بخشی از مقاله
چکیده
بلند شدن هواپیماهاي بدون سرنشین با توجه به نوع هواپیما متفاوت میباشد. امروزه جهت بلند شدن هواپیماهاي بدون سرنشین UAVمعمولاً از باند پروازي استفاده میشود، در حالیکه جهت بلند شدن هواپیماهاي MAV نیاز به باند پروازي نمیباشد و این هواپیماها به روشهاي مختلفی پرتاب میگردند. این روشها میتواند شامل پرتاب با دست، تیرکمان و غیره باشد.
چگونگی پرتاب این ریزپرندهها با توجه به شرایط خاصی که دارا میباشند حائز اهمیت است. از اینرو در این مقاله جهت برخاست بهتر این ریزپرندهها به طراحی سیستمی هوشمند جهت پرتاب آنها پرداخته شده است که سیستم، هواپیماي مورد نظر را با در نظر گرفتن جهت وزش باد و سرعت لازم براي پرتاب به صورت هوشمند پرتاب مینماید.
-1 مقدمه
هواپیماهاي - Micro Air Vehicle - MAV به هواپیماهاي بدون سرنشنی معمولاً در ابعاد کوچکتر از500 میلیمتر و وزن زیر 500 گرم گفته میشود که در چهار نوع بال ثابت 2، عمود پرواز3، بالزن4 و بالهاي چرخان5 وجود دارند. بسته به مأموریت پروازي، ابعاد و نوع تجهیزات نصب شده روي MAVها متفاوت است. مزایاي چشمگیر استفاده از MAV موجب شده تا تحقیقات فراوانی براي بهینه سازي و بالا بردن تواناییهاي این دسته از پرندهها صورت پذیرد.
قابلیت کنترل از راه دور باعث میشود تا بتوان آنها را در شرایطی که حضور انسان سخت و غیر ممکن و یا خطرناك باشد به کار برد. با توجه به ویژگیهاي ذکر شده، MAVها پتانسیل انجام انواع عملیات شناسایی، گشت زنی و حفاظت، جاسوسی و نیز حمل بارهاي بسیار کوچک کمتر از10 گرم مانند انواع سنسورها براي علامت گذاري مکانهاي خاص را دارند. همچنین با نصب انواع سنسورها بر روي این هواپیماها میتوان پارامترهاي مختلفی از قبیل دما، فشار و... را اندازهگیري نمود.
این گونه هواپیماها علاوه براینکه ابعاد کوچکی دارند، با سرعتهاي پایینی نیز پرواز میکنند.
-2 برخاست هواپیماهاي MAV و UAV
معمولاً هواپیماهاي MAV داراي چهار حالت پروازي برخاست6، کروز، دور زدن و فرود میباشند. از بین چهار حالت پروازي ذکر شده برخاست و فرود از حالتهاي بحرانی هواپیما محسوب میگردند و این دو حالت براي هواپیماهاي MAV جز مهمترین و اثر گذارترین عامل در سلامت پروازي محسوب میگردند. [2] برخاست هواپیماهاي بدونسرنشین با توجه به نوع هواپیما متفاوت میباشد.
براي مثال جهت بلند شدن هواپیماهاي UAVغالباً نیاز به باند پروازي است در حالیکه جهت بلند شدن هواپیماهاي MAV نیاز به باند پروازي نمی-باشد و معمولاً این هواپیماها به روشهاي مختلفی بلند میشوند. این روشها میتواند شامل پرتاب با دست7، با تیروکمان یا با یک تفنگ مخصوص باشد . از اینرو چگونگی برخاست این ریزپرندهها با توجه به عدم وجود باند پروازي و سیستم ارابه فرود8 براي آنها، حائز اهمیت میباشد. لازم به ذکر است در مواردي از پرتاب با دست، جهت بلند شدن هواپیماهاي UAV سبک وزن استفاده میشود. در شکلهاي زیر چگونگی برخاست هواپیماهاي UAV و MAV نشان داده شده است.
