энэ хязгаарт аэродинамикийн эсэргүүцэл нь жин болон агаарт тогтох ашигт үйлийн илтгэлцүүрийн ард орох хоёрдогч асуудал байдаг. Харин 300–400 км/ч хурдад энэ нь хамгийн гол асуудал болж хувирдаг.

3. Үүнд зориулагдаагүй бүтцэд ачаалал хурдны квадрат зэргээр өснө

Хурдны даралт буюу рам, гар болон гадна бүрхүүлд ирэх аэродинамикийн ачааллыг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн нь хурдны квадрат зэргээр өсдөг. Ачааллын нөөц гэхээсээ илүү хамгийн бага жинтэй байхын тулд 3D хэвлэмэл хуванцар болон карбоноор хийгдсэн уралдааны планер нь 400 км/ч хурдад 100 км/ч хурдтай үеэсээ ойролцоогоор 16 дахин их аэродинамикийн ачаалал авдаг. Энэхүү ачаалал нь платформыг анх зохион бүтээхдээ туршиж байсан хурдаас дөрөв дахин их ачааллын тохиолдлыг тэсвэрлэх бус, харин рамны зөвшөөрөх хэмжээгээр аль болох хөнгөн байхаар оновчлогдсон гар, моторын бэхэлгээ, гадна бүрхүүлд ирдэг.

Энэхүү хурдны мужийг аль хэдийн эзэмшиж буй хүмүүс үүнд зөвхөн хүчний төхөөрөмж төдийгүй бүхэл бүтэн планерыг аэродинамикийн асуудал гэж үзэж хариу үйлдэл үзүүлдэг. Квадрокоптерын хурдны Гиннесийн дэлхийн дээд амжилт болох 657,59 км/ч-ийг 6 инчийн сэнс, 900 kV хүртэл хүчитгэсэн мотор, 3D принтерээр нэг цул хэсэг болгон хэвлэсэн их бие бүхий тусгайлан бүтээсэн машинаар тогтоосон бөгөөд үүний гадаад хэлбэрийг зөвхөн хурдан харагдуулахын тулд бус, харин эсэргүүцлийг бууруулахын тулд аэродинамикийн загварчлалаар оновчтой болгон боловсруулсан байдаг.

4. Энэ сегмент яагаад зөвхөн дээд амжилт тогтоох төдийгүй арилжааны хувьд оршин тогтнодог вэ?

Хамгийн тод бодит хөдөлгөгч хүч бол батлан хамгаалах салбар юм: тагнуулын дронуудыг гүйцэж түрүүлж, устгах зориулалттай Украины FPV сөнөөгч дронууд ойролцоогоор 325 км/ч хурдалж байгаа талаар олон нийтэд мэдээлсэн. Логик нь маш энгийн: ойролцоогоор 110 км/ч хурдтайгаар аялж, дээд тал нь 150 км/ч хурдалдаг ердийн тагнуулын платформыг сөнөөгч дроны батерей дуусахаас өмнө гүйцэж түрүүлэх ёстой бөгөөд сөнөөгчийн хурдны нэмэлт км/ч бүр энэхүү хөөцөлдөөнийг шууд богиносгодог. Энэ бол явцуу хүрээний хобби биш, харин ардаа үзүүлэлтийн хатуу шаардлага бүхий идэвхтэй, хурдацтай хөгжиж буй ангилал юм.

5. Сэнсний матриц яагаад энэ сегментийг физикийн хувьд туршиж чадахгүй вэ?

Сэнсний матрицын арилжааны дээд хязгаар нь урсгалыг төвлөрүүлдэг нарийсгалтын хэсэг суурилуулсан байсан ч ойролцоогоор 58 м/с буюу 209 км/ч байдаг. Энэ нь 300–400 км/ч хурдтай сөнөөгч дронд шаардагдах хурдны талаас бага зэрэг илүү юм. Асуудал нь матриц хямд эсвэл хүчин чадал муутайдаа биш; ойролцоогоор 200 км/ч-аас дээш хурдад энэ нь огт сонголт биш болдог. Жижиг, сайн нөхцөлтэй ажлын хэсэгт өндөр хурдны даралтыг тэсвэрлэхээр тооцоологдсон хаалттай контурын салхин хонгил нь ашиглах боломжтой өгөгдөл гаргаж авах хангалттай урсгалын чанартайгаар энэхүү хурдны мужид хүрч чадах цорын ганц ангиллын туршилтын төхөөрөмж юм.

6. Энэ хурдны туршилтын кампанит ажилд бодитоор юу шаардлагатай вэ?

