מנגנוני ורכיבי הרחפן

רחפנים, שהפכו להיות כלי טכנולוגי פופולרי בשנים האחרונות, משמשים במגוון תחומים: צילום מקצועי, מחקר מדעי, אבטחה, חקלאות ועוד. הרחפן מורכב ממערכות טכנולוגיות מתקדמות ומרכיבים מכניים ואלקטרוניים, כל אחד מהם ממלא תפקיד מרכזי בביצועים והפעולה של הרחפן. בכתבה הבאה, נבחן את רכיבי הרחפן העיקריים.

הכתבה בשיתוף עם חברה מובילה המציעה קורס הטסת רחפנים שבסיומו תוכלו לקבל רישיון לרחפן.

שלדת הרחפן (Frame)

השלדה היא הבסיס הפיזי שעליו מורכבים כל שאר הרכיבים. זו המסגרת שעליה יושבים המנועים, הסוללה, בקר הטיסה, והמערכות הנלוות. השלדה בנויה לרוב מחומרים קלים וחזקים, כמו סיבי פחמן (Carbon Fiber) או אלומיניום, כדי לשמור על יציבות ולמזער את המשקל. קיימות שלדות מסוגים שונים, בהתאם למטרת השימוש ברחפן, כגון שלדות רב-כיווניות ליציבות מרבית או שלדות קומפקטיות לתמרון במרחבים צפופים.

מנועים

המנועים הם אלו שאחראים על הפעלת הרחפן באוויר. רחפנים משתמשים בדרך כלל במנועים חשמליים מסוג Brushless (מנועים ללא מברשות), שהם יעילים יותר בהשוואה למנועים עם מברשות. למנועים אלו יש חשיבות עצומה, שכן הם אלו המאפשרים את פעולת ההרמה, השמירה על גובה הרחפן, והשליטה על התנועה שלו בכל כיוון – הן קדימה ואחורה, והן לצדדים ולמעלה.

בכל רחפן ישנם לפחות ארבעה מנועים, אחד לכל פרופלור, ובמקרים מסוימים ישנם רחפנים עם שישה או שמונה מנועים.

פרופלורים

הפרופלורים הם אלו שמתרגמים את האנרגיה מהמנועים לתנועה של הרחפן באוויר. פרופלורים חייבים להיות מותאמים לסוג המנוע ולמבנה הרחפן כדי לספק ביצועים מיטביים. ברוב הרחפנים ישנם ארבעה פרופלורים, כאשר כל אחד מהם מסתובב בכיוון שונה (שניים עם כיוון השעון ושניים נגד כיוון השעון) כדי לאפשר יציבות ולמנוע סיבוב לא רצוי של הרחפן באוויר.

החומר ממנו עשויים הפרופלורים הוא לרוב פלסטיק או סיבי פחמן, כאשר פרופלורים עשויים פחמן הם חזקים וקלים יותר, אך יקרים יחסית. ישנה חשיבות גדולה לבחירת גודל הפרופלור, אשר משפיע על הביצועים הכלליים של הרחפן – פרופלור גדול מספק יותר עילוי אך דורש יותר כוח מהמנוע.

סוללה

הסוללה מספקת את האנרגיה הדרושה להפעלת המנועים ולשאר הרכיבים האלקטרוניים של הרחפן. רוב הרחפנים משתמשים בסוללות ליתיום-פולימר (Li-Po) שהן קלות משקל ומספקות זמן טיסה ארוך יחסית. עם זאת, יש לשים לב לