دليل أسلاك الدرون: فهم أحجام الأسلاك وأنواعها وأفضل الممارسات

بعد بناء عشرات الطائرات بدون طيار على مر السنين، تعلمت أن التوصيلات السلكية المناسبة هي أحد الجوانب الأقل تقديراً في بناء الدرونز. يلخص هذا الدليل خبرتي في نصائح عملية حول اختيار الأسلاك والموصلات وتقنيات التوصيل المناسبة لبناء طائرات FPV الخاصة بك.

مقدمة عن توصيلات الطائرات بدون طيار

التوصيلات السلكية المناسبة ضرورية لعدة أسباب:

• التعامل مع التيار: ضمان قدرة الأسلاك على حمل التيار المطلوب بأمان دون ارتفاع درجة الحرارة
• تحسين الوزن: تقليل الوزن غير الضروري مع الحفاظ على السلامة
• تقليل التداخل: التخطيط والتدريع المناسب يقلل الضوضاء في الأنظمة الحساسة
• الموثوقية: يمنع حدوث أعطال بسبب الاهتزاز أو التحطم أو العوامل البيئية
• الصيانة: يجعل استكشاف الأخطاء وإصلاحها أسهل

يمكن أن تؤدي خيارات التوصيلات السيئة إلى انخفاض الجهد، وارتفاع درجة الحرارة، وتداخل الإشارات، وفي أسوأ الحالات، حدوث دوائر قصر كهربائية يمكن أن تتلف المكونات أو تسبب حرائق.

أحجام الأسلاك وتصنيفات التيار

شرح AWG (مقياس السلك الأمريكي)

يتم تحديد حجم السلك عادة باستخدام نظام AWG (مقياس السلك الأمريكي)، حيث تشير الأرقام الأقل إلى أسلاك أكثر سماكة. لتطبيقات الطائرات بدون طيار، تتراوح الأحجام الشائعة من 8 AWG (سميك جداً) إلى 30 AWG (رفيع جداً).

سعة التيار حسب حجم السلك

ملاحظة: تقديرات التيار تقريبية وتعتمد على طول السلك، ونوع العزل، وتدفق الهواء، ودرجة الحرارة المحيطة. بالنسبة لتطبيقات الطائرات بدون طيار حيث تتعرض الأسلاك لتدفق الهواء، قد تكون التيارات الأعلى قليلاً مقبولة لفترات قصيرة.

لقد وجدت أن العديد من البناة يميلون إلى استخدام أسلاك طاقة أكبر من اللازم حذراً، مما يضيف وزناً غير ضروري. بالنسبة لبناءاتي لطائرات الفريستايل 5 بوصة، عادة ما أستخدم:

• 12 AWG لأسلاك البطارية (10 AWG لبناءات المدى الطويل مع بطاريات أكبر)
• 16 AWG لأسلاك المحرك (14 AWG فقط لإعدادات الطاقة العالية جداً)
• 20-22 AWG لطاقة VTX والكاميرا
• 26-30 AWG لتوصيلات الإشارة

أنواع الأسلاك والعزل

العزل بالسيليكون مقابل PVC

بالنسبة لطائرات FPV، يفضل بشدة استخدام الأسلاك المعزولة بالسيليكون بسبب مرونتها، ومقاومتها للحرارة، ومتانتها في بيئات عالية الاهتزاز. التكلفة الإضافية مبررة بفوائد الموثوقية وتوفير الوزن.

الأسلاك المجدولة مقابل ذات النواة الصلبة

يجب أن تستخدم الطائرات بدون طيار الأسلاك المجدولة بشكل شبه حصري بدلاً من الأسلاك ذات النواة الصلبة:

• يمكن للسلك المجدول أن ينثني بشكل متكرر دون أن ينكسر
• مقاومة أفضل للاهتزاز
• أكثر مرونة للتركيبات الضيقة
• يوزع التيار عبر جدائل متعددة

الاستثناء الوحيد قد يكون في البناءات الصغيرة جداً حيث يكون الوزن حرجاً بشكل مطلق، ولكن حتى في هذه الحالة، نادراً ما تبرر المفاضلة في الموثوقية استخدام أسلاك النواة الصلبة.

