وظیفه پروانه بالا بردن پهپاد، دادن ارتفاع به آن و نگه‌داشتن آن در هوا می‌باشد.
حتی بدون اینکه بدانیم چگونه کار می‌کنند، از روی غریزه می‌دانیم که ملخ یا پروانه‌ها (Propellers) چقدر برای پهپادها (Drones) ضروری هستند. وظیفه پروانه‌ها بالا بردن پهپادها، دادن ارتفاع به آنها و نگه‌داشتن آنها در هوا می‌باشد. آنها همچنین نیروی محرکه لازم برای حرکت پهپادها در جهت‌های مختلف از طریق مایل شدن پهپاد به یک سمت را نیز فراهم می‌کنند. واقعا شگفت‌انگیز است که چنین مواد پلاستیکی نرمی، به این حد از توانایی دست یافته‌اند.
اکثر هدایت‌کننده‌های پهپاد با پروانه‌های فابریک دستگاه آن را به پرواز درمی‌آورند اما آیا به این فکر کرده‌اید که این ملخ‌ها را از پهپاد جدا کرده و از ملخ دیگری با شکل و جنس مختلف استفاده کنید؟ این تغییر چگونه بر عملکرد پروانه تاثیر خواهد داشت؟
طرز کار پروانه پهپاد چگونه است؟
قبل از اینکه وارد مهمترین جزییات عملی چگونگی تاثیرگذاری ظاهر پروانه‌ها بر عملکردشان بشویم، باید یک درک اساسی از چگونگی عملکردشان داشته باشیم. تا اینجا می‌دانیم که پروانه‌ها می‌توانند عمل بلند کردن و تولید نیروی محرکه را انجام دهند. اما چگونه؟
در پهپادهای چندملخه، ملخ یا پروانه‌ها به صورت جداگانه به موتورها متصل شده‌اند. این موتورها توسط یک کنترل‌کننده سرعت الکتریکی (ESC) کنترل می‌شوند تا سرعت چرخش هر موتور را تنظیم کنند. با تغییر سرعت چرخش تک‌تک موتورها، ESC می‌تواند به کوادکوپتر یا پهپاد برای مانور در جهت‌های مختلف ممکن کمک کند.
هنگامی که ملخ‌ها می‌چرخند، هوا را بریده و آن را به سمت پایین هدایت می‌کنند. اگر پهپاد کاملا افقی باشد، این حرکت ملخ، با فشار دادن به باد باعث بالا رفتن (Lift) می‌شود. نیروی لیفت تولید شده و همچنین انرژی لازم برای بریدن هوا، به شکل و اندازه پروانه بستگی دارد. شرایط جوی، به ویژه چگالی هوا، نیز نقش مهمی ایفا می‌کند.
همان نیرویی که قدرت بالابری یا لیفت را تولید می‌کند، می‌تواند به پهپاد نیروی محرکه لازم را نیز بدهد. این امر صرفا با ایجاد یک ناهمانگی در سرعت چرخش مجموعه‌ای از پروانه‌ها به دست می‌آید تا حرکت پهپاد در جهت دلخواه میسر شود.
ویژگی‌های فیزیکی پروانه پهپاد
همانطور که اشاره کردیم، ویژگی‌های فیزیکی پروانه پهپادها تاثیر به‌سزایی بر عملکرد آنها دارد. در بخش‌های بعدی، گزینه‌های مختلف برای جنس، اندازه و شکل پروانه را بررسی و در مورد مزایا و معایب هر گزینه نیز بحث خواهیم کرد.
جنس پروانه پهپاد
پروانه پهپاد پلاستیکی در برابر فیبرکربن
پروانه‌های فابریک بیشتر پهپادهای ارزان، معمولا پلاستیکی هستند. پروانه‌های پلاستیکی نرم و انعطاف‌پذیر ارزانند و به راحتی می‌توانند تعویض شوند. قیمت، یکی از اصلی‌ترین دلایل فروش بالای این ملخ‌هاست زیرا آنها بسیار ارزانند و هر کنترل‌کننده پهپاد می‌تواند چند قطعه یدکی به همراه خود داشته باشد. انعطاف‌پذیری آنها موجب می‌شود که در هنگام صدمات اجتناب‌ناپذیر پهپاد، در برابر ترک‌خوردگی مصون باشند.
پروانه‌های جایگزین از جنس فیبرکربن گران‌تر هستند و اکثرا در پهپادهای پیشرفته یافت می‌شوند. سختی آنها بیشتر از پلاستیک است اما همچنان از ویژگی وزن کم برخوردارند. این سختی بیشتر، آنها را به هنگام چرخش، مصون از لرزش‌ها می‌کند و به این معنی است که آنها می‌توانند هوا را موثرتر ببرند و نیروی بالابری پیوسته‌ای ایجاد کنند. پروانه‌های فیبرکربن در حالت کلی نویز کم و پرواز پایدارتری نتیجه می‌دهند.
بزرگترین جنبه منفی پروانه‌های فیبرکربن این است که عملکرد ضعیف آنها به حدی است که احتمال شکستن آنها در لحظه تصادف بسیار زیاد است. از آنجایی که بسیار شکننده هستند، ممکن است مجبور شوید خیلی سریع از مجموعه‌های یدکی زیادی استفاده کنید. با توجه به قیمت بالای پروانه‌های فیبرکربن، استفاده از آنها می‌تواند تصمیم بسیار پرهزینه‌ای باشد.
پروانه پهپاد نوک تیز (مخروطی) در برابر نوک گرد (پوزه‌ای)
این امر یکی از نکات ریز پروانه‌هاست اما زمانی که اولین بار متوجه آن بشوید، دیگر نمی‌توانید از آن صرف‌نظر کنید. برخی از پروانه‌ها دارای نوک تیز می باشند یا همان که در صنعت با نام پروانه «مخروطی» (Tapered tip) شناخته می‌شود. به دلیل سبک بودن انتهای پروانه در حالت نوک‌تیز، به گشتاور کمتری برای چرخش نیاز دارند اما نیروی بالابری کمتری ایجاد می‌کنند زیرا مساحت سطحی کوچکتری دارند. با این وجود از نظر راندمان، ملخ‌های نوک‌تیز نسبت به رقیبشان برتری دارند.
جایگزین ملخ نوک تیز ملخی است که تیزی نوک آن کمتر است. این پروانه‌ها که «پوزه‌ای» (Bullnose tip) نامیده می‌شوند سنگین‌تر و پهن‌تر هستند و به گشتاور بالا نیاز دارند و به هنگام چرخش جریان بیشتری از موتور می‌کشند. اصلی‌ترین برتری آنها این است که قدرت بالابری بیشتری تولید می‌کنند. اگر سرعت و ظرفیت لیفت برای عملیات شما اهمیت دارد، پس یک پروانه با نوک گرد یا پوزه‌ای می‌تواند پیشرفت محسوسی ایجاد کند.
گام پروانه پهپاد چیست ؟
برخلاف دیگر ویژگی‌های موجود در این لیست، انتخاب گام ملخ یا پروانه دست شما نیست. گام یک ویژگی ذاتی پروانه است و اینگونه تعریف می شود: «فاصله‌ای که یک ملخ به هنگام یک چرخش می‌تواند به سمت جلو حرکت کند».
بیشتر پروانه‌ها با دو عدد تعریف می‌شوند: قطر و گام.
ذکر این نکته خالی از لطف نیست که گام یک عدد فرضی است و در عمل در دنیای واقعی، پارامترهای دیگری نیز وارد عمل می‌شوند.
گام ملخ بیشتر به زاویه آن بستگی دارد. یک ملخ که تقریبا صاف است به هنگام برش هوا، با مقاومت بسیار کمی روبرو می‌شود. اما مقدار نیروی بالابری در کمترین حالت می باشد. از طرف دیگر، یک ملخ با زاویه زیاد، به هنگام چرخش با نیروی مقاومت هوای بالایی روبروست اما می‌تواند مقدار زیادی از این نیروی مقاومت باد را به نیروی بالابری تبدیل کند.
بنابراین، انتخاب گام ملخ به این بستگی دارد که شما به چند درصد از توان یا راندمان نیاز دارید (یک tradeoff بین این دو پارامتر وجود دارد). بهترین انتخاب می‌تواند اینگونه باشد که یک تعادل بین دو پارامتر وجود داشته باشد اگرچه ممکن است بسته به نیازتان، درصد هر کدام از پارامترها را بیشتر در نظر بگیرید.
طول پره‌های ملخ پهپاد
ملخ‌های کوتاه در برابر ملخ‌های بلند
یکی از بارزترین تفاوت‌های ملخ‌ها، طول پره‌های آنهاست. اصطلاح دقیق‌تر برای این، قطر ملخ یا طول ملخ اندازه‌گیری شده از نوک به نوک است.
پروانه کوتاه‌تر سبک‌تر است و برای چرخش به گشتاور کمتری نیاز دارد. با این حال، نیروی بالابری کمتری نیز ایجاد می‌کند. در مورد پروانه‌های بلندتر، برعکس موارد قبلی صدق می‌کند. آنها ممکن است قدرت بیشتری را از موتور بگیرند، اما نیروی بالابری قوی‌تری نیز ایجاد می‌کنند.
ذکر این نکته خالی از لطف نیست که بین دو پارامتر گام و قطر ملخ، گام اثر بیشتری بر راندمان و سرعت پرواز دارد.
