تركيب بطارية الطائرات بدون طيار

بعد بناء وتطيير مئات الطائرات بدون طيار على مر السنين، تعلمت أن طريقة تثبيت البطارية أكثر أهمية بكثير مما يدرك العديد من الطيارين. يستكشف هذا الدليل الطرق المختلفة لتركيب بطاريات LiPo وLi-ion على إطار طائرتك بدون طيار، مع رؤى حول الأساليب التي تعمل بشكل أفضل لأنماط وحالات الطيران المختلفة.

مقدمة: لماذا تثبيت البطارية مهم

يؤثر التثبيت الصحيح للبطارية على عدة جوانب حاسمة من أداء طائرتك بدون طيار وسلامتها:

• مركز الثقل: موضع البطارية يؤثر مباشرة على خصائص الطيران
• مقاومة التحطم: التثبيت الآمن يمنع انفصال البطارية أثناء الاصطدامات
• عزل الاهتزازات: بعض طرق التثبيت تخفف الاهتزازات
• توزيع الوزن: يؤثر على التحكم، خاصة أثناء المناورات العنيفة
• الوصول السريع: يتيح تبديل البطارية بكفاءة في الميدان
• إدارة الحرارة: التثبيت المناسب يمكن أن يساعد في تبريد البطارية
• إجهاد الإطار: التثبيت غير الصحيح يمكن أن يسبب إجهاد أو تلف الإطارات

لقد رأيت عددًا لا يحصى من الطائرات بدون طيار تتحطم بسبب تحرك البطاريات أثناء الطيران أو انفصالها أثناء المناورات. يمكن أن تسبب البطارية التي تنفصل فشلاً كارثيًا - من فقدان الطاقة المفاجئ إلى تلف الإلكترونيات بسبب أسلاك البطارية المتأرجحة. إن استثمار الوقت في التثبيت الصحيح للبطارية هو واحد من أكثر إجراءات السلامة فعالية من حيث التكلفة التي يمكنك اتخاذها.

طرق تثبيت البطارية الشائعة

هناك عدة طرق لتأمين البطاريات، ولكل منها مزايا وقيود متميزة:

1. أنظمة الأشرطة

أشرطة البطارية هي طريقة التثبيت الأكثر شيوعًا، خاصة في مجتمع FPV:

بالنسبة لمعظم إنشاءاتي ذات الأسلوب الحر، أستخدم أشرطة مدعومة بالسيليكون بعرض 20 ملم، والتي توفر قبضة ممتازة مع السماح بتغيير البطارية سريعًا. بالنسبة لإنشاءات السباق حيث كل جرام مهم، قد أختار أشرطة النايلون الأخف وزنًا، مع قبول الأمان المنخفض قليلاً مقابل توفير الوزن.

تقنيات وضع الأشرطة

كيفية توجيه وشد الأشرطة تؤثر بشكل كبير على فعاليتها:

1. طريقة التشبيك المتقاطع: شريطان على شكل X
   • توفر أقصى درجات الأمان
   • تمنع الحركة في جميع الاتجاهات
   • الأفضل لأساليب الطيران العدوانية
2. طريقة الأشرطة المتوازية: شريطان أو أكثر تتحرك بالتوازي
   • توزع الضغط بشكل متساوٍ
   • تغيير البطارية بسهولة أكبر
   • مناسبة لمعظم التطبيقات
3. طريقة التمرير: الأشرطة تمر عبر فتحات الإطار
   • تثبيت آمن جدًا بالإطار
   • تمنع حركة الشريط
   • تتطلب تصميم إطار متوافق

لقد وجدت أنه بالنسبة للطيران الحر وطويل المدى، فإن شريطين متوازيين مع واحد بالقرب من كل طرف من البطارية يوفر أفضل توازن بين الأمان والراحة. بالنسبة للسباق، حيث يكون الانفصال أكثر احتمالًا بسبب المناورات عالية الجاذبية، توفر طريقة التشبيك المتقاطع أمانًا إضافيًا.

2. أنظمة الوسائد

يمكن استخدام مواد وسادة مختلفة إما بمفردها أو بالاقتران مع الأشرطة:

تعمل أنظمة الوسائد عن طريق إنشاء احتكاك بين البطارية وسطح التثبيت. وهي فعالة بشكل خاص في:

• تقليل الاهتزازات المنقولة إلى البطارية
• منع الحركة الجانبية
• توفير عزل حراري في درجات الحرارة القصوى

بالنسبة لإنشاءاتي السينمائية حيث يكون تقليل الاهتزاز أمرًا بالغ الأهمية، أستخدم وسائد سيليكون بسمك 3 ملم مع الأشرطة. تعزل الوسائد البطارية عن اهتزازات الإطار بينما توفر الأشرطة الأمان.