توصيلات توزيع الطاقة

أسلاك البطارية الرئيسية

التوصيل بين البطارية ونظام توزيع الطاقة أمر بالغ الأهمية:

• استخدم سلك بمقياس مناسب بناءً على الحد الأقصى لسحب التيار (عادة 10-12 AWG لطائرات 5 بوصة)
• احتفظ بالأسلاك قصيرة قدر الإمكان مع السماح بتركيب البطارية
• استخدم سلك سيليكون عالي الجودة مع العديد من الجدائل الرفيعة للمرونة
• تأكد من القطبية الصحيحة مع ترميز ألوان واضح (أحمر للموجب، أسود للسالب)
• استخدم موصلات عالية الجودة مصنفة للحد الأقصى للتيار (XT60/XT30)

توصيلات ESC والمحرك

لتوصيل ESCs بالمحركات:

• طابق أو تجاوز مقياس السلك الذي جاء مع محركاتك
• الأحجام النموذجية: 16 AWG لطائرات فريستايل 5 بوصة، 14 AWG لإعدادات الطاقة العالية
• احتفظ بأسلاك المحرك قصيرة قدر الإمكان لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي
• فكر في استخدام سلك معزول للأسلاك الطويلة للمحرك (نادر في البناءات النموذجية)
• قم بجدل أسلاك المحرك لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي

طرق توزيع الطاقة

هناك عدة طرق لتوزيع الطاقة في الطائرات بدون طيار الحديثة:

1. لوحة توزيع الطاقة التقليدية (PDB)
   • لوحة منفصلة ذات مسارات نحاسية سميكة
   • غالبًا ما تتضمن مكثفات ترشيح ومنظمات جهد
   • أصبحت أقل شيوعًا في التجميعات الحديثة
2. أربعة متحكمات سرعة إلكترونية في واحد مع PDB مدمجة
   • الأكثر شيوعًا في التجميعات الحديثة
   • تبسط التوصيلات بشكل كبير
   • عادة ما تتضمن مخرجات مُرشّحة لجهاز إرسال الفيديو وكاميرا وغيرها
3. اللحام المباشر بوحدة التحكم في الطيران
   • بعض وحدات التحكم الشاملة (AIO) تحتوي على متحكمات سرعة إلكترونية مدمجة
   • أبسط توصيلات لكن بقدرة محدودة على التعامل مع التيار
   • الأفضل للطائرات الصغيرة أو التجهيزات خفيفة الوزن
4. ضفائر الأسلاك والموصلات
   • مجموعات أسلاك جاهزة مع موصلات مناسبة
   • مريحة ولكنها تضيف وزناً ونقاط فشل محتملة
   • مفيدة للتجميعات التي تتطلب تفكيكاً متكرراً

توصيلات الإشارة

اعتبارات UART وأسلاك الإشارة

أسلاك الإشارة تحمل بيانات ذات تيار منخفض وليس طاقة:

• عادة ما تكون أسلاك سيليكون مقاس 26-30 AWG
• احتفظ بأسلاك الإشارة بعيدًا عن أسلاك الطاقة ومتحكمات السرعة الإلكترونية عند الإمكان
• استخدم أزواج مجدولة للإشارات التفاضلية (مثل أجهزة استقبال ELRS)
• فكر في استخدام سلك محمي للتطبيقات الحساسة أو المسافات الطويلة
• ترميز الألوان يساعد في استكشاف الأخطاء وإصلاحها (مثل اللون الأبيض للإشارة، والأسود للأرضي)

توصيلات الإشارة الشائعة

أفضل ممارسات التوصيل

تقنيات اللحام

اللحام المناسب أمر بالغ الأهمية للحصول على توصيلات موثوقة:

1. التحضير
   • قم بتقصدير كل من السلك والوسادة بشكل منفصل قبل توصيلهما
   • استخدم درجة حرارة مناسبة (عادة 350-380 درجة مئوية للحام بالرصاص)
   • استخدم لحام عالي الجودة مع قلب الراتينج (63/37 أو 60/40 رصاص/قصدير للعمل الأسهل)
   • نظف الوسادات بالكحول الإيزوبروبيلي قبل اللحام
2. التنفيذ
   • قم بتسخين الوسادة، وليس اللحام
   • ضع اللحام عند نقطة التقاء الكاوية والوسادة
   • قم بإنشاء شريط صغير يبلل السلك والوسادة بالكامل
   • تجنب وصلات اللحام الباردة (مظهر باهت وحبيبي)
   • تجنب اللحام الزائد (احتمال حدوث دوائر قصيرة)
3. الإنهاء
   • افحص التدفق والترطيب المناسب
   • نظف بقايا التدفق بالكحول الإيزوبروبيلي
   • تحقق من عدم وجود جسور أو دوائر قصيرة غير مقصودة
   • فكر في طلاء متطابق للحماية البيئية

إدارة الأسلاك

التوجيه والإدارة المناسبة للأسلاك تحسن الموثوقية والصيانة:

1. اعتبارات التوجيه
   • ابقِ الأسلاك بعيدة عن المراوح والأجزاء المتحركة
   • وجه أسلاك الإشارة بعيدًا عن أسلاك الطاقة ومتحكمات السرعة الإلكترونية
   • وفر تخفيف الضغط عند نقاط التوصيل
   • اسمح بالوصول إلى المكونات واستبدالها
   • ضع في اعتبارك قوى التصادم وحماية التوصيلات الضعيفة
2. طرق التثبيت
   • روابط السحاب (بأصغر حجم مناسب)
   • روابط الأسلاك السيليكونية اللينة (قابلة لإعادة الاستخدام ولطيفة)
   • أغطية الكابلات لحزم الأسلاك
   • شريط لاصق مزدوج الوجه من الفوم لتثبيت الأسلاك على الإطار
   • أنابيب الحرارة المتقلصة لتخفيف الضغط والحماية
3. إدارة الطول
   • قص الأسلاك بطول مناسب مع حلقة خدمة صغيرة
   • تجنب الطول الزائد للأسلاك الذي يضيف وزنًا
   • لف وتأمين أي طول إضافي ضروري
   • ضع في اعتبار الصيانة المستقبلية عند تقليم الأسلاك

قضاء وقت إضافي في إدارة الأسلاك يؤتي ثماره في الموثوقية وسهولة الصيانة. البناء النظيف عادة ما يكون أكثر موثوقية وأسهل في استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

الموصلات والأطراف

أنواع الموصلات الشائعة

متى تستخدم الموصلات مقابل اللحام المباشر

الموصلات تضيف راحة ولكن أيضًا وزنًا ونقاط فشل محتملة:

استخدم الموصلات لـ:

• المكونات التي تحتاج إلى إزالة متكررة (جهاز إرسال الفيديو، الكاميرا، إلخ)
• التجميعات المعيارية حيث تبدل المكونات
• التوصيلات التي قد تحتاج إلى صيانة أو استبدال
• توصيلات البطارية (دائمًا تقريبًا)

اللحام المباشر لـ:

• توصيلات الطاقة الحرجة حيث الموثوقية ذات أهمية قصوى
• التطبيقات الحساسة للوزن
• مسارات التيار العالي حيث قد تضيف الموصلات مقاومة
• التركيبات الدائمة التي لن تحتاج إلى فصل

في تجميعاتي، عادة ما أستخدم الموصلات لـ:

• توصيل البطارية (XT60/XT30)
• الكاميرا وجهاز إرسال الفيديو (JST أو ما شابه)
• جهاز الاستقبال إذا كان من المحتمل تبديله
• وحدة GPS

أقوم باللحام المباشر لـ:

• توصيلات طاقة ESC
• توصيلات المحرك
• الملحقات المثبتة على متن الطائرة التي لن تتم إزالتها

اعتبارات خاصة لأنواع البناء المختلفة

البناءات الصغيرة (<3")

• الحساسية الشديدة للوزن تتطلب أسلاكًا بالحد الأدنى
• غالبًا ما تستخدم أسلاك 20-24 AWG للطاقة، و26-30 AWG للإشارات
• فكر في استخدام الكابلات الشريطية للإشارات المتعددة
• موصلات BT2.0 أو موصلات مدمجة مماثلة للبطارية
• اللحام المباشر مفضل حيثما أمكن
• وحدات تحكم الطيران المدمجة (AIO) مع ESCs مدمجة تبسط الأسلاك

الفري ستايل/السباق (5")

• توازن بين الوزن والتعامل مع التيار
• أسلاك البطارية 12 AWG، وأسلاك المحرك 16 AWG عادة
• ESC 4 في 1 مع PDB مدمج هو الأكثر شيوعًا
• حماية الأسلاك من أضرار التحطم
• فكر في التثبيت المرن للمكونات لتقليل إجهاد الاهتزاز على الأسلاك
• تأمين الأسلاك لمنع اصطدامها بالمراوح أثناء التحطم

المدى الطويل (7"+)

• البطاريات ذات السعة العالية تتطلب أسلاكًا أكثر سماكة (10 AWG أو أكبر)
• المزيد من الملحقات (GPS، القياس عن بعد، إلخ) تزيد من تعقيد الأسلاك
• توجيه دقيق لأسلاك الإشارة لتقليل التداخل
• فكر في مسارات طاقة احتياطية للأنظمة الحساسة
• أسلاك معزولة لمعدات الملاحة الحساسة
• مقاومة العوامل الجوية للتعرض الطويل في الهواء الطلق

بناءات سينمائية

• إدارة نظيفة للأسلاك ضرورية لعزل الاهتزازات
• أنظمة طاقة منفصلة للدفع ومعدات الكاميرا
• أسلاك معزولة لإشارات الفيديو
• فكر في أنظمة فصل سريعة للصيانة الميدانية
• عزل الضوضاء بين أنظمة الطاقة والفيديو
• الاحتياط للأنظمة الحساسة

استكشاف وإصلاح مشاكل الأسلاك الشائعة

انخفاض الجهد

الأعراض:

• انخفاض الأداء أثناء الخانق العالي
• مشاكل في VTX أو الفيديو أثناء المناورات السريعة
• انقطاع التيار أو إعادة التشغيل أثناء المناورات القوية

الأسباب المحتملة:

• أسلاك طاقة صغيرة الحجم
• وصلات لحام سيئة تضيف مقاومة
• موصلات منخفضة الجودة
• سعة غير كافية على PDB

الحلول:

• الترقية إلى أسلاك ذات قياس أكثر سماكة
• تحسين وصلات اللحام
• إضافة أو ترقية المكثفات
• تقصير أسلاك البطارية

التداخل والضوضاء

الأعراض:

• تشويش الفيديو أو خطوط أفقية
• خلل في وصلة التحكم
• قفزات في موقع GPS أو عدم دقة
• أخطاء في المستشعرات أو عدم استقرار

الأسباب المحتملة:

• أسلاك الإشارة قريبة جدًا من أسلاك الطاقة أو ESCs
• أسلاك غير معزولة في المناطق الحساسة
• حلقات التأريض
• تصفية غير كافية

الحلول:

• إعادة توجيه أسلاك الإشارة بعيدًا عن مصادر الضوضاء
• إضافة حلقات فيرايت للأسلاك المشكلة
• استخدام أسلاك معزولة للإشارات الحساسة
• ضمان تقنيات تأريض مناسبة
• إضافة مكثفات تصفية

الأعطال المادية

الأعراض:

• اتصالات متقطعة
• أعطال بعد التحطم
• تدهور تدريجي مع مرور الوقت

الأسباب المحتملة:

• تخفيف إجهاد غير كافٍ
• إجهاد الاهتزاز
• ضربات المروحة أو أضرار التحطم
• التعرض البيئي (الرطوبة، الحرارة)

الحلول:

• تحسين توجيه وحماية الأسلاك
• إضافة تخفيف الإجهاد عند نقاط الاتصال
• تأمين الأسلاك بالإطار لمنع الحركة
• استخدام نوع الأسلاك المناسب (سيليكون، مجدولة)
• تطبيق طلاء متوافق للحماية البيئية

نصائح احترافية من الخبرة

بعد بناء عشرات الطائرات بدون طيار، إليك بعض الرؤى التي اكتسبتها بصعوبة:

1. استثمر في أسلاك وموصلات عالية الجودة - التكلفة الإضافية الصغيرة تستحق الموثوقية.
2. الترميز اللوني لا يقدر بثمن - ضع معيارًا شخصيًا والتزم به في جميع البناءات.
3. وثّق الأسلاك الخاصة بك - التقط صورًا أو قم بعمل مخططات قبل إغلاق البناءات المعقدة.
4. اترك حلقات خدمة - كمية صغيرة من الأسلاك الإضافية عند التوصيلات تجعل الإصلاحات المستقبلية أسهل بكثير.
5. اختبر قبل التثبيت النهائي - تحقق من جميع التوصيلات قبل ربط الكابلات وتأمين الأسلاك بشكل دائم.
6. احمل أسلاكًا وموصلات احتياطية - الإصلاحات الميدانية أسهل بكثير مع المواد المناسبة في متناول اليد.
7. ضع في اعتبارك التيار، وليس فقط الجهد - يركز العديد من البناة على تصنيفات الجهد ولكنهم يقللون من تقدير متطلبات التيار.
8. الحرارة المتقلصة هي صديقك - استخدمها بكثرة لتخفيف الإجهاد والعزل والتنظيم.
9. نظم مفاصل اللحام على مستويات متفاوتة - عندما تجري أسلاك متعددة بالتوازي، نظم المفاصل لمنع الانتفاخات والدوائر القصيرة المحتملة.
10. فكر في الاهتزاز - الطائرات بدون طيار تهتز بشكل كبير؛ قم بتأمين الأسلاك لمنع حدوث أعطال الإجهاد.

الأسئلة الشائعة: أسئلة شائعة حول الأسلاك

ما هو الحد الأدنى لحجم السلك الذي يمكنني استخدامه لأسلاك البطارية على طائرة فري ستايل 5 بوصة؟

لطائرة فري ستايل 5 بوصة نموذجية تسحب 80-100 أمبير كحد أقصى للتيار، عادة ما يكون سلك السيليكون 12 AWG كافيًا. يمكنك استخدام 10 AWG لانخفاض أقل في الجهد، لكن عقوبة الوزن قد لا تستحق ذلك. لا أوصي باستخدام أصغر من 12 AWG لتوصيل البطارية الرئيسية في بناء 5 بوصة قياسي.

هل أحتاج إلى جدل أسلاك المحرك؟

يمكن أن يساعد جدل أسلاك المحرك في تقليل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) عن طريق إلغاء بعض المجالات المغناطيسية الناتجة عن تدفق التيار. ليس ضروريًا تمامًا، ولكنه ممارسة جيدة، خاصة إذا كنت تواجه مشاكل تداخل مع إشارات الفيديو أو التحكم. أنا أجدل جميع أسلاك المحرك كممارسة قياسية.

هل يجب أن أستخدم مكثفًا، وأين يجب أن أوصله؟

نعم، يوصى بشدة باستخدام مكثف منخفض ESR (عادة 470-1000 ميكروفاراد، 35 فولت أو أعلى لبناءات 6S) لتقليل ارتفاعات الجهد والضوضاء. قم بتوصيله في أقرب مكان ممكن من مدخل الطاقة على PDB أو ESC 4 في 1، مع أسلاك قصيرة وسميكة. تأكد من القطبية الصحيحة! هذا يساعد على حماية الإلكترونيات ويمكن أن يحسن جودة الفيديو.

ما هي أفضل طريقة لتوصيل VTX لتقليل الضوضاء في الفيديو؟

للحصول على فيديو أنظف:

1. استخدم سلكًا معزولًا لإشارة الفيديو إن أمكن
2. أبعد أسلاك الفيديو عن ESCs وأسلاك الطاقة
3. قم بتوصيل طاقة VTX مباشرة بمنصة مصفاة على PDB/FC
4. أضف مكثف تصفية صغيرًا (47-220 ميكروفاراد) بالقرب من مدخل طاقة VTX
5. تأكد من توصيلات أرضية جيدة ونظيفة

كيف أمنع تلف الأسلاك في التحطم؟

لحماية الأسلاك في حالات التحطم:

1. قم بتوجيه الأسلاك عبر وسط الإطار عندما يكون ذلك ممكنًا
2. استخدم أسلاك سيليكون مرنة يمكنها الانثناء بدلاً من الانكسار
3. أضف تخفيف الضغط عند نقاط التوصيل باستخدام الأنابيب الحرارية القابلة للانكماش
4. ثبت الأسلاك على الإطار باستخدام روابط بلاستيكية أو حوامل مرنة
5. اترك حلقات خدمة صغيرة بدلاً من شد الأسلاك بإحكام
6. فكر في استخدام أغلفة واقية للأسلاك المكشوفة

الخلاصة

الأسلاك المناسبة هي أساس طائرة درون موثوقة وعالية الأداء. بينما قد يكون من المغري التركيز على أحدث المكونات والميزات، فإن إهمال أساسيات الأسلاك يمكن أن يقوض حتى أغلى عملية بناء. من خلال اختيار أحجام الأسلاك المناسبة، واستخدام الموصلات المناسبة، واتباع أفضل الممارسات لتوجيه وتأمين الأسلاك، ستنشئ طائرات تعمل بشكل أفضل، وتدوم لفترة أطول، وتسبب مشاكل أقل في الميدان.

تذكر أن الأسلاك هي توازن بين سعة التيار، والوزن، والمرونة، والمتانة. ما يناسب نوعًا معينًا من البناء قد لا يكون مثاليًا لآخر. ضع في اعتبارك متطلباتك المحددة، وأسلوب الطيران، والأولويات عند اتخاذ قرارات الأسلاك.

المراجع والقراءة الإضافية

المراجع الداخلية

• نظرة عامة على موصلات شحن البطارية
• نظرة عامة على أنواع موصلات التردد اللاسلكي
• وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة للدرون: المبادئ والتشغيل
• وحدات التحكم في طيران الدرون: المبادئ والتشغيل
• نظرة عامة على أنواع بطاريات الدرون وكيميائها

المصادر الخارجية

• حاسبة قياس الأسلاك - حساب حجم السلك المناسب بناءً على التيار والطول
• دليل اللحام بواسطة جوشوا باردويل - دليل ممتاز لتقنية اللحام المناسبة
• معايير مقياس الأسلاك الأمريكية (AWG) - مواصفات مفصلة لمقاييس الأسلاك المختلفة