تخفيف اهتزاز الطائرات بدون طيار

بعد بناء وتشغيل مئات الطائرات بدون طيار على مدار العقد الماضي، تعلمت أن الإدارة الفعالة للاهتزازات غالبًا ما تكون الفرق بين الأداء المتوسط والاستثنائي. يستكشف هذا الدليل الشامل مصادر الاهتزاز، وتقنيات التخميد، والمواد، واستراتيجيات التنفيذ العملية استنادًا إلى خبرتي العملية الواسعة عبر منصات طائرات بدون طيار مختلفة.

مقدمة لتخميد الاهتزاز في الطائرات بدون طيار

كان أول مشروع جاد لي في مجال FPV في عام 2020 يحتوي على جميع المكونات المناسبة - محركات عالية الجودة، وحدة تحكم في الطيران موثوقة، وإطار متين. ومع ذلك، عانى من مشاكل طيران مستمرة وجودة فيديو سيئة. بعد أسابيع من استكشاف الأخطاء وإصلاحها، اكتشفت السبب: الاهتزازات المفرطة التي تصل إلى وحدة التحكم في الطيران والكاميرا. أدى تنفيذ تخميد الاهتزاز المناسب إلى تحويل تلك الطائرة من غير متوقعة بشكل محبط إلى موثوقة بشكل ثابت.

تخميد الاهتزاز هو ممارسة عزل المكونات الحساسة عن الاهتزازات الميكانيكية المتأصلة في الطائرات متعددة الدوارات. في حين أنه غالبًا ما يتم تجاهله من قبل المبتدئين، فإنه جانب حاسم من بناء الطائرات بدون طيار يؤثر على:

1. أداء الطيران: يمكن أن تسبب الاهتزازات المفرطة ارتباكًا في الجيروسكوبات ومقاييس التسارع، مما يسبب عدم استقرار الطيران. لقد رأيت طائرات بدون طيار ذات مكونات متطابقة تؤدي بشكل مختلف بشكل كبير استنادًا فقط إلى عزل الاهتزاز الخاص بها.
2. جودة الفيديو: تخلق الاهتزازات اهتزازات دقيقة في اللقطات ويمكن أن تسبب تأثير "الهلام" في مقاطع الفيديو. بعض من أكثر لقطاتي السينمائية سلاسة تأتي من طائرات بدون طيار مع إدارة دقيقة للاهتزاز.
3. عمر المكونات: يمكن أن يؤدي الاهتزاز المستمر إلى إتلاف المكونات الإلكترونية وإرخاء الوصلات الميكانيكية. استمرت وحدات التحكم في الطيران لسنوات أطول بعد تنفيذ التخميد المناسب.
4. دقة الاستشعار: تعمل أجهزة استشعار الملاحة والارتفاع والتموضع بشكل أفضل مع تقليل الاهتزاز. لقد قست تحسينات كبيرة في دقة الحفاظ على الموضع بعد تحسين عزل الاهتزاز.
5. الموثوقية العامة: يعني تقليل الاهتزاز حدوث أعطال أقل أثناء الطيران وأداء أكثر اتساقًا. جميع المشاريع الأكثر موثوقية لدي تشترك في خاصية واحدة: إدارة ممتازة للاهتزاز.

فهم اهتزازات الطائرات بدون طيار

قبل تخميد الاهتزازات بشكل فعال، من الضروري فهم مصادرها وخصائصها وتأثيراتها:

مصادر الاهتزاز

من خلال الاختبار والتحليل المكثف، حددت هذه المصادر الأساسية للاهتزاز في الطائرات متعددة الدوارات:

• المحركات والمراوح: المصدر الرئيسي للاهتزازات في معظم الطائرات بدون طيار. لقد قست اختلافات الاهتزاز بأكثر من 300٪ بين إعدادات المراوح المتوازنة بشكل جيد وتلك المتوازنة بشكل سيء.
• رنين الإطار: تقوم تصميمات إطار معينة بتضخيم الاهتزازات عند ترددات محددة. لقد واجهت إطارات تتردد بشدة في مواضع خانق معينة، مما يخلق طفرات اهتزاز.
• المكونات التالفة: أعمدة المحرك المنحنية، أو المحامل التالفة، أو الإطارات المتصدعة تخلق اهتزازات غير طبيعية. أقوم الآن بإجراء تحليل للاهتزاز بعد أي تحطم كبير لتحديد الضرر المحتمل.
• الوصلات المفكوكة: تخلق المكونات غير المثبتة بشكل كافٍ أنماط الاهتزاز الخاصة بها. لقد حللت مشاكل اهتزاز غامضة ببساطة عن طريق شد جميع براغي الإطار بشكل صحيح.
• التأثيرات الديناميكية الهوائية: تخلق الاضطرابات وتيار المروحة أنماط اهتزاز متغيرة. تصبح هذه ملحوظة بشكل خاص بالقرب من الأسطح أو في مناورات طيران معينة.

خصائص الاهتزاز

فهم أنواع الاهتزاز يساعد على اختيار حلول التخميد المناسبة:

• نطاقات التردد: تولد المكونات المختلفة اهتزازات بترددات مختلفة. من خلال تحليل الطيف، حددت أن محركات الطائرات الرباعية الصغيرة النموذجية تنتج اهتزازات أساسية في نطاق 100-300 هرتز.
• السعة: تختلف شدة الاهتزاز استنادًا إلى موضع الخانق وظروف الطيران. قست ذروة الاهتزازات عند حوالي 70-80٪ من الخانق في معظم المشاريع.
• المكونات الاتجاهية: تحدث الاهتزازات على طول محاور مختلفة (X، Y، Z). في اختباراتي، تكون الاهتزازات العمودية (المحور Z) هي الأقوى عادةً في الطائرات الرباعية.
• التوافقيات: الاهتزازات عند مضاعفات التردد الأساسي. يمكن أن تكون هذه التوافقيات ذات التردد الأعلى مشكلة بشكل خاص لبعض المكونات.
• نقاط الرنين: الترددات التي يضخم فيها الإطار أو المكونات الاهتزازات بشكل طبيعي. لقد رسمت خرائط لنقاط الرنين لإطاراتي الشائعة لتجنب العمل في مواضع الخانق هذه أثناء المناورات الحرجة.

التأثيرات على المكونات المختلفة

تتأثر مكونات الطائرة بدون طيار المختلفة بشكل مختلف بالاهتزازات:

• وحدات التحكم في الطيران: يمكن للجيروسكوبات ومقاييس التسارع أن تسيء تفسير الاهتزازات كحركة فعلية. لقد شاهدت تذبذبات ناتجة عن الاهتزاز لم يتمكن أي ضبط PID من إصلاحها حتى تمت معالجة الاهتزاز.
• الكاميرات: تعاني كل من كاميرات FPV وHD من الاهتزاز، مع تعرض كاميرات الغالق الدوار بشكل خاص لتأثير "الهلام". تم حل بعض مشاكل الفيديو الأكثر إحباطًا لدي من خلال إدارة الاهتزاز بدلاً من ترقيات الكاميرا.
• أجهزة استشعار GPS/الملاحة: تتدهور دقة الموضع مع الاهتزاز المفرط. قست تحسنًا يصل إلى 3 أضعاف في دقة الحفاظ على الموضع بعد تنفيذ عزل اهتزاز مناسب لوحدات GPS.
• المكونات الإلكترونية: يمكن أن تفشل وصلات اللحام والتوصيلات قبل الأوان تحت الاهتزاز المستمر. لقد استعدت الإلكترونيات "الميتة" ببساطة عن طريق إعادة لحام المكونات التي أرخاها الاهتزاز.
• توصيلات البطارية: يمكن أن يتسبب الاهتزاز في حدوث مشاكل طاقة متقطعة. بعد تجربة فقدان الطاقة في الهواء، أستخدم الآن تقنيات التثبيت اللين لتوصيلات البطارية في المشاريع ذات الاهتزاز العالي.

قياس الاهتزازات

كان قياس الاهتزازات أمرًا ضروريًا لنهجي المنظم في التخميد:

• تسجيل الصندوق الأسود: توفر سجلات وحدة التحكم في الطيران بيانات اهتزاز مفصلة. أقوم بتحليل آثار بيانات الجيروسكوب لتحديد نطاقات التردد الإشكالية ونقاط الرنين.

GitHub - betaflight/blackbox-log-viewer: عارض سجلات تفاعلي لسجلات الطيران المسجلة بواسطة الصندوق الأسود

عارض سجلات تفاعلي لسجلات الطيران المسجلة بواسطة الصندوق الأسود - betaflight/blackbox-log-viewer

GitHubbetaflight

GitHub - iNavFlight/blackbox-log-viewer: عارض سجلات تفاعلي لسجلات الطيران المسجلة بواسطة الصندوق الأسود

عارض سجلات تفاعلي لسجلات الطيران المسجلة بواسطة الصندوق الأسود - iNavFlight/blackbox-log-viewer

GitHubiNavFlight

• تحليل الطيف: أدوات برمجية لتحديد الترددات الإشكالية المحددة. كان هذا لا يقدر بثمن لاستهداف حلول التخميد لنطاقات اهتزاز محددة. على الرغم من أنها ليست للمبتدئين، تعتبر أداة PID toolbox أداة قوية لإجراء تحليل الطيف.

GitHub - bw1129/PIDtoolbox: مجموعة PIDtoolbox هي مجموعة من الأدوات الرسومية لتحليل بيانات سجل الصندوق الأسود

مجموعة PIDtoolbox هي مجموعة من الأدوات الرسومية لتحليل بيانات سجل الصندوق الأسود - bw1129/PIDtoolbox

GitHubbw1129

• تطبيقات مقياس التسارع: يمكن لتطبيقات الهواتف الذكية توفير قياسات اهتزاز أساسية. أستخدمها للتقييمات السريعة في الميدان عندما لا يكون تسجيل الصندوق الأسود عملياً.

‎Sonic Tools SVM

‎هذا محلل للصوت والاهتزاز والمجال المغناطيسي. نظرًا لأن الكود المصدري لهذا منشور على نطاق واسع كبرنامج مفتوح المصدر على GitHub، يمكنك إنشاء إصدار مخصص من هذا. نرحب بالمستخدمين الذين يرغبون منا في إنشاء إصدار مخصص من هذا التطبيق. * الصوت (محلل [FFT / RTA / مخطط طيفي]…

App StoreRikki Systems Inc.

• المؤشرات المرئية: توفر لقطات الكاميرا أدلة مرئية على مشاكل الاهتزاز. لقد طورت عيناً لتحديد مشاكل اهتزاز محددة من بصماتها المرئية في الفيديو.
• اختبار اللمس: الشعور بالاهتزازات جسدياً أثناء اختبارات المحرك. ساعدتني هذه التقنية البسيطة في تحديد المكونات المفكوكة ومشاكل الرنين قبل الطيران.

مواد وطرق تخميد الاهتزاز

من خلال سنوات من التجريب، عملت مع العديد من مواد وطرق التخميد:

مواد التخميد

توفر المواد المختلفة خصائص عزل اهتزاز متنوعة:

المطاط والمواد المرنة

• حلقات المطاط: عزل بسيط لتركيب وحدات التحكم في الطيران. لا زلت أستخدمها للبناء منخفض التكلفة، رغم أنها أقل فعالية من الخيارات الأكثر تطورًا.
• الحلقات الدائرية (O-rings): فعالة لتكوينات تركيب معينة. قمت بإنشاء أنظمة تخميد مخصصة باستخدام حلقات دائرية بأحجام مناسبة للمكونات ذات فتحات التثبيت.
• كرات الإيلاستومر: توفر عزلاً في اتجاهات متعددة. تعمل بشكل جيد لوحدات التحكم في الطيران لكنها تتطلب احتواءً آمنًا لمنع خروجها أثناء التحطم.
• تصنيفات الصلابة (Durometer): قياس الصلابة المؤثرة على خصائص التخميد. من خلال الاختبار، وجدت أن صلابة 30-40A تعمل بشكل أفضل لوحدات التحكم في الطيران في طائرات 5 بوصة النموذجية، بينما تكون 50-60A أفضل للطائرات الأكبر والأكثر قوة.
• تجربة شخصية: رغم بساطتها، فإن حلول المطاط متينة وموثوقة. أحتفظ بدرجات صلابة مختلفة لتتناسب مع أنماط الاهتزاز المختلفة.

الرغوات والمواد الهلامية

• رغوة البولي يوريثان: خفيفة الوزن مع خصائص تخميد جيدة. أستخدمها لتركيب الكاميرات والمكونات خفيفة الوزن.
• رغوة الذاكرة: ممتازة لامتصاص الاهتزازات ولكن أقل متانة. استخدمتها بنجاح للحلول قصيرة المدى لكنني أجد أنها تتدهور بسرعة كبيرة للتركيبات الدائمة.
• وسادات الجل السيليكون: خصائص عزل ممتازة مع متانة جيدة. أصبحت معياري لتركيب وحدات التحكم في الطيران في معظم المشاريع.
• رغوات ذات ظهر لاصق: مناسبة للتطبيقات المخصصة. أقطعها حسب الشكل لتخميد مكونات محددة مثل أجهزة إرسال واستقبال الفيديو.
• تجربة شخصية: توفر وسادات الهلام أفضل مزيج من الأداء والراحة لوحدات التحكم في الطيران. عادة ما أستبدلها كل 6-12 شهرًا لأنها يمكن أن تتصلب بمرور الوقت.

المواد المتقدمة

• سوربوثين (Sorbothane): مادة عزل اهتزازات احترافية. أستخدمها في مشاريع التصوير السينمائي عالية الجودة حيث يكون تخفيف الاهتزازات القصوى أمرًا بالغ الأهمية.
• كيوشو زيل (Kyosho Zeal): وسادات تخميد اهتزازات متخصصة للتحكم عن بعد. تعمل بشكل استثنائي جيد لوحدات التحكم في الطيران في مشاريع السباق عالية الأداء.
• صفائح تخميد 3M: مادة تخميد لاصقة لتقليل رنين الإطار. أضعها على أذرع الإطار والألواح في الإطارات من ألياف الكربون لتقليل نقل الاهتزازات.
• مخمدات مركبة: مزيج من المواد ذات الخصائص المختلفة. قمت بإنشاء مخمدات طبقية مخصصة لتطبيقات محددة، تجمع بين المواد التي تستهدف نطاقات ترددات مختلفة.
• تجربة شخصية: المواد المتقدمة تكلف أكثر لكنها توفر أداءً متفوقًا. للتطبيقات الاحترافية، كان الاستثمار في هذه المواد مجديًا من حيث جودة اللقطات وموثوقية الطيران.

طرق التركيب

تؤثر طريقة تطبيق مواد التخميد بشكل كبير على أدائها:

التركيب المرن

• التركيب بطريقة السندويتش: المكون معلق بين مواد التخميد. أستخدم هذا النهج لمعظم وحدات التحكم في الطيران، مع وضع مواد التخميد فوق وتحت اللوحة.
• التركيب من الزوايا: العزل عند نقاط التثبيت فقط. يعمل هذا بشكل جيد للمكونات الأكبر حجمًا حيث يكون التركيب الكامل بطريقة السندويتش غير عملي.
• التركيب المعلق: المكون معلق من مواد مرنة. لقد استخدمت هذا للكاميرات مع نتائج ممتازة، رغم أنه يتطلب تنفيذًا دقيقًا للحفاظ على المحاذاة.
• التركيب بالضغط: المكون مثبت في مكانه بواسطة مادة تخميد مضغوطة. هذا يوفر عزلًا ممتازًا ولكن قد يسمح بحركة زائدة أثناء المناورات العنيفة.
• تجربتي الشخصية: تعمل طرق التركيب المختلفة بشكل أفضل لمكونات مختلفة. أنا عادة أستخدم طريقة السندويتش لوحدات التحكم في الطيران والتركيب من الزوايا للكاميرات وأجهزة إرسال الفيديو.

التركيب الصلب مع التخميد

• تخميد الطبقة المقيدة: مادة تمتص الاهتزاز موضوعة بين المكون والتركيب الصلب. أستخدم هذا النهج للمكونات التي تتطلب محاذاة دقيقة.
• التخميد بالكتلة: إضافة كتلة لتقليل سعة الاهتزاز. لقد استخدمت هذه التقنية بنجاح للكاميرات عن طريق إضافة أوزان صغيرة إلى هيكل الحامل.
• مخمدات الكتلة المضبوطة: عناصر ذات وزن محدد تعاكس ترددات اهتزاز معينة. لقد جربت هذه الطريقة لمشاكل الرنين الصعبة بشكل خاص.
• تجربتي الشخصية: تعمل هذه النهج بشكل جيد عندما لا يكون التركيب المرن عمليًا. غالبًا ما أستخدم تخميد الطبقة المقيدة لوحدات GPS حيث استقرار الموقع مهم.

النهج الهجينة

• عزل التردد الانتقائي: الجمع بين المواد لاستهداف نطاقات تردد محددة. تستخدم عمليات البناء الأكثر فعالية لدي مواد مختلفة لمعالجة مصادر الاهتزاز المختلفة.
• حلول خاصة بكل مكون: تخصيص نهج التخميد وفقًا لاحتياجات كل مكون. لقد وجدت أنه لا يوجد نهج واحد يعمل بشكل أفضل لجميع المكونات.
• الأنظمة التكيفية: التخميد الذي يستجيب بشكل مختلف في ظروف الطيران المختلفة. تتضمن عمليات البناء المتقدمة لدي أنظمة تخميد توفر خصائص مختلفة أثناء التحليق مقابل الطيران عالي السرعة.
• تجربتي الشخصية: أعطت النهج الهجينة أفضل النتائج لدي. فهم حساسية كل مكون لأنواع الاهتزاز المختلفة يسمح بحلول مستهدفة.

مقارنة مواد تخميد الاهتزاز بناءً على اختباراتي وخبرتي عبر عشرات عمليات البناء.

تقنيات التخميد الخاصة بالمكونات

تتطلب مكونات الدرون المختلفة نهجًا متخصصة لتخميد الاهتزاز:

تخميد وحدة التحكم في الطيران

قلب نظام التحكم في الدرون يتطلب عزل اهتزاز دقيق:

• التركيب المكدس: تستفيد وحدات التحكم الحديثة المكدسة من العزل بين المكونات. أستخدم وسائد سيليكون رقيقة بين كل لوحة في المكدس لمنع انتقال الاهتزاز.
• الصلابة المثالية: مطابقة صلابة مادة التخميد مع خصائص الدرون. بالنسبة لطائراتي الحرة مقاس 5 بوصات، يوفر سيليكون بدرجة صلابة 35A أفضل توازن بين العزل والاستقرار.
• ضغط التثبيت: يؤثر شد البراغي المناسب بشكل كبير على أداء التخميد. لقد طورت نهج "محكم بما يكفي" - تأمين البراغي حتى تبدأ مادة التخميد في الانضغاط قليلاً.
• اعتبارات الاتجاه: بعض وحدات التحكم في الطيران تعمل بشكل أفضل عند تركيبها في اتجاهات محددة. لقد وجدت أن تركيب وحدة التحكم مع رقاقة الجيروسكوب الحساسة بشكل عمودي على أذرع المحرك غالبًا ما يقلل من مشاكل الاهتزاز.
• تجربتي الشخصية: بعد مئات عمليات البناء، استقريت على نهج موحد: وسائد السيليكون الهلامية مع مباعدات النايلون ومع الشد الكافي لمنع الحركة دون ضغط الهلام. هذا يوفر عزلًا ممتازًا مع الحفاظ على الاستقرار الفيزيائي.

تخميد الكاميرا

تستفيد كل من كاميرات FPV وHD من العزل المناسب للاهتزاز:

تخميد كاميرا FPV

• حوامل TPU: توفر حوامل البولي يوريثان الحراري المطبوعة ثلاثية الأبعاد تخميدًا ممتازًا. أصمم هذه الحوامل بمناطق مرنة محددة لامتصاص الاهتزازات مع الحفاظ على محاذاة الكاميرا.
• وسادة من الفوم: وضع استراتيجي للفوم بين الكاميرا والحامل. أستخدم شرائح رفيعة من الفوم عند نقاط الاتصال بدلاً من لف الكاميرا بالكامل.
• توتر التثبيت: موازنة الأمان مع العزل. إذا كان شديد الإحكام، تنتقل الاهتزازات مباشرة؛ وإذا كان فضفاضًا جدًا، تتحرك الكاميرا بشكل مفرط أثناء المناورات.
• تجربة شخصية: أكثر إعداد فعال لكاميرا FPV استخدمته يتضمن حامل TPU شبه صلب مع وسادة فوم بسماكة 2 ملم عند نقاط الاتصال وحلقات السيليكون O لبراغي التثبيت.

تخميد كاميرا عالية الدقة

• أنظمة الجيمبال: التثبيت الميكانيكي أو الإلكتروني. للتصوير الاحترافي، أستخدم جيمبال خفيف الوزن مع أنظمة عزل اهتزاز خاصة به.
• تخميد الوزن الموازن: توزيع متوازن للوزن لتقليل تأثيرات الاهتزاز. وجدت أن حوامل الكاميرا المتوازنة بشكل صحيح تعاني من اهتزاز أقل بكثير.
• العزل متعدد الطبقات: الجمع بين مواد تخميد مختلفة للعزل الشامل. تستخدم تركيباتي السينمائية نهجًا من ثلاث طبقات: عزل الإطار، وعزل الحامل، وعزل الكاميرا عن الحامل.
• تجربة شخصية: بالنسبة لكاميرات HD بدون جيمبال، حصلت على أفضل النتائج باستخدام مزيج من التثبيت بالسيليكون الناعم للاهتزازات عالية التردد والتخميد بالأوزان للحركة منخفضة التردد.

أجهزة GPS وأجهزة استشعار الملاحة

تتطلب مكونات استشعار الموقع تثبيتًا مستقرًا مع عزل معتدل للاهتزاز:

• حوامل ممتدة: رفع GPS بعيدًا عن مصادر الاهتزاز الرئيسية. تتضمن صواري GPS الخاصة بي مادة تخميد عند القاعدة لمنع انتقال الاهتزاز.
• عزل ألياف الكربون: يمكن لألواح CF نقل الاهتزازات بكفاءة. لا أقوم أبدًا بتركيب GPS مباشرة على ألياف الكربون دون عزل للاهتزاز.
• اعتبار مغناطيسي: ضمان عدم تداخل المحركات وكابلات الطاقة مع البوصلة. تتضمن حوامل GPS الخاصة بي عزلاً مغناطيسيًا بالإضافة إلى تخميد الاهتزاز.
• تجربة شخصية: بالنسبة لوحدات GPS، وجدت أن مواد التخميد الأكثر صلابة (صلابة 50-60A) توفر استقرارًا أفضل للموضع مع توفير عزل كافٍ للاهتزاز.

تخميد جهاز إرسال الفيديو

غالبًا ما يتم تجاهلها، لكن وحدات VTX يمكن أن تستفيد من عزل الاهتزاز:

• اعتبارات الحرارة: موازنة تخميد الاهتزاز مع إدارة الحرارة. أستخدم تثبيتًا من السيليكون يحافظ على بعض التلامس الحراري مع الإطار لتبديد الحرارة.
• تخفيف الضغط على الكابلات: منع انتقال الاهتزاز عبر الكابلات. تتضمن جميع تركيبات VTX الخاصة بي تثبيتًا ناعمًا لنقاط توصيل الكابلات.
• عزل حامل الهوائي: تقليل انتقال الاهتزاز إلى الهوائيات. أستخدم حوامل هوائي مرنة تمتص الاهتزاز بدلاً من نقله إلى الهوائي.
• تجربة شخصية: بعد مواجهة مشاكل في الفيديو ناتجة عن مشاكل في الموصلات بسبب الاهتزاز، أقوم الآن بتثبيت جميع وحدات VTX بشكل ناعم مع اهتمام خاص بعزل مناطق الموصلات.

