١. مصفوفة المدخلات الهندسية: القيود الفيزيائية والتصميمية المسبقة
تبدأ عملية المواءمة بضبط وتجميد ست فئات رئيسية من المدخلات الهندسية بالتعاون بين فرق الديناميكا الهوائية والهيكل والطاقة:
| فئة المعيار | المدخلات الفيزيائية الرئيسية | النطاق الهندسي المعتاد | الأثر المقيد لمنظومة الدفع |
|---|---|---|---|
| الكتلة والحمولة | أقصى وزن إقلاع (MTOW)، الحمولة الصافية، وزن الهيكل الفارغ | MTOW: من 50 كجم إلى 2,000 كجم؛ نسبة الحمولة: 20% إلى 35% | يحدد الحد الأدنى لقوة الدفع الإجمالية للإقلاع العمودي وحصة وزن المنظومة |
| ديناميكا الطيران | نسبة الدفع إلى الوزن للحومان (T/W)، ومعدل التسارع الرأسي | نسبة الحومان الأساسية: 1.4 إلى 1.8 (تتطلب مقاومة العواصف هامش ≥ 2.0) | يحدد قدرة الدفع النبضي الذروي واستجابة العاكس للتحكم السريع |
| الديناميكا أثناء الطيران | سرعة الطيران الأفقي (V_cruise)، ونسبة الرفع إلى السحب (L/D) | السرعة: 120 إلى 250 كم/ساعة؛ نسبة L/D للهيكل: 10 إلى 16 | يحدد قوة الدفع المطلوبة أثناء الطيران المستقر واستهلاك الطاقة المستمر |
| معمارية الجهد الكهربائي | منصة جهد البطارية أو المنظومة الهجينة (فولت) | الجهد الاسمي: 400 فولت إلى 800 فولت DC | يحدد ثابت سرعة المحرك (Kv) وفئة عواكس SiC ومساحة مقطع الكابلات |
| الحيز الهندسي | القطر الخارجي الأقصى للغلاف، والطول المحوري، ومساحة السحب | قيود أبعاد دقيقة داخل الهيكل أو تحت الأجنحة | يقيد المساحة المقطعية للمروحة (مما يحدد سقف حمولة القرص) |
| البيئة التشغيلية | درجة الحرارة، وأقصى ارتفاع تشغيلي، ومقاومة الغبار والأملاح | الحرارة: -20 إلى +55 درجة مئوية؛ الارتفاع: حتى 4,000 متر؛ IP56+ | انخفاض كثافة الهواء على الارتفاعات يقلل الدفع، والحرارة تتطلب تبريداً قوياً |
٢. نظرية الزخم وحمولة القرص: الموازنة بين طاقة الحومان وسحب الطيران
أثناء الطيران العمودي، تتحدد القدرة المثالية المستحثة (P_i) لتوليد قوة دفع T وفق نظرية الزخم للقرص المشغل:
P_i = T · v_i = √(T³ / (2 · ρ · A))
— معادلة القدرة المستحثة في نظرية الزخم الكلاسيكية
حيث يمثل مفهوم حمولة القرص (Disk Loading, DL = T / A) المقياس الحاسم؛ فكلما صغر قطر المروحة زادت حمولة القرص وارتفعت القدرة الكهربائية المطلوبة للحومان بشكل حاد. وفي المراوح الأنبوبية، يساهم سحب حافة الأنبوب في توفير 20% إلى 25% من الدفع الإضافي، مما يخفف من قيود المساحة.
٣. دراسة حالة تطبيقية: مواءمة منظومة دفع لطائرة لوجستية بوزن 150 كجم
تقرير مواءمة منظومة دفع درون لوجستي هجين بوزن إقلاع 150 كجم
Scenario: تطوير طائرة مسيرة لوجستية بنظام (Lift+Cruise) بوزن إقلاع أقصى 150 كجم، وحمولة 35 كجم، لقطع مدى 120 كم بسرعة 150 كم/ساعة، في بيئة صحراوية على ارتفاع 1500م وحرارة +45 درجة مئوية مع ضمان أمان تعطل محرك واحد (OEI).
- الخطوة ١: حساب دفع الإقلاع وأمان OEI. إجمالي دفع الحومان 150 × 1.6 = 240 كجم قوة. باستخدام 4 وحدات، توفر كل وحدة 60 كجم قوة. وعند تعطل محرك واحد، تتولى المحركات الـ 3 المتبقية توفير 180 كجم قوة (T/W = 1.2) بجهد مستمر 60 كجم قوة مع احتياطي نبضي للتحكم.
- الخطوة ٢: حساب حمولة القرص والقدرة المستحثة. باستخدام 4 مراوح أنبوبية فئة 60 كجم قوة من يونتو (مساحة إجمالية 0.30 م²)، تبلغ القدرة الميكانيكية المستحثة المعدلة مع مراعاة سحب حافة الأنبوب 98.5 كيلوواط (24.6 كيلوواط لكل وحدة).
- الخطوة ٣: دفع وقدرة الطيران الأفقي. بعد التحول للطيران بالأجنحة، يبلغ الدفع الأفقي المطلوب 12.0 كجم قوة، والقدرة الميكانيكية الصافية 4.9 كيلوواط. ومع مروحة دفع خلفية بكفاءة 82%، يبلغ استهلاك القدرة الكهربائية 5.98 كيلوواط فقط.
- الخطوة ٤: شبكة الجهد العالي والاتزان الحراري. بجهد 540 فولت، ينخفض تيار الوحدة إلى 45.6 أمبير، مما وفر 16.4 كجم من وزن الكابلات مقارنة بنظام 48 فولت، مع استقرار حرارة المحرك عند 92 درجة مئوية في حرارة جوية +45 مئوية.
٤. مواءمة نتائج الحسابات مع طرازات منظومات الدفع القياسية من يونتو
يمكن لفرق التصميم مطابقة نتائج الحسابات مباشرة مع منظومات المراوح الأنبوبية الكهربائية المصنعة والمختبرة لدى يونتو:
| نطاق الدفع المحسوب | المنصة المستهدفة والوزن | طراز منظومة يونتو الموصى بها | معمارية الجهد الكهربائي | رابط المواصفات والتفاصيل |
|---|---|---|---|---|
| 50 إلى 80 كجم قوة | درون صناعي من 50 إلى 150 كجم، مصفوفات الدفع الموزع | منظومة دفع أنبوبية 60 كجم قوة من يونتو | 300 إلى 540 فولت DC | مثالية للمصفوفات الموزعة؛ مراجعة [مواصفات طراز 60 كجم](/product/60) |
| 180 إلى 250 كجم قوة | درون شحن من 300 إلى 600 كجم، طائرات eVTOL خفيفة | منظومة دفع أنبوبية 200 كجم قوة من يونتو | 400 إلى 700 فولت DC | الخيار الأمثل للشحن الثقيل بتبريد أنبوبي مزدوج؛ مراجعة [مواصفات طراز 200 كجم](/product/200) |
| 450 إلى 600 كجم قوة | طائرات ركاب eVTOL، رافعات جوية ثقيلة حتى 1500 كجم | منظومة دفع أنبوبية 500 كجم قوة من يونتو | 600 إلى 800 فولت DC | تصميم متقدم بمحولات SiC؛ مراجعة [مواصفات طراز 500 كجم](/product/500) |
| 900 إلى 1200 كجم قوة | طائرات كهربائية فئة أطنان ومنصات عالية السرعة | منظومة يونتو الرائدة 1000 كجم قوة | 700 إلى 1000 فولت DC | المنظومة الكهربائية الرائدة في فئة الطن؛ مراجعة [مواصفات طراز 1000 كجم](/product/1000) |
| دفع أو أبعاد مخصصة | أبعاد خاصة بالهيكل، قنوات هواء منحنية، جهود غير قياسية | برنامج الهندسة والتطوير المخصص من يونتو | 200 إلى 1000 فولت DC مخصص | تصميم وتعديل مخصص؛ مراجعة [قسم الهندسة المخصصة](/custom-electric-ducted-fan) |
الأسئلة الهندسية الشائعة حول مواءمة منظومات الدفع
ما هي البيانات الأولية المطلوبة لبدء تقييم مواءمة منظومة الدفع مع يونتو؟
تحتاج فرق التصميم لتقديم: أقصى وزن إقلاع (MTOW)، ونسبة الدفع إلى الوزن المطلوبة للحومان (1.5~1.8)، وسرعة الطيران الأفقي ونسبة L/D المتوقعة، ونطاق جهد البطارية (فولت)، والحدود الهندسية للحيز المتاح، والبيئة التشغيلية (الارتفاع والحرارة). راجعوا [بوابة دفع الدرون الكهربائي](/solutions/drone-electric-propulsion).
لماذا توفر يونتو منظومات دفع متكاملة بدلاً من بيع محركات مجردة؟
لأن الدفع الأنبوبي الجوي منظومة مترابطة فيزيائياً؛ فخلوص أطراف الشفرات الدقيق (≤0.5 مم)، والموازنة الديناميكية الدقيقة، ومحاذاة موجهات التدفق الثابتة، والضبط المتزامن للعاكس الرقمي مع محاثة المحرك يجب معايرتها في منصات اختبار متطورة بالمصنع لضمان الجدارة الجوية وتفادي حوادث الاحتكاك.
ما هو الإجراء الموصى به إذا كان الدفع المطلوب يقع بين طرازين قياسيين (مثلاً 120 كجم قوة)؟
هناك خياران: استخدام وحدتين قياسيتين فئة 60 كجم قوة للحصول على ميزة أمان تعطل محرك واحد (OEI)، أو الاستعانة بـ [قسم الهندسة المخصصة](/custom-electric-ducted-fan) لتعديل لفائف المحرك وغلاف طراز 200 كجم قوة لتقديم حل مخصص يلبي الاحتياجات بدقة.