Зөвхөн жинд бус, ачаалалд зориулагдсан жинлүүр. Уралдааны планер хөнгөн боловч 400 км/ч хурдад түүн дээр ирэх аэродинамикийн ачаалал хөнгөн биш; жинлүүр болон бэхэлгээнд зөвхөн статик жингийн бус, хурдны даралтын нөөц шаардлагатай.
Стендээс экстраполяци хийсэн бус, бодит нислэгийн хурд дахь сэнсний үзүүлэлтийн газрын зураг. Урагшлах коэффициент болон ирний үзүүр дэх шахагдах чанарын нөлөөлөл нь сэнс бодитоор 300–400 км/ч хурдтай урсгалд байх үед л илэрдэг бөгөөд үүнийг ширээн дээрх түлхэлтийн стенд дуурайж чадахгүй.
Хүчний өгөгдөлтэй зэрэгцэн бүтэц болон чичиргээний хяналт. Ийм хурдны даралтын үед гар болон гадна бүрхүүлийн флаттер (чичирхийлэл) нь онолын бус бодит эвдрэл бөгөөд үүнийг эд анги эвдэрсний дараа илрүүлэх бус, харин багаж хэрэгслээр туршилтын төлөвлөгөөнд тусгах шаардлагатай.
Удаан хугацааны өндөр чадлын үеийн температур болон гүйдлийн хяналт. 100-гаас 400 км/ч хүртэл шилжих үеийн чадлын 64 дахин их торгууль хаа нэгтээ шингэх ёстой бөгөөд зөвхөн аэродинамик дангаараа бус, мотор болон тохируулагчийн дулааны хязгаар нь ихэвчлэн тогтвортой хурдны практик дээд хязгаар болдог.
Шахагдах чанарын «өвдөг»-ийг барьж авах хангалттай жижиг хурдны алхам , харин сэнсний ашигт үйлийн илтгэлцүүр огцом унаж эхлэх яг тэр хурд алгасаж болзошгүй цөөн хэдэн цэгүүд биш.

7. Энэ нь таны хөтөлбөрт ямар утгатай вэ?

Бидэнд зорилтот хурд болон сэнсний ангиллыг хэлээрэй — бид илүү удаан платформуудад зориулагдсан стендээс тохируулсан бус, харин яг энэ хурдны мужид зориулан хэмжилтийн хэсэг болон багаж хэрэгслийн багцыг төлөвлөх болно. Холбоотой материалууд:

вентиляторная матрица против замкнутой трубы

болон

стенды тяги винтомоторной группы

Эх сурвалж болон тэмдэглэл

Уралдааны FPV сэнсний эргэлтийн хурдны мужууд (хэвийн горимд 25 000–50 000 эрг/мин, 5 инчийн уралдааны сэнсний хувьд дээд хурдаараа 35 000–60 000+ эрг/мин): How Fast Do Drone Propellers Spin? RPM Ranges Explained, DroneNestle.
5 инчийн (127 мм) сэнсний 50 000 эрг/мин хурд дахь ирний үзүүрийн хурдыг радиус × өнцгийн хурд гэж тооцоолж, далайн түвшний дууны хурдтай (~340 м/с) харьцуулсан нь нийтлэлээс авсан эшлэл бус, харин дээр дурдсан эргэлтийн тоонд үндэслэсэн TunnelTech-ийн өөрийн тайлбар тооцоолол юм.
Уралдааны хурдад ажиллахаа больдог аэродинамикийн загварчлалын таамаглалууд (түлхэлт болон эсэргүүцлийн момент нь эргэлтийн квадраттай пропорциональ байна) болон тооцогдоогүй нөлөөллүүд (роторын шугаман эсэргүүцэл, динамик өргөх хүч, ротор-ротор болон ротор-их биеийн харилцан үйлчлэл, их биеийн аэродинамикийн эсэргүүцэл): 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, боть 40, 2024 (arXiv:2301.01755), энд уралдааны хурд болон хурдатгал нь «80 км/ч болон 4g-ээс давдаг» гэж заасан байдаг.
Квадрокоптерын хурдны Гиннесийн дэлхийн дээд амжилт (657,59 км/ч, Peregreen V4, Luke болон Mike Bell), техникийн дэлгэрэнгүй мэдээлэл (6 инчийн сэнс, 900 kV мотор, 3D принтерээр нэг цул хэвлэсэн их бие, загварчлал дахь аэродинамик хэлбэрийн оновчлол): «Watch: World's fastest drone hits 408 mph to reclaim speed record», New Atlas.
Украины FPV сөнөөгч дроны хурдны дээд амжилт (ойролцоогоор 325 км/ч, Wild Hornets, 2024 оны 9-р сард зарласан) болон ойролцоогоор 110 км/ч хурдтайгаар аялж, дээд тал нь 150 км/ч хурдалдаг тагнуулын дронуудын эсрэг ашиглалтын үндэслэл: Defence Express, «325 km/h: While Ukraine Breaks New Speed Record For Armed FPV Drone...».
Сэнсний матрицын арилжааны хурдны дээд хязгаар (нарийсгалтын хэсэгтэйгээр ~58 м/с / ~209 км/ч) нь сэнсний матриц болон хаалттай контурын салхин хонгилыг харьцуулсан бидний нийтэлсэн нийтлэлтэй нийцэж байгаа болно.
Туршилтын арга зүйн зөвлөмжүүд (ачаалалд зориулагдсан жинлүүр, бүтэц болон чичиргээний хяналт, температурын багаж хэрэгсэл, хурдны алхмын нарийвчлал) — TunnelTech-ийн инженерийн туршлага.

Хэт хурдан FPV дроны туршилт: 300–400 км/ч хурдад юу өөрчлөгддөг вэ?