تخميد البطارية ونظام الطاقة

تقليل الاهتزاز في مكونات توصيل الطاقة يحسن الموثوقية:

• مواد وسادة البطارية: وسادات من الفوم أو السيليكون تحت البطاريات. أستخدم فوم مغلق الخلايا بسماكة 3 ملم تحت جميع بطارياتي لتقليل انتقال الاهتزاز في كلا الاتجاهين.
• تخميد توزيع الطاقة: تثبيت ناعم للوحات توزيع الطاقة عندما يكون ذلك ممكنًا. في التركيبات التي تكون فيها لوحة توزيع الطاقة منفصلة عن وحدة التحكم في الطيران، أستخدم وسادات سيليكون رقيقة للتثبيت.
• إدارة الكابلات: تأمين الأسلاك لمنع التآكل الناتج عن الاهتزاز. أستخدم روابط سيليكون ناعمة بدلاً من روابط الكابلات الصلبة لإدارة الكابلات في المناطق ذات الاهتزاز العالي.
• تجربة شخصية: يخدم تخميد البطارية غرضًا مزدوجًا - فهو يحمي البطارية من اهتزازات الإطار ويمنع كتلة البطارية من التأثير على رنين الإطار. نهجي الموحد يستخدم فومًا مغلق الخلايا مع أشرطة خطاف وحلقة مدعومة بالسيليكون.

أفضل ممارسات التركيب

التنفيذ الصحيح أمر بالغ الأهمية لتخميد الاهتزاز الفعال:

التحضير والتخطيط

• تحليل الاهتزازات: تحديد المشاكل المحددة قبل تطبيق الحلول. أقوم بإجراء اختبار اهتزاز أساسي على جميع التجميعات الجديدة قبل تنفيذ التخميد.
• تخطيط المكونات: فهم المكونات التي تحتاج إلى أي نوع من العزل. أقوم بإنشاء خطة تخميد خاصة بكل تجميعة بناءً على مكوناتها والاستخدام المقصود منها.
• اختيار المواد: اختيار المواد المناسبة لكل تطبيق. تتضمن صندوق قطع الغيار الخاص بي على الأقل خمسة مواد تخميد مختلفة لتلبية احتياجات متنوعة.
• اعتبارات الوزن: الموازنة بين التخميد الفعال وقيود الوزن. بالنسبة لتجميعات السباق، أقوم بحساب تأثير وزن حلول التخميد وأعطي الأولوية للمكونات الأكثر أهمية.
• الخبرة الشخصية: تخطيط استراتيجية التخميد قبل البناء يوفر وقتًا كبيرًا وإعادة العمل. أقوم برسم نهج التخميد كجزء من تخطيط البناء الأولي.

تقنيات التركيب

• الأسطح النظيفة: ضمان التصاق مناسب لمواد التخميد. أقوم بتنظيف جميع أسطح التلامس بالكحول الأيزوبروبيلي قبل تطبيق مواد التخميد ذات الظهر اللاصق.
• التحكم في الضغط: إدارة مقدار ضغط مواد التخميد. أستخدم مباعدات النايلون بارتفاعات محددة للتحكم في ضغط مواد التخميد.
• نهج الطبقات: دمج المواد لتحسين الأداء. تستخدم بعض تجميعاتي طبقات من مواد مختلفة لمعالجة نطاقات ترددية متنوعة.
• اعتبارات درجة الحرارة: مراعاة كيفية أداء المواد في ظروف مختلفة. أختار حلول تخميد مختلفة للطائرات بدون طيار التي تعمل في درجات حرارة قصوى.
• الخبرة الشخصية: الدقة في التركيب تحدث فرقًا كبيرًا. أستخدم فرجار رقمي لقياس وقطع مواد التخميد للحصول على نتائج متسقة.

أخطاء التركيب الشائعة

الأخطاء التي ارتكبتها ولاحظتها والتي تضعف فعالية التخميد:

• الإفراط في الشد: ضغط مواد التخميد بشكل مفرط يقلل من فعاليتها. طورت قاعدة "ربع دورة بعد الضغط الأولي" لمعظم مسامير التثبيت.
• عدم التأمين الكافي: الأمان غير الكافي يسمح بحركة مفرطة. بعد تجربة وحدة تحكم في الطيران تغيرت موضعها أثناء الطيران، أتأكد من أن جميع المكونات المخمدة لديها محددات للحركة.
• التطبيق غير المتسق: التخميد غير المتساوي يخلق مشاكل اهتزاز جديدة. أتأكد من تطبيق مواد التخميد وضغطها بشكل موحد.
• تجاهل نقل الرنين: تخميد مكون واحد يمكن أن ينقل الرنين إلى مكونات أخرى. أتعامل مع التخميد بشكل شمولي، مع مراعاة كيف تؤثر التغييرات في منطقة واحدة على المناطق الأخرى.
• تداخل المواد: بعض مواد التخميد يمكن أن تتفاعل مع مكونات الطائرة بدون طيار. تعلمت هذا الدرس بعد أن ذابت وسادة رغوية جزئيًا عند ملامستها لـ ESC ساخن.

الصيانة والمراقبة

• الفحص المنتظم: فحص مواد التخميد للتحقق من التآكل أو التدهور. أقوم بفحص جميع مكونات التخميد أثناء الصيانة الروتينية.
• جدول الاستبدال: بعض المواد تفقد فعاليتها بمرور الوقت. أقوم باستبدال وسادات السيليكون الهلامية كل 6-12 شهرًا حسب الاستخدام.
• تقييم ما بعد التحطم: تقييم أنظمة التخميد بعد الصدمات. طورت قائمة تحقق سريعة بعد التحطم تشمل فحص جميع مكونات التخميد.
• المراقبة المستمرة للاهتزاز: استخدام سجلات الصندوق الأسود لتتبع تغييرات الاهتزاز بمرور الوقت. ساعدني هذا في تحديد المشاكل المتطورة قبل أن تسبب مشاكل.
• الخبرة الشخصية: الصيانة الاستباقية لأنظمة التخميد تمنع تدهور الأداء. أحتفظ بسجل عن وقت تركيب مواد التخميد وجدولة عمليات الاستبدال.

اختبار وضبط تخميد الاهتزاز

التقييم المنهجي يضمن إدارة مثالية للاهتزاز:

الاختبار الأولي

• اختبار محرك بمحرك: عزل مصادر الاهتزاز. أقوم باختبار كل محرك على حدة لتحديد أي محرك يولد اهتزازات غير طبيعية.
• اختبار مسح الخانق: تحديد نقاط الرنين عبر نطاق الخانق. هذا يكشف عن مواقع محددة للخانق تولد اهتزازات إشكالية.
• اختبارات النقر: تقييم كيفية انتشار الاهتزازات عبر الإطار. أقوم بنقر مكونات الإطار المختلفة برفق وألاحظ كيف تنتقل الاهتزازات إلى المكونات الحساسة.
• تسجيل خط الأساس: إنشاء ملفات تعريف الاهتزاز قبل التخميد. أقوم بالتقاط سجلات الصندوق الأسود قبل تنفيذ حلول التخميد لتوفير خط أساس للمقارنة.
• التجربة الشخصية: الاختبار المنهجي يوفر الوقت من خلال استهداف مشاكل محددة. يستغرق بروتوكول الاختبار الخاص بي حوالي 30 دقيقة ولكنه يوفر ساعات من استكشاف الأخطاء وإصلاحها لاحقًا.

طرق التقييم

• تحليل الصندوق الأسود: فحص بيانات الجيروسكوب لتوقيعات الاهتزاز. أبحث عن أنماط محددة في آثار الجيروسكوب التي تشير إلى أنواع مختلفة من مشاكل الاهتزاز.
• تقييم جودة الفيديو: تقييم اللقطات للكشف عن عيوب الاهتزاز. لدي نمط اختبار طيران قياسي يساعد في تحديد مشاكل الفيديو المتعلقة بالاهتزازات.
• مقارنة A/B: اختبار حلول تخميد مختلفة في ظروف متطابقة. غالبًا ما أبني منصات اختبار تسمح بتبديل حلول التخميد بسرعة للمقارنة المباشرة.
• تحليل التردد: استخدام أدوات FFT لتحديد نطاقات التردد الإشكالية. ساعدتني هذه التقنية المتقدمة في استهداف ترددات اهتزاز محددة بمواد مناسبة.
• التجربة الشخصية: الجمع بين طرق التقييم الذاتية والموضوعية يوفر الصورة الأكثر اكتمالاً. أستخدم كلاً من تحليل البيانات والإحساس بالطيران لتقييم فعالية التخميد.

التحسين التكراري

• تغييرات تدريجية: تعديل عنصر واحد في كل مرة. يسمح لي هذا النهج المنهجي بتحديد بالضبط التغييرات التي توفر فوائد.
• التوثيق: تسجيل التغييرات وتأثيراتها. تتضمن سجلات البناء الخاصة بي ملاحظات مفصلة حول تعديلات التخميد وتغييرات الأداء الناتجة.
• تجريب المواد: اختبار مقاييس صلابة ومواد مختلفة. أحتفظ بمجموعة من مواد التخميد ذات خصائص مختلفة للتجريب.
• نهج الجمع: إيجاد تآزر بين طرق التخميد المختلفة. بعض حلولي الأكثر فعالية تجمع بين تقنيات متعددة تعالج جوانب مختلفة من ملف الاهتزاز.
• التجربة الشخصية: الصبر مع العملية التكرارية يؤدي إلى أفضل النتائج. مرت عمليات البناء الأكثر تنقيحًا لدي بـ 3-5 تكرارات من تحسين تخميد الاهتزاز.

تقنيات التخميد المتقدمة

للحالات التي تتطلب إدارة استثنائية للاهتزاز:

التخميد التوافقي

• المخمدات ذات الكتلة المضبوطة: إضافة أوزان محددة لمواجهة ترددات الرنين. استخدمت هذه التقنية لمعالجة مشاكل الرنين المستعصية في حوامل الكاميرا.
• مواد خاصة بترددات محددة: اختيار مواد تخميد تستهدف نطاقات تردد محددة. تستخدم مشاريعي الاحترافية مواد مختلفة لمعالجة ترددات المحرك مقابل رنين الإطار.
• رسم خرائط الرنين: تحديد ومعالجة نقاط رنين الإطار. طورت تقنية لرسم خرائط عقد الرنين في الإطارات وتطبيق تخميد مستهدف.
• التجربة الشخصية: تتطلب أساليب التخميد التوافقي جهدًا أكبر ولكنها تحل مشاكل لا يمكن للطرق الأساسية حلها. أحتفظ بهذه التقنيات للتطبيقات الاحترافية حيث يبرر الأداء الاستثمار الإضافي في الوقت.

التخميد الهيكلي

• طبقات تخميد الإطار: إضافة مواد ماصة للاهتزاز إلى الإطار نفسه. أقوم بتطبيق صفائح تخميد رقيقة على الجزء الداخلي من إطارات ألياف الكربون لتقليل الرنين.
• التركيب المرن للمحركات: عزل المحركات عن الإطار. للتطبيقات شديدة الحساسية للاهتزاز، أستخدم حوامل محركات مرنة متخصصة رغم تعقيدها.
• تخميد الذراع: تقنيات لتقليل نقل الاهتزاز عبر أذرع الإطار. جربت مواد تخميد داخلية داخل أذرع الإطار المجوفة مع نتائج ممتازة.
• التجربة الشخصية: يعالج التخميد الهيكلي الاهتزازات من مصدرها. على الرغم من أنها أكثر تعقيدًا في التنفيذ، إلا أن هذه التقنيات يمكن أن تقلل الحاجة إلى تخميد المكونات المكثف.

أنظمة التخميد النشطة

• إلغاء الاهتزاز الإلكتروني: استخدام تصفية وحدة التحكم في الطيران لمواجهة الاهتزازات. أقوم بضبط المرشحات البرمجية بعناية لتكمل تدابير التخميد المادية.
• التخميد التكيفي: أنظمة تتكيف مع ظروف الطيران المختلفة. تتضمن عمليات البناء المتقدمة لدي حلول تخميد توفر خصائص مختلفة خلال مراحل الطيران المختلفة.
• أنظمة قائمة على التغذية الراجعة: استخدام بيانات المستشعر لتعديل التخميد ديناميكيًا. على الرغم من أنها تجريبية، فقد اختبرت أنظمة تعدل معلمات التصفية بناءً على تحليل الاهتزاز في الوقت الفعلي.
• التجربة الشخصية: تمثل الأنظمة النشطة أحدث ما توصلت إليه تقنيات إدارة الاهتزاز. أجمع بين هذه الأنظمة والتخميد المادي للتطبيقات الأكثر تطلبًا.

نصائح احترافية من تجربتي

بعد سنوات من تحسين أساليب تخميد الاهتزاز، إليكم بعض الرؤى التي اكتسبتها بصعوبة:

• وازن المراوح الخاصة بك: هذه الخطوة البسيطة تزيل مصدرًا رئيسيًا للاهتزاز. أستخدم موازنًا مغناطيسيًا لجميع المراوح الخاصة بي وقد قست انخفاضًا يصل إلى 70% في بعض ترددات الاهتزاز من خلال الموازنة وحدها.
• مبدأ مركز الكتلة: قم بتركيب وحدات التحكم بالطيران في أقرب مكان ممكن من مركز كتلة الطائرة بدون طيار. لقد وجدت أن وحدات التحكم بالطيران المثبتة في المركز الدقيق للكتلة تعاني من اهتزازات أقل بكثير أثناء المناورات القوية.
• تسلسل الصلابة: استخدم مواد أكثر ليونة (30A) لوحدات التحكم بالطيران، ومتوسطة (50A) للكاميرات، وأكثر صلابة (70A) لنظام تحديد المواقع والمكونات الحساسة للموضع الأخرى. هذا النهج المستهدف يلبي احتياجات كل مكون على حدة.
• ميزة النايلون: استخدم مسامير ودعامات النايلون لتثبيت المكونات الحساسة للاهتزاز. بالإضافة إلى ميزة وزنها الخفيف، وجدت أنها تنقل اهتزازات أقل بكثير من الأجهزة المعدنية.
• حيلة الشريط اللاصق ذو الوجهين: للإصلاحات السريعة في الميدان لأنظمة التخميد، يمكن أن يعمل شريط الفوم لاصق عالي الجودة ذو الوجهين بشكل رائع. أحتفظ بشريط 3M VHB في حقيبة الميدان الخاصة بي لإصلاحات التخميد الطارئة.
• اختبار الرنين: حدد رنين الإطار عن طريق تشغيل المحركات بزيادة دواسة الوقود مع لمس الإطار برفق. يمكنني الشعور بنقاط الرنين بأطراف أصابعي وتحديد مواضع دواسة الوقود لتجنبها أثناء المناورات الحرجة.
• عامل إدارة الأسلاك: قم بتأمين الأسلاك دون نقل الاهتزازات. أقوم بتوجيه الأسلاك بمنحنيات لطيفة بدلاً من الانحناءات الحادة واستخدم أربطة سيليكون ناعمة بدلاً من أربطة الكابلات الصلبة.
• تأثير درجة الحرارة: تعمل مواد التخميد بشكل مختلف في درجات الحرارة المختلفة. أختار صلابة أكثر ليونة للطيران في الطقس البارد وخيارات أكثر صلابة للظروف الحارة.
• مبدأ مقاومة التحطم: صمم أنظمة التخميد لتحمل التحطم. أستخدم تصميمات محكمة لتخميد وحدة التحكم بالطيران تمنع خروج وحدة التحكم أثناء الاصطدامات.
• قاعدة توزيع الوزن: وزع الوزن بالتساوي لتقليل الاختلالات المسببة للاهتزاز. أقوم بموازنة بناء طائراتي على طول المحاور الثلاثة، وأحيانًا أضيف أوزانًا صغيرة لتحقيق توازن مثالي.

الأسئلة الشائعة: أسئلة شائعة حول تخميد اهتزاز الطائرات بدون طيار

هل تحتاج جميع الطائرات بدون طيار إلى تخميد الاهتزاز؟

بناءً على خبرتي مع مئات الطائرات:

• طائرات السباق: التخميد الأدنى ولكن الاستراتيجي مفيد. أركز على عزل وحدة التحكم بالطيران مع قبول بعض الاهتزازات في المكونات الأقل أهمية لتوفير الوزن.
• طائرات الفريستايل: التخميد المعتدل يحسن الأداء وجودة الفيديو. تستخدم طائراتي للفريستايل تخميدًا شاملًا لوحدة التحكم بالطيران وعزلًا معتدلًا للكاميرا.
• طائرات سينمائية: التخميد الشامل ضروري للحصول على لقطات عالية الجودة. تحصل هذه الطائرات على أكثر إدارة للاهتزاز شمولاً، وغالبًا ما تشمل تقنيات تخميد متعددة.
• طائرات طويلة المدى: التخميد المركّز لمكونات الملاحة يحسن الموثوقية. أعطي الأولوية لعزل GPS والبوصلة إلى جانب تخميد وحدة التحكم بالطيران.
• الطائرات الصغيرة: نهج مبسط بسبب قيود المساحة والوزن. بالنسبة لهذه، أركز على العزل الأساسي لوحدة التحكم بالطيران باستخدام المواد الخفيفة الفعالة.

كل طائرة بدون طيار تستفيد من بعض مستويات إدارة الاهتزاز، لكن النطاق والتركيز يجب أن يتطابقا مع غرض الطائرة ومتطلبات أدائها.

ما هي علامات مشاكل الاهتزاز؟

المؤشرات التي أبحث عنها والتي تشير إلى مشاكل الاهتزاز:

• أداء الطيران: التذبذبات، أو الارتعاشات، أو التمايلات أثناء الطيران. أولي اهتمامًا خاصًا للسلوك أثناء تغييرات دواسة الوقود وعند الاحتفاظ بدواسة وقود ثابتة.
• بيانات الصندوق الأسود: آثار جيروسكوب مشوشة بأنماط منتظمة. أبحث عن ضوضاء عالية التردد متسقة أو ارتفاعات محددة في مواضع معينة من دواسة الوقود.
• جودة الفيديو: تأثير "الهلام"، أو اهتزازات صغيرة، أو خطوط أفقية في اللقطات. تخلق مشاكل الاهتزاز المختلفة عيوبًا مرئية مميزة تعلمت التعرف عليها.
• أصوات غير عادية: صفير عالي النبرة أو أصوات محرك غير منتظمة. بعد مئات الطائرات، أصبحت أذناي حساسة للأصوات الدقيقة لمشاكل الاهتزاز.
• مكونات ساخنة: الإلكترونيات تعمل بحرارة أعلى من المعتاد. يمكن أن يتسبب الاهتزاز المفرط في زيادة استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة في وحدات التحكم بالطيران و ESCs.

كيف أختار مادة التخميد المناسبة؟

عملية الاختيار الخاصة بي بناءً على التطبيق:

• وحدات التحكم بالطيران: وسادات جل السيليكون (صلابة 30-40A) لمعظم الطائرات. تعتمد الصلابة المحددة على حجم الطائرة وقوتها - الطائرات الأكبر والأقوى تحتاج إلى مواد أكثر صلابة قليلاً.
• الكاميرات: حوامل TPU مع حشوات فوم استراتيجية لكاميرات FPV؛ أنظمة متعددة الطبقات للكاميرات عالية الدقة. يعتمد النهج الدقيق على وزن الكاميرا وأسلوب الطيران.
• GPS/البوصلة: مواد أكثر صلابة (50-60A) توفر الاستقرار مع الاستمرار في تقديم عزل للاهتزاز. تستفيد دقة الموضع من التثبيت الأكثر استقرارًا مع عزل اهتزاز معتدل.
• المكونات العامة: فوم لاصق للمكونات الخفيفة؛ حوامل سيليكون للعناصر الأثقل. أطابق قوة مادة التخميد مع وزن المكون وحساسيته للاهتزاز.
• تخميد الإطار: مواد طبقات مقيدة مثل ورقة تخميد 3M المطبقة على عناصر ألياف الكربون. تعمل هذه بشكل أفضل عند تطبيقها على المناطق المحددة كنقاط رنين.

هل يمكن للبرمجيات أن تحل محل تخميد الاهتزاز المادي؟

بناءً على اختباراتي لبرامج ثابتة مختلفة لوحدة التحكم بالطيران:

• ليس تمامًا: يساعد تصفية البرمجيات ولكن لها حدود. لم أحقق أبدًا باستخدام البرمجيات وحدها ما يحققه التخميد المادي المناسب.
• نهج تكميلي: تأتي أفضل النتائج من الجمع بين التخميد المادي والتصفية البرمجية المناسبة. أقوم بضبط المرشحات بناءً على الاهتزازات المتبقية التي تتجاوز التخميد المادي.
• مقايضات التصفية: التصفية العدوانية تؤدي إلى تأخير وتقليل استجابة التحكم. إيجاد التوازن الصحيح يتطلب فهم كل من التخميد المادي وقدرات البرامج.
• التصفية الديناميكية: توفر وحدات التحكم بالطيران الحديثة تصفية ديناميكية تتكيف مع الظروف المتغيرة. تعمل هذه بشكل أفضل عندما يكون التخميد المادي قد عالج بالفعل أسوأ مصادر الاهتزاز.
• نهجي: تنفيذ التخميد المادي الفعال أولاً، ثم ضبط مرشحات البرمجيات لمعالجة أي مشاكل متبقية. هذا يوفر أفضل أداء دون التضحية بالاستجابة.

كم مرة يجب استبدال مواد التخميد؟

جدول الصيانة بناءً على خبرتي:

• وسادات الجل السيليكوني: استبدلها كل 6-12 شهرًا من الاستخدام المنتظم. تتصلب هذه تدريجيًا وتفقد فعاليتها، مع جدول زمني يعتمد على التعرض للحرارة والأشعة فوق البنفسجية.
• مواد الفوم: افحصها كل 3 أشهر، واستبدلها حسب الحاجة. يتم ضغط الفوم بشكل دائم ويفقد فعالية التخميد بشكل أسرع من السيليكون.
• الحلقات المطاطية والعروات: استبدلها إذا ظهر تشوه أو تشقق. تدوم هذه المكونات المطاطية عادة من 1-2 سنوات ولكن يجب فحصها بانتظام.
• حوامل TPU المطبوعة: استبدلها إذا تغيرت المرونة أو ظهرت شقوق. يمكن أن تدوم حوامل TPU المصممة جيدًا طوال عمر الطائرة بدون طيار إذا لم تتضرر في حوادث التحطم.
• بعد حوادث التحطم: افحص دائمًا جميع مكونات التخميد بعد الصدمات الكبيرة. يمكن أن تؤدي حوادث التحطم إلى إتلاف مواد التخميد بطرق قد لا تكون واضحة على الفور.

الخلاصة

يمثل تخميد الاهتزاز الفعال أحد الجوانب الأقل تقديرًا في بناء الطائرات بدون طيار وضبطها. من خلال سنوات من التجارب ومئات من عمليات البناء، وجدت أن إدارة الاهتزاز المناسبة غالبًا ما تحدث فرقًا أكثر أهمية في الأداء من ترقيات المكونات باهظة الثمن.

يستمر فن وعلم تخميد الاهتزاز في التطور، مع ظهور مواد وتقنيات جديدة بانتظام. ما يبقى ثابتًا هو النهج الأساسي: تحديد مصادر الاهتزاز، وفهم خصائصها، واختيار حلول التخميد المناسبة، وتنفيذها بشكل صحيح، واختبار النتائج بشكل منهجي.

سواء كنت تبني طائرة سباق حيث كل جرام مهم، أو طائرة حرة تحتاج إلى التعامل مع المناورات العدوانية، أو منصة سينمائية للقطات المهنية، فإن تخميد الاهتزاز المناسب سيعزز الأداء والموثوقية والنتائج. سيختلف النهج المحدد بناءً على الغرض من طائرتك ومكوناتها، ولكن المبادئ تظل كما هي.

لقد تعلمت معظم هذه الدروس من خلال التجربة والخطأ - أحيانًا الخطأ المكلف الذي ينطوي على تحطم الطائرات بدون طيار وإتلاف المكونات. آمل أن يساعدك هذا الدليل على تجنب بعض هذه الدروس المؤلمة وتحقيق نتائج أفضل بشكل أسرع. تذكر أن إدارة الاهتزاز هي عملية تكرارية؛ لا تخف من التجربة والقياس وتحسين نهجك بناءً على النتائج.

المراجع وقراءات إضافية

• وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة للطائرات بدون طيار: المبادئ والتشغيل
• وحدات التحكم في الطيران للطائرات بدون طيار: المبادئ والتشغيل
• مقاومة الماء والطيران في المطر والثلج