3. الحلول المدمجة في الإطار

تتضمن العديد من الإطارات الحديثة ميزات مصممة خصيصًا لتثبيت البطارية:

غالباً ما توفر الحلول المدمجة مع الإطار التثبيت الأكثر أناقة وأماناً، ولكن على حساب المرونة. عند اختيار إطار، ضع في اعتبارك كيف سيتلاءم نظام تثبيت البطارية مع البطاريات التي تفضلها.

أنا أقدر بشكل خاص الإطارات ذات قنوات الأشرطة المصممة بعناية والتي تمنع الأشرطة من الانزلاق مع السماح ببعض التعديلات لمختلف أحجام البطاريات.

4. أنظمة الأقفاص والصواني

للحصول على أقصى درجات الأمان أو للتطبيقات المتخصصة، توفر الأنظمة المغلقة مزايا:

تضيف هذه الأنظمة عادةً وزناً أكثر من طرق الأشرطة أو الوسائد لكنها توفر أماناً أفضل. وهي ذات قيمة خاصة لـ:

• العمليات التجارية التي يكون فيها انفصال البطارية كارثياً
• الطيران في ظروف قاسية (رياح قوية، اضطرابات)
• التطبيقات التي تتطلب تغييرات متكررة جداً للبطارية

بالنسبة لتركيباتي طويلة المدى التي تعمل بعيداً عن المنزل، أستخدم أحياناً قفصاً جزئياً خفيف الوزن مطبوعاً بتقنية TPU مع شريط، متقبلاً العقوبة الوزنية البسيطة مقابل الأمان الإضافي.

5. النهج الهجينة

يطور معظم الطيارين ذوي الخبرة في النهاية أنظمة تثبيت هجينة تجمع بين طرق متعددة:

تفضيلي الشخصي لمعظم التركيبات هو مزيج من:

1. وسادة سيليكون أسفل البطارية
2. شريطان مدعومان بالسيليكون
3. واقيات صدمات صغيرة من TPU عند حواف البطارية

يوفر هذا المزيج أماناً ممتازاً مع تخميد الاهتزازات وحماية حواف البطارية أثناء التحطم.

تثبيت البطارية لأنواع الدرونز المختلفة

تتطلب أنواع الدرونز المختلفة وأساليب الطيران متطلبات فريدة لتثبيت البطارية:

درونز السباق

للسباقات، الأولويات هي:

• وزن منخفض: كل جرام مهم
• تثبيت آمن: دورانات بقوة G عالية واحتمال التحطم
• تغييرات سريعة: تبديل البطاريات بسرعة بين الجولات

النهج الموصى به:

• أشرطة خفيفة الوزن ولكن قوية (العرض النموذجي 20 مم)
• وسائد قليلة لتوفير الوزن
• فكر في واقيات صدمات البطارية TPU لمنع الانفصال أثناء التحطم
• ضع البطارية للحصول على مركز توازن مثالي

درونز الفري ستايل

يتطلب طيران الفري ستايل:

• تثبيت آمن جداً: الطيران المقلوب، الانقلابات، اللفات
• مقاومة الاصطدام: الحماية أثناء التصادمات الحتمية
• توزيع وزن متوازن: للتحكم المتوقع

النهج الموصى به:

• أشرطة مدعومة بالسيليكون بنمط متقاطع
• لوح بطارية TPU أو واقيات صدمات
• وسادة مانعة للانزلاق أسفلها
• وضع البطارية لتحقيق توازن مائل قليلاً نحو المقدمة

درونز المدى الطويل

تتطلب إعدادات المدى الطويل:

• موثوقية مطلقة: الفشل ليس خياراً على مسافات بعيدة
• تبريد فعال: أوقات الطيران الممتدة تولد حرارة
• كفاءة الوزن: كل جرام يؤثر على المدى

النهج الموصى به:

• مزيج من الأشرطة الآمنة وحوامل TPU
• السماح ببعض تدفق الهواء حول البطارية للتبريد
• مراعاة موضع البطارية للديناميكا الهوائية المثلى
• تثبيت احتياطي (نظام احتجاز ثانوي)

درونز سينمائية

للقطات السلسة، الأولويات هي:

• عزل الاهتزازات: منع تأثير الاهتزاز في اللقطات
• أمان مطلق: حماية معدات الكاميرا الباهظة
• دقة التوازن: الحفاظ على أداء مثالي للجيمبال

النهج الموصى به:

