Cải tiến công nghệ trong phát triển UAV cỡ nhỏ

Sự phát triển của máy bay không người lái tiên tiến hiện đại đòi hỏi phải xem xét trên nhiều thông số như nền tảng, tải trọng, động cơ đẩy, nhiệm vụ tổng thể như một hệ thống tích hợp. Câu hỏi đặt ra là liệu rằng mỗi yếu tố phân tích này có đủ cần thiết và hoàn hảo để tối ưu phiên bản động cơ cuối cùng hay không. Mỗi yếu tố phân tích và các vấn đề liên quan sẽ được phân tích trong bài viết dưới đây. 

1. Các vấn đề thiết kế nền tảng

Nhiều UAV đang được phòng thí nghiệm SUAVELab nghiên cúu liên quan đến các phương tiện bay hạng nhẹ chạy bằng điện. Quy trình thiết kế cho loại phương tiện này khác với các phương tiện máy bay không người lái lớn hơn, đốt nhiên liệu bằng không khí. Trong các loại xe chạy bằng nhiên liệu, trọng lượng cất cánh được giả định, trọng lượng rỗng được ước tính dựa trên trọng lượng cất cánh, và trọng lượng khi kết thúc nhiệm vụ được so sánh với trọng lượng rỗng ước tính trước đó. Một “nhiên liệu cân bằng ”được thực hiện khi trọng lượng được cộng hoặc trừ khỏi trọng lượng cất cánh và quá trình lặp lại cho đến khi sự hội tụ xảy ra.

Trong quy trình thiết kế thay thế, bước đầu tiên là giả định trọng lượng cất cánh. Trọng lượng cất cánh này giúp ràng buộc mức dự kiến kích thước của phương tiện. Trong trường hợp của một UAV di động, trọng lượng phải được giới hạn ở mức mà một cá nhân có thể mang theo mà không có gánh nặng quá mức (tối đa <2-3lb.). Khi trọng lượng mục tiêu đã được xác định, một ước tính hoặc giả định được đưa ra đối với mức nâng có thể đạt được so với tỷ lệ cản (L / D) tại nhiệm vụ tốc độ mục tiêu. Tỷ lệ L / D đôi khi có thể được ước tính từ hiệu suất của các phương tiện tương tự khi có sự tương tự như vậy.

Hiện tại có rất ít những phương pháp tính toán để dự đoán trọng lượng cho thiết bị này, vì vậy chúng ta có thể sử dụng một bảng tính đơn giản để liệt kê trọng lượng các thành phần. Trọng lượng khung máy bay có vấn đề ở chỗ mặc dù các tệp dữ liệu CAD có thể được sử dụng để xác định một số trọng lượng dựa trên khối lượng vật liệu và mật độ, điều này chỉ chiếm 50-75% trọng lượng khung máy bay thực tế, tùy thuộc vào kỹ thuật xây dựng được sử dụng. Đây là một vấn đề đặc biệt cấp thiết đối với máy bay không người lái. 

Xem thêm: Triển vọng của máy bay không người lái 

2. Các vấn đề về phân tích và lựa chọn hệ thống đẩy

Chọn hệ thống đẩy “tối ưu” (tức là động cơ, hộp số, cánh quạt, bộ điều khiển động cơ và pin) là rất quan trọng đối với một UAV điện. Ngoài ra, càng nghiêm ngặt thì yêu cầu về độ bền, hệ thống đẩy càng được thiết kế phù hợp phải đạt được nhiệm vụ. Bên cạnh các vấn đề về dự đoán hiệu suất động cơ đẩy, còn có vấn đề về "kích cỡ" hệ thống. Thông thường, một động cơ mô phỏng được sử dụng để xác định các thông số chu trình tối ưu và các ràng buộc như Chiều dài trường cất cánh, Ps, và những thứ khác có thể được sử dụng để xác định lực đẩy tổng thể so với trọng lượng cần thiết. Sự kết hợp giữa động cơ, hộp số và cánh quạt tối ưu hóa lực đẩy tĩnh để cất cánh khác với động cơ giảm thiểu dòng điện trong hành trình. 

Hình 1: Hình ảnh động cơ VTOL

(Nguồn: Internet) 

Xem thêm: Hệ thống ngăn chặn máy bay không người lái 

3. Hệ thống con và các vấn đề tích hợp 

Khi phát triển các UAV nguyên mẫu, đặc biệt là những UAV có mục đích là "chi phí thấp", cách tiếp cận truyền thống là sử dụng càng nhiều thành phần COTS càng tốt. Tuy nhiên, việc sử dụng các thành phần này không phải là không có rủi ro. Tỷ lệ hỏng hóc của thành phần đối với một số loại linh kiện thường được sử dụng có thể kể đến như lỗi kiểm soát tốc độ dòng điện 30%, lỗi động cơ: 10%,.... Tỷ lệ mắc các lỗi này bao gồm cả lỗi điện tử (trong đó các thành phần không hoạt động hoặc hoạt động thất thường) cũng như lỗi cơ học trong hộp số hoặc tay điều khiển. Ngoài thành phần hỏng hóc, có nguy cơ đáng kể về việc không tương thích khi sử dụng
Công nghệ cảm biến và xử lý là một yếu tố khác, nơi cải tiến công nghệ có thể có một tiềm năng quan trọng. Hầu hết các đơn vị điều hướng tự động có sẵn trên thị trường đều đắt hơn một ứng dụng giá rẻ có thể điều chỉnh hợp lý, do đó nhu cầu sử dụng chúng bị giảm đi. Các đơn vị có khả năng có cả cảm biến thích hợp và lượng tính toán cho các thuật toán nâng cao, nếu có thể, phải dựa trên phần cứng hàng hóa để mức độ phần cứng như vậy có thể phù hợp với ứng dụng.

Hình 2: Hình ảnh cấu tạo của UAV NASA

(Nguồn: Internet)

Có thể thấy, sự phát triển của các UAV cỡ nhỏ tiên tiến bị cản trở bởi một số lỗ hổng công nghệ. Bao gồm việc không đủ các phương pháp phân tích cho khí động học số Reynolds thấp, kết hợp pin-mô-tơ-cánh quạt, ước tính hiệu quả kiểm soát và ước tính trọng lượng. Khoảng cách đáng kể về công nghệ cũng tồn tại trong các công nghệ hệ thống con riêng lẻ như thiết bị điện tử / điện tử hàng không, tự động điều hướng chi phí thấp, và công nghệ pin dung lượng cao / trọng lượng thấp. Tuy nhiên, hiện nay với một nỗ lực không ngừng trong việc nghiên cứu đang được thực hiện trên phạm vi rộng, việc chế tạo và ứng dụng các UAV nhỏ hơn sẽ được giảm thiểu.

Xem thêm: Hướng dẫn về pin Lithium Polymer 

Để biết thêm thông tin chi tiết hoặc cần hỗ trợ tư vấn, xin liên hệ với công ty Cổ phần Đầu tư Thương mại và Phát triển Công nghệ Hòa Bình. 

Thông tin liên hệ:

• Website: hoabinh.org
• Email: admin@hoabinh.org
• Số điện thoại: (+84) 347 672 480