Τι Είναι ένα ( FPV Drone )

Σε τι διαφέρει ένα UAV από ένα απλό Drone : Οι όροι "UAV" και "Drone" χρησιμοποιούνται συχνά ως “ανταλλάξιμα” , αλλά υπάρχουν διαφορές στην τεχνική χρήση τους.

UAV ( Unmanned Aerial Vehicle ) : Αναφέρεται σε κάθε είδος αεροσκάφους που λειτουργεί χωρίς πιλότο.
Τα UAV μπορούν να περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα αεροσκαφών, από μικρά πολυκόπτερα έως μεγάλα αεροπλάνα.

Drone : Ο όρος " Drone " χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφερθεί σε μικρά αεροσκάφη που συνήθως χρησιμοποιούνται για αναψυχή, ψυχαγωγία ή ερασιτεχνική χρήση, όπως τη λήψη φωτογραφιών ή βίντεο.

Άρα, ένα UAV μπορεί να είναι ένα drone, αλλά δεν σημαίνει οτι όλα τα drones είναι απαραίτητα UAV. Συνήθως, όταν μιλάμε για "drone για φωτογραφίες", αναφερόμαστε σε ένα μικρό UAV που χρησιμοποιείται για τη λήψη αεροφωτογραφιών ή βίντεο, ενώ ο όρος "drone" μπορεί να αναφέρεται σε μια ποικιλία μικρών αεροσκαφών, συμπεριλαμβανομένων και εκείνων που δεν χρησιμοποιούνται για φωτογραφίες.

Τα βασικά μέρη απ τα οποία αποτελείται ένα σύστημα uav είναι τα παρακάτω 3.

Το ωφέλιμο φορτίο ή αλλιώς payload : το οποίο βρίσκεται επάνω στην πτητική μηχανή και μπορεί να είναι μία κάμερα ένας προβολέας, ένα μεγάφωνο ή ένα δοχείο μεταφοράς.

Στη συνέχεια έχουμε την πτητική μηχανή η οποία προκειται να μεταφέρει το payload

Και τέλος έχουμε τον επίγειο σταθμό ελέγχου ή αλλιώς ground station.

Ανάλογα με το σενάριο που έχουμε να εκτελέσουμε και κατά περίπτωση μπορούμε να έχουμε περισσότερα από ένα ground station περισσότερες από μία πτητικές μηχανές καθώς και payload το οποίο μπορεί να μας μεταφέρει δεδομένα όπως εικόνα ήχο θερμοκρασία και άλλα. Μπορούμε να έχουμε payload το οποίο να είναι αποσπώμενο ώστε να μεταφέρουμε προμήθειες σε κάποιον που χρειάζεται βοήθεια.

Ή τέλος μπορούμε να έχουμε καμικάζι μηχανήματα τα οποία στόχος είναι να καταστραφούνε μετά την χρήση τους
 

FPV Drones Πολυκόπτερα : Το πολυκόπτερο έχει άτρακτο και κάθετα τοποθετημένους ηλεκτροκινητήρες με ελικές,  μοιρασμένους περιμετρικά από αυτήν. 

Η μηχανική πτήση επιτυγχάνεται μέσω της ρύθμισης της ταχύτητας περιστροφής κάθε προπέλας, παρέχοντας έλεγχο στο ύψος, την κατεύθυνση και την κίνηση προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Η διαφορετική ταχύτητα και γωνία περιστροφής των προπελών επιτρέπει τον έλεγχο του πολυκόπτερου σε διάφορες κατευθύνσεις και τη διατήρηση της ισορροπίας κατά την πτήση.

Πλεονεκτήματα

• Ευελιξία στην επιλογή χώρου για την απογείωση και προσγείωση
• Ευελιξία στη χρήση για διάφορους σκοπούς, όπως φωτογραφία, βίντεο, παρακολούθηση, και επιθεώρηση.
• Εύκολη μεταφορά και συναρμολόγηση.
• Ευκολία στην εκμάθηση και χρήση, ειδικά με τις σύγχρονες τεχνολογίες.
• Αποτελεσματική παρακολούθηση και επιτήρηση περιοχών που δεν είναι εύκολα προσβάσιμες από άλλα μέσα.
• Μικρό μέγεθος και ευελιξία στην πτήση σε περιορισμένους χώρους.

Μειονεκτήματα

• Περιορισμένο Ωφέλιμο φορτίο.
• Περιορισμένη διάρκεια πτήσης και αυτονομίας λόγω της μπαταρίας.
• Περιορισμένη αντοχή σε καιρικές συνθήκες όπως άνεμος και βροχή.
• Περιορισμένη ικανότητα πτήσης σε υψηλά ύψη.

FPV Drone ( VTOL ) Σταθερής πτέρυγας : Συνδυάζουν τα οφέλη των Αεροσκάφος  και των πολυπόπτερων καθώς συνδυάζουν  την ευελιξία της κάθετης απογείωσης και προσγείωσης σε συνδυασμό με την Αποδοτικότητα της πτήσης ενός αεροσκάφος
Διαθέτει ηλεκτροκινητήρες και έλικες ή συνδυασμό ηλεκτροκινητήρων και βενζινοκινητήρων για την πτήση τους
Συνήθως έχουμε τέσσερις ηλεκτροκινητήρες με  έλικες χαμηλού βήματος και μεγάλη διάμετρο, οι οποίοι είναι τοποθετημένοι κάθετα και έχουν την ευθύνη για την απογείωση και την ανύψωση του οχήματος σε ασφαλές ύψος ώστε να ξεκινήσει η ευθυγραμμη πτήση.
Στην συνέχεια ξεκινάνε οι ηλεκτροκινητήρες ή ο βενζινοκινητήρας που είναι οριζόντια τοποθετημένοι σε σχέση με την άτρακτο και το όχημα μπαίνει στην διαδικασία flight translation mode. Από πολικόπτερο μετατρέπεται σε αεροπλάνο.
Πλέον σταματάνε οι 4 κάθετοι ηλεκτροκινητήρες να ελέγχουν το ύψος αλλά αντίθετα που έχουνε αποκτήσει την απαραίτητη ροή αέρα ξεκινάνε να δημιουργούνε άνωση και τα συστήματα ελέγχου αεροσκάφους ελέγχουν την πτήση του.
Στην συνέχεια κατά τη διαδικασία μετατροπής από αεροπλάνο σε drone ξεκινάνε οι 4 κάθετοι ηλεκτροκινητήρες και σταματάνε οι οριζόντιοι στη συνέχεια το uav εκτελεί μία ειδική μανούβρα ώστε να χάσει την ευθυγραμμή αδράνεια που έχουν. Τώρα οι κάθετοι κινητήρες είναι υπεύθυνοι για την προσγείωσή του.

Ένα από τα βασικά προβλήατα που έχουνε τα FPV Drone ( VTOL ) Σταθερής πτέρυγας είναι ότι πρέπει να κουβαλάνε τα πτιτικα μεσα των δύο συστημάτων που συνδυάζουν με αποτέλεσμα να έχουν χαμηλό ωφέλιμο φορτίο και αρκετά μεγάλη πολυπλοκότητα στην κατασκευή , λειτουργία και προγραμματισμό τους.

FPV Drone ( VTOL ) Κινητής Πτέρυγας : Συνδυάζουν τα οφέλη των Αεροσκάφος  και των πολυπόπτερων καθώς συνδυάζουν  την ευελιξία της κάθετης απογείωσης και προσγείωσης σε συνδυασμό με την Αποδοτικότητα της πτήσης ενός αεροσκάφος.

Έχουν τη δυνατότητα να αλλάζουνε την κλήση της πτέρυγας. Με αυτό τον τρόπο μπορούν να χρησιμοποιήσουν τους ίδιους ηλεκτροκινητήριας που χρησιμοποιούνε για την ευθύγραμμη πτήση ως αεροπλάνα και για την κάθετη απογείωση αλλά και προσγείωση τους.

Απογείωση : Όταν είναι στο έδαφος η πτέρυγα και είναι στην κάθετη θεση με τους ηλεκτροκινητήρες, σε σχέση με την άτρακτο. Με αυτό τον τρόπο οι έλικες έχουν τη δυνατότητα να απογειώσουν το όχημα κάθετα.
Στη συνέχεια αφού το FPV Drone φτάσει σε ασφαλές υψόμετρο η πέρυγα αρχίζει να γυρίζει προς τα μπροστά και να ευθυγραμμίζεται με την άτρακτο και το FPV Drone μπαίνει στα transition mode από πολυκόπτερο σε αεροπλάνο.

Προσγείωση : Αντίστοιχα όταν έρθει η ώρα για να προσγειωθεί η πτέρυγα αρχίζει να γυρίζει προς τα επάνω και σταματά η ευθύγραμμή κίνηση. Οι έλικες είναι πλέον κάθετες σε σχέση με την άτρακτο και μπορούν να προσγειώσουν το FPV Drone Κάθετα.

Σε αντίθεση με τα FPV Drone ( VTOL ) Σταθερής πτέρυγας, τα κινιτής πτέρυγας έχουν λιγότερους ηλεκτροκινητήρες και έλικες, χαμηλώνοντας το νεκροβάρος είτε κατά την απογείωση είτε κατά την πτήση και αυξάνονται στο ωφέλιμο φορτίο,
Αντίθετα όμως έχουνε πρόβλημα με την επιλογή των σωστών χαρακτηριστικών για τις έλικες που έχουν, καθώς θα πρέπει να βρεθεί μία ισορροπία ανάμεσα σε με χαμηλό βήμα που βοηθάει στην κάθετη ανύψωση και προσγείωση και μία έλικα με μεγάλο βήμα η οποία βοηθάει στην ευθύγραμμη πτήση.

Επίσης ένα ακόμα μεγάλο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν είναι η αδυναμία ασφαλούς ελέγχου κατά τη διαδικασία απογείωσης και προσγείωσης. Καθός η πτέρυγα είναι κάθετη και εάν υπάρχει άνεμος στο σημείο απογείωσης και προσγείωσης. Ο άνεμος επιδρά σε ολόκληρη την Κάθετη επιφάνεια της πτέρυγας και το όχημα είναι υπερβολικά σταθές.
 

FPV Drone ( Hybrid ) Experimental : Συνδυάζουν τα οφέλη των Αεροσκάφος  και των πολυπόπτερων καθώς συνδυάζουν  την ευελιξία της κάθετης απογείωσης και προσγείωσης σε συνδυασμό με την Αποδοτικότητα της πτήσης ενός αεροσκάφος.

Η ιδέα είναι η εξής έχουμε τέσσερις έλικες με την άτρακτο οι οποίοι λειτουργούνε για την καθετη απογείωση και προσγείωση του οχήματος συγχρόνως έχουμε άλλον έναν ηλεκτροκινητήρα στο πίσω μέρος παράλληλα τοποθετημένο με την άτρακτο ο οποίος είναι υπεύθυνος για την ευθύγραμμη  πτήση.
Η διαφορά είναι ότι εδώ δεν έχουμε καθόλου πτέρυγα αντίθετα συνεχίζουμε να περιστρέφουμε τους κάθετους έλικες με σταθερή και χαμηλή ταχύτητα και να δημιουργούνε την άνωση που χρειάζεται για να λειτουργήσουν ως πτέρυγες.

Η ιδέα  αυτή μου ήρθε από το γηροκόπτερο  το οποίο πετάει με παρόμοιο τρόπο.
Δεν υπάρχει κάτι τέτοιο στην αγορά και το σχεδιάζω εγώ οπότε μόλις ολοκληρώσω το σχεδιασμό και τις δοκιμές θα τα  αναφέρουμε εδώ τα αποτελέσματα που έχουμε.

FPV Drone ( Αεροσκάφος ) Σταθερής πτέρυγας : Έχει πτέρυγες , άτρακτο και χρειάζεται διάδρομο για την τροχοδρόμησή και απογείωσή του ή σύστημα καταπέλτη το οποίο το βοηθάει να αποκτήσει ταχύτητα ώστε να δημιουργηθεί η ροή αέρα γύρω από την πτέρυγα του ωστε να δημιουργηθεί άνωση και να ξεκινήσει η πτήση του.

Η μηχανική πτήση : επιτυγχάνεται μέσω ενός συνόλου αεροδυναμικών αρχών και ελέγχου. Κινητήρες που παρέχουν ώθηση το κρατούν σε κίνηση, ενώ ελεγκτές πτήσης ρυθμίζουν την κατεύθυνση και την ανύψωση. Αισθητήρες και προγράμματα ελέγχου επιτρέπουν στο UAV να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του και να λαμβάνει αποφάσεις ανάλογα με τις πληροφορίες που λαμβάνει.

Πλεονεκτήματα

• Μεγάλη αυτονομία πτήσης.
• Υψηλή ταχύτητα και εύρος κάλυψης.
• Ικανότητα να μεταφέρει μεγάλα φορτία.
• Κατάλληλο για μακροχρόνιες αποστολές και επιχειρήσεις παρακολούθησης.
• Εξαιρετική σταθερότητα και ακρίβεια στην πτήση.
• Ικανότητα να εκτελεί απαιτητικές αποστολές σε δύσκολα περιβάλλοντα.
• Μεγάλη αντοχή σε διάφορες καιρικές συνθήκες.

Μειονεκτήματα

• Περιορισμένη ευελιξία και ελευθερία κινήσεων σε σύγκριση με πολυκόπτερα FPV Drone.
• Ανάγκη για μεγαλύτερο χώρο προσγείωσης.
• Περιορισμένη ικανότητα να παραμένει σε χαμηλό ύψος ή να πραγματοποιεί αλλαγές κατεύθυνσης με γρήγορους ρυθμούς.
• Ανάγκη για περισσότερη εμπειρία και εξειδίκευση στον έλεγχο και τη συντήρηση.
• Περιορισμένη ικανότητα προσγείωσης σε δύσκολες επιφάνειες ή σε αστικά περιβάλλοντα.

Ολοκληρώνοντας την πρώτη ενότητα θα πρέπει να έχεις καταλάβει τι είναι ένα uav και τα συστήματα από τα οποία αποτελείται και τις μορφές που μπορεί να έχει.

Στη συνέχεια θα μιλήσουμε για τα σενάρια εφαρμογών των FPV Drones.