• وسادات سيليكون/جل سميكة لتخفيف الاهتزاز
• أشرطة واسعة وآمنة (25-30 ملم)
• وضع البطارية لموازنة الجيمبال بشكل مثالي
• النظر في أنظمة الإفراج السريع لكفاءة الإنتاج

موضع البطارية ومركز الجاذبية

يؤثر مكان وضع البطارية بشكل كبير على خصائص الطيران:

التموضع الأفقي

التموضع العمودي

تموضع المكونات الإلكترونية

عادة ما أضع البطاريات متقدمة قليلاً عن المركز لمعظم تصميمات الطيران الحر، مما يوفر توازنًا مائلًا قليلاً للأمام يساعد في استقرار الطيران للأمام مع الحفاظ على الرشاقة الجيدة. بالنسبة لتصميمات السباق، أضع البطارية أكثر للأمام لتحسين خصائص الطيران للأمام.

حلول تثبيت البطارية محلية الصنع

يمكن للحلول المخصصة أن تلبي احتياجات أو قيود محددة:

خيارات الطباعة ثلاثية الأبعاد

إذا كان لديك إمكانية الوصول إلى طابعة ثلاثية الأبعاد، فكر في هذه الحلول المخصصة:

1. ألواح بطارية TPU
   • مخصصة الحجم لإطارك وبطاريتك
   • يمكن أن تشمل ميزات مثل قنوات الأشرطة والمصدات
   • المواد المرنة تمتص الصدمات
2. مصدات/واقيات البطارية
   • تحمي زوايا وحواف البطارية
   • تمنع الانفصال أثناء التحطم
   • يمكن تصميمها لأحجام بطاريات محددة
3. آليات التحرير السريع
   • مصممة خصيصًا لاحتياجاتك المحددة
   • يمكن أن تجمع بين الأمان والتغيير السريع
   • غالبًا ما تستخدم مزيجًا من الأجزاء المطبوعة والأجهزة

لقد صممت العديد من ألواح بطارية TPU لتصميماتي التي تتضمن مصدات مدمجة وقنوات للأشرطة. هذه توفر حماية ممتازة مع ضمان بقاء البطارية في الموضع المثالي.

مواد معاد استخدامها

ليس لديك طابعة ثلاثية الأبعاد؟ جرب هذه البدائل:

1. رغوة الحرف + شريط لاصق مزدوج
   • تخفيف اهتزاز غير مكلف
   • يمكن قصها بالحجم المطلوب بالضبط
   • تضيف وزناً ضئيلاً
2. حصائر المطبخ السيليكونية
   • خصائص تماسك ممتازة
   • يمكن قصها حسب الحجم
   • مقاومة للحرارة ومتينة
3. بطانة الرفوف المطاطية
   • قبضة جيدة، متاحة على نطاق واسع
   • غير مكلفة وسهلة العمل بها
   • تأتي بسماكات مختلفة
4. وسادات الماوس القديمة
   • مزيج جيد من التماسك والتوسيد
   • غالباً ما تكون مجانية (معاد استخدامها)
   • سهلة القص والتشكيل

أحد حلولي المفضلة محلية الصنع هو قص قطع صغيرة من حصائر المطبخ السيليكونية لإنشاء وسادات بطارية مخصصة الحجم. هذه توفر قبضة ممتازة وتخفيف الاهتزاز بتكلفة ضئيلة.

منتجات تثبيت البطارية التجارية

توفر العديد من المنتجات المصممة خصيصًا مزايا على الحلول محلية الصنع:

بينما يمكن أن تعمل الحلول محلية الصنع بشكل جيد، غالباً ما تقدم المنتجات التجارية تحسينات تبرر تكلفتها. أوصي بشكل خاص بالاستثمار في أشرطة عالية الجودة مبطنة بالسيليكون، حيث تقدم تحسينات كبيرة مقارنة بأشرطة النايلون الأساسية.

أخطاء شائعة في تثبيت البطارية

تجنب هذه الأخطاء المتكررة التي لاحظتها (وارتكبتها أحيانًا بنفسي):

شد غير كافٍ

المشكلة: أشرطة فضفاضة جدًا، مما يسمح بحركة البطارية
الحل: تأكد من أن الأشرطة مشدودة بما يكفي بحيث لا يمكن للبطارية التحرك، ولكن ليست مشدودة جدًا بحيث تتلف البطارية

الاعتماد فقط على الفيلكرو/الخطاف والحلقة

المشكلة: فشل اللاصق أثناء المناورات العنيفة
الحل: استخدم الخطاف والحلقة كنظام ثانوي، مع الأشرطة كوسيلة تثبيت أساسية

منع تبريد البطارية

المشكلة: تغليف البطارية بالكامل يمنع التبريد
الحل: تأكد من وجود بعض تدفق الهواء حول البطارية، خاصة للرحلات الطويلة

توجيه الشريط بشكل غير صحيح

المشكلة: تنزلق الأشرطة عن حواف البطارية أثناء الطيران
الحل: استخدم إطارات ذات قنوات للأشرطة أو أضف موجهات TPU للحفاظ على وضع الأشرطة

تجاهل حماية البطارية

المشكلة: تلف البطارية أثناء الاصطدامات
الحل: إضافة حماية للحواف باستخدام مصدات TPU أو حافظات واقية

إغفال مشاكل التوازن

المشكلة: وضع البطارية يخلق مشاكل في المناورة
الحل: اختبار مواضع مختلفة للعثور على مركز الجاذبية الأمثل

فقدت ذات مرة طائرة بدون طيار باهظة الثمن بسبب استخدام أشرطة بالية سمحت للبطارية بالتحرك أثناء قلب الطائرة، مما تسبب في تحطمها بشكل كارثي. منذ ذلك الحين، أفحص الأشرطة بانتظام وأستبدلها عند ظهور أول علامة على التآكل.

تثبيت البطارية للظروف القاسية

تتطلب الحالات الخاصة اعتبارات إضافية:

بيئات الاهتزاز العالي

للطائرات التي تعمل بالقرب من المعدات الصناعية أو ذات المراوح غير المتوازنة:

• استخدم وسادات سيليكون سميكة (3-5 مم)
• فكر في أنظمة التخميد ذات الطبقة المزدوجة
• عزل البطارية عن الإطار بتثبيت ناعم

درجات الحرارة القصوى

للبيئات شديدة الحرارة أو البرودة:

• السماح بمساحة تبريد إضافية في الحرارة
• عزل البطاريات في البرد الشديد
• استخدام مواد تثبيت مقاومة لدرجات الحرارة
• التفكير في حواجز حرارية بين البطارية والإطار

تطبيقات الصدمات العالية

للسباقات أو الطيران الحر العنيف:

• استخدام أنظمة تثبيت احتياطية
• إضافة حماية TPU في جميع زوايا البطارية
• التفكير في أنظمة القفص الكاملة أو الجزئية
• استخدام أشرطة كيفلار مقاومة للقطع

التعرض للماء/الرطوبة

للعمليات بالقرب من الماء:

• استخدام مواد تثبيت غير ماصة
• ضمان مسارات تصريف في حالة دخول الماء
• التفكير في طلاء متوافق على توصيلات البطارية
• استخدام أجهزة مقاومة للتآكل

بالنسبة لطيراني الشتوي في جبال الألب السويسرية، أستخدم مزيجًا من الوسادات العازلة وأغطية البطارية المقاومة للرياح للحفاظ على درجة حرارة البطارية، مع أشرطة ذات ظهر سيليكوني تحافظ على مرونتها حتى في البرد القارس.

نصائح احترافية من الخبرة

بعد سنوات من التجارب، إليك أفضل رؤى تثبيت البطارية لدي:

1. فحص ما قبل الطيران: اسحب البطارية بقوة دائمًا قبل الطيران للتحقق من تثبيتها بشكل آمن
2. صيانة الشريط: استبدل الأشرطة التي تظهر أي علامات تآكل أو انخفاض المرونة
3. استبدال الوسادة: نظف أو استبدل وسادات الإمساك عندما تبدأ في تجميع الحطام أو فقدان اللزوجة
4. مراعاة درجة الحرارة: أشرطة أكثر ارتخاءً قليلاً في الطقس البارد، لأن البطاريات يمكن أن تتمدد عندما تكون دافئة
5. فحص التحطم: تحقق دائمًا من نظام التثبيت بعد أي تحطم قبل الطيران مرة أخرى
6. توحيد حجم البطارية: عندما يكون ذلك ممكنًا، قم بتوحيد 1-2 من أحجام البطارية عبر أسطولك للتثبيت المتسق
7. خلوص معدات الهبوط: تأكد من أن تركيب البطارية لا يتداخل مع ضغط معدات الهبوط
8. إدارة الكابل: قم بتوجيه كابلات البطارية لمنع الشد أو التلف أثناء تركيب/إزالة البطارية
9. اختيار عرض الشريط: استخدم أشرطة أوسع (25-30 مم) للبطاريات الكبيرة، وأضيق (15-20 مم) للبناء الأصغر
10. الاحتفاظ بنسخة احتياطية: للعمليات الحرجة، فكر في نظام احتفاظ ثانوي مثل حبل أمان

الأسئلة الشائعة: أسئلة شائعة حول تثبيت البطارية

ما هو الأفضل: شريط سميك واحد أو شريطان أرفع؟

الشريطان أفضل دائمًا تقريبًا من واحد، حتى إذا كان الشريط الواحد أسمك. يمنع الشريطان البطارية من الدوران حول محور واحد ويوفران احتياطيًا في حالة فشل أحد الأشرطة. أوصي بشريطين مقاس 20 مم لمعظم البنيات بدلاً من شريط واحد مقاس 30 مم.