تعداد پره‌های ملخ پهپاد
درحالی‌که اکثر پهپادهای تجاری موجود با پروانه‌هایی با 2 پره (Blade) عرضه می‌شوند، جایگزینی آنها با پروانه‌های سه یا چهار پره کاملا امکان‌پذیر است. باز هم، این موضوع به Tradeoff بین راندمان و توان تبدیل می‌شود. پروانه‌های دارای دو پره، سبک‌ترند و در هنگام چرخش، با مقاومت کمتری روبرو هستند که در نتیجه جریانی را که از موتور می‌کشند کمتر می‌شود، اما میزان نیروی لیفت را نیز کاهش می‌دهد. با افزایش تعداد پره‌ها، ملخ می‌تواند نیروی Lift بیشتری ایجاد کند، اما با سنگین‌تر شدن و بریدن مقاومت بیشتر در برابر باد، انرژی بیشتری مصرف می‌کند. اگر این ویژگی‌ها همان چیزی است که شما نیاز دارید، ممکن است حتی علاقه‌مند به تهیه یک پروانه با چهار یا پنج پره باشید.
با این حال، ملخ‌های شش پره در حال حاضر بسیار نادر هستند، زیرا وزن اضافی پره‌ها، با وجود پیشرفت در نیروی لیفت، وضعیت دیگر پارامترها را بدتر می‌کند.
کدام ملخ پهپاد را باید انتخاب کنید؟
همانطور که تا به حال متوجه شده‌اید راه‌های زیادی برای سفارشی‌سازی ملخ‌های پهپاد وجود دارد. ممکن است نیازی به استفاده از ویژگی‌هایی که قدرت یا راندمان را به حداکثر می‌رسانند نداشته باشید، زیرا برخی از گزینه‌ها ممکن است ترکیبی از هر دو را ارائه دهند. مهمترین نکته در انتخاب ملخ، به نحوه استفاده شما از پهپاد بستگی دارد.
اگر راندمان پروانه بیشتر و پایداری پروازی بهتر می‌خواهید …
برخی از کارهای مربوط به پهپادها به پرواز طولانی‌تر و کنترل پروازی بهتر نیاز دارد. اگر تصویربرداری هوایی یک رویداد را بر عهده دارید، دقایق اضافی بیشتری که پهپاد شما می‌تواند در حالت پرواز باشد همان چیزی است که شما برای تصویربرداری لحظات حیاتی نیاز دارید. همچنین ممکن است متوجه شوید که اگر پهپاد شما پایداری پروازی بیشتری داشته باشد، می‌توانید فریم تصاویر خود را بهتر تنظیم کنید.
اگر این همان چیزی است که نیاز دارید، بنابراین بهتر است یک ملخ دو پره با قطر و گام کم تهیه کنید.
اگر پهپادی می‌خواهید که سریع باشد و بتواند ظرفیت باری بالایی انتقال دهد ….
دلیل آن که از پروانه‌های گران‌قیمت با نوک پوزه‌ای و چهار تیغه عمدتا برای مسابقات هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می‌شود این است که نیروی بالابری و نیروی محرکه زیادی تولید می‌کنند. در جایی که سرعت حرف اول را می‌زند، هر مزیت کوچکی که توسط ملخ‌های پهپاد ارائه می‌شود؛ می‌تواند تفاوت بین برد و باخت باشد.
کاربردهایی که نیاز به بلند کردن محموله‌های سنگین دارند نیز می‌توانند از ملخ‌هایی بهره ببرند که نیروی بالابری را به حداکثر می‌رساند. این ملخ‌های با گام بالا و قطر بالا با بیش از دو پره که انرژی بسیار بیشتری مصرف می‌کنند، بیشتر در معرض لرزش در هنگام پرواز هستند.
اگر فقط به دنبال تفریح هستید …
اگر فقط به صورت تفریحی می‌خواهید پهپاد را به پرواز درآورید، نمی‌توانیم به شما دیکته کنیم که تجریه این امر چگونه باشد. آیا می‌خواهید پهپاد شما با صدا در اطراف حرکت کند یا پهپادی را ترجیح می‌دهید که حالت پروازی نرمی را شبیه‌سازی کند؟ در هر صورت، شما بهتر است از ملخ‌های پلاستیکی استفاده کنید. آنها ممکن است مستعد آسیب‌های پرواز ناپایدار باشند، اما جایگزینی آنها نیز بسیار ارزان است. اگر بودجه لازم را دارید، می‌توانید پروانه‌های فیبرکربن را به هر نحوی تهیه کنید.
نکته پایانی 🙂
مانند سایر اجزای یک پهپاد، پروانه‌های آن نیز قابل تعویض و سفارشی‌سازی هستند. درحالی‌که ساخت یک پهپاد دست‌ساز ممکن است برای اکثر مردم جالب نباشد، بهتر است بدانید که چه گزینه‌های پیش رو دارید. در موردپروانه‌ها، راه‌های مختلفی برای افزایش کارایی و عملکرد مدل‌های فابریک روی پهپاد شما وجود دارد.