شکل - - 1 نمونه هواپیماهاي MAV
اولین تحقیقات جامع بر روي MAV در سال 1993 در موسسه RAND صورت گرفت. امروزه طیف وسیعی از مطالعات و فعالیت در این زمینه با هدف ساخت -MAV هاي کوچکتر از 15 سانتیمتر که قابلیت انجام مأموریت-هاي شناسایی و نجات را داشته باشند در حال انجام است.
شکل - - 2 نحوه بلند شدن هواپیماهاي بدون سرنشین UAV
شکل - - 3 نحوه پرتاب هواپیماهاي بدون سرنشین MAV
نحوه بلند شدن هواپیماهاي MAV از مدلهاي عمود پرواز و بالزن با سایر هواپیماها متفاوت میباشد. آنها جهت برخاست به باند پروازي نیازي ندارند و براي بلند شدن تنها کافی است موتور روشن گردد. و این به خاطر، تفاوت ساختار پروازي آنها در مقایسه با نوع بال ثابت میباشد. براي مثال بالزنها در مقایسه با ریزپرندههاي بال ثابت قابلیت هاورکردن دارند یعنی میتوانند تنها با بال زدن خود را در هوا نگه دارند در صورتیکه هواپیماها جهت ایجاد نیروي لیفت لازم براي بلند شدن نیاز به یک سرعت اولیه یا همان سرعت پرتاب دارند.
شکل - - 4 نحوه بلند شدن هواپیماهاي عمود پرواز
-3 تعریف شرایط مناسب جهت پرتاب یک MAV
براي اینکه برخاست یک ریزپرنده بدون سرنشین با موفقیت انجام گیرد باید به یکسري نکات مهم در پرتاب آنها توجه کرد و آنها را در هنگام پرتاب هواپیما لحاظ نمود. از جمله مهمترین نکته در پرتاب این ریز پرندهها تعیین جهت وزش باد میباشد. لازم است که هنگام پرتاب هواپیما، جهت باد تشخیص داده شود و هواپیما در خلاف جهت باد پرتاب گردد. در هواپیماها مجموعه موتور و ملخ وظیفه ایجاد یک حرکت نسبی براي هواپیما جهت عبور جریان هوا از روي بال را برعهده دارند تا لیفت لازم هواپیما تأمین گردد. از اینرو در صورتیکه هواپیما در خلاف جهت باد حرکت کند اثر باد با اثر جریان هواي ایجاد شده توسط موتور و ملخ همسو خواهد بود و به عبور بهتر جریان از روي بال کمک خواهد کرد.
شکل - - 5 پرتاب هواپیما با لحاظ کردن جهت وزش باد
از دیگر نکات قابل توجه در پرتاب این هواپیماها در نظر گرفتن زاویه مناسب جهت پرتاب میباشد. تجربه نشان داده است که در این مدل ریزپرندهها بهتر است حتی الامکان هواپیما با زاویه صفر یا نزدیک به صفر پرتاب گردد.[3] بعد از تعیین جهت و زاویه مناسب، نوبت به دادن سرعت اولیه جهت لانچ این ریز پرندهها میرسد. تجربه نشان داده است که سرعت لانچ هواپیماهاي MAV از مدل بال ثابت تقریباً 1/2 برابر سرعت استال این هواپیماها میباشد. و سرعت استال - سرعتی که اگر به آن برسیم بال دچار جدایی جریان شده و هواپیما سقوط می-کند - تخمینی براي این ریزپرندهها برابر جذر بار بال9 - نسبت وزن هواپیما به سطح بال - میباشد. بنابرین داریم:
-4 ضرورت طراحی سیستم لانچر
با توجه به ضروري بودن اجراي شرایط ذکر شده در پرتاب یک هواپیماي MAV از قبیل جهت، زاویه و سرعت پرتاب، براي بلند شدن دقیق و سالم آن لازم است سیستمی طراحی و ساخته شود که به صورت هوشمند عملیات پرتاب یک هواپیما را با در نظر گرفتن شرایط فوق به انجام برساند. طراحی چنین سیستمی علاوه بر کم کردن خطا و خطرات موجود در پرتاب، زمینه ساز پرتاب موفقیت آمیز هواپیما هم خواهد بود و از لحاظی یک لانچ سالم باعث استفاده بهینه از تجهیزات اعم از موتور، باطري، سروو و... خواهد شد.