ما مدى إحكام أشرطة البطارية؟

يجب أن تكون الأشرطة محكمة بدرجة كافية بحيث لا يمكن للبطارية أن تتحرك عند تطبيق قوة معتدلة، ولكن ليس محكمة لدرجة أنها تشوه البطارية أو تجعل إزالتها صعبة. يجب أن تكون قادرًا على تمرير إصبع تحت الشريط بضغط ثابت. يمكن أن يؤدي الإفراط في الإحكام إلى إتلاف خلايا البطارية بمرور الوقت.

هل من الآمن استخدام أجهزة معدنية في أنظمة تثبيت البطارية؟

الأجهزة المعدنية (البراغي والصواميل وما إلى ذلك) مناسبة طالما أنها لا يمكنها ملامسة التوصيلات الكهربائية للبطارية أو ثقب غلاف البطارية. أوصي باستخدام حماية TPU أو بلاستيكية بين أي مكونات معدنية والبطارية نفسها. للحصول على أقصى قدر من الأمان، تجنب المعادن المكشوفة في أنظمة تثبيت البطارية.

كيف أعرف ما إذا كان تثبيت البطارية الخاص بي آمنًا بما فيه الكفاية؟

قم بإجراء هذا الاختبار قبل الطيران: مع إيقاف تشغيل الطائرة بدون طيار، أمسكها بأمان وهزها بقوة في جميع الاتجاهات. ثم اقلبها رأسًا على عقب وهزها مرة أخرى. إذا تحركت البطارية على الإطلاق، فإن نظام التثبيت الخاص بك يحتاج إلى تحسين. بالنسبة للطيران الحر أو السباق، يجب أن يكون الاختبار أكثر قوة.

هل يجب أن أستخدم طرق تثبيت مختلفة لأنواع مختلفة من البطاريات (LiPo مقابل Li-ion)؟

نعم. خلايا الليثيوم أيون (خاصة في الحزم بدون علبة صلبة) أكثر عرضة للتلف المادي من بطاريات LiPo. فهي تستفيد من الحماية الإضافية مثل علب TPU أو المصدات. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون حزم ليثيوم أيون أثقل وقد تتطلب أنظمة تثبيت أقوى. أستخدم حماية أكثر شمولاً لحزم الليثيوم أيون الخاصة بي، خاصة في الإنشاءات طويلة المدى.

الخلاصة

يعد التثبيت المناسب للبطارية جانبًا بالغ الأهمية ولكنه غالبًا ما يتم تجاهله في بناء وصيانة الطائرات بدون طيار. يعتمد حل التثبيت المناسب على الطائرة بدون طيار المحددة وأسلوب الطيران وبيئة التشغيل. من خلال فهم المبادئ والخيارات الموضحة في هذا الدليل، يمكنك تطوير نظام تثبيت بطارية يوفر الأمان والراحة والحماية المناسبة.

تذكر أن تثبيت البطارية يؤثر مباشرة على السلامة - يمكن أن تتسبب البطارية المنفصلة في فشل كارثي وإصابة محتملة. استثمر الوقت في تطوير نظام تثبيت موثوق والحفاظ عليه، واجعل التحقق منه جزءًا من روتين ما قبل الطيران.

لقد وجدت أن التفاصيل الصغيرة لتثبيت البطارية - جودة الأشرطة، ووضع الوسادات، وإضافة حماية الحواف - غالبًا ما تميز الطائرة بدون طيار الوظيفية فقط عن تلك التي هي موثوقة حقًا وممتعة للطيران. هذه التفاصيل تستحق التصحيح.

المراجع والقراءة الإضافية

المراجع الداخلية

• قوائم مراجعة ما قبل طيران الطائرات بدون طيار
• دليل توصيل الطائرات بدون طيار: فهم أحجام الأسلاك وأنواعها وأفضل الممارسات
• نظرة عامة على أنواع وكيمياء بطاريات الطائرات بدون طيار
• إطارات الطائرات بدون طيار: الأحجام والمواد والاختيار

المصادر الخارجية

• دليل سلامة بطارية الطائرة بدون طيار
• مستودع حوامل البطاريات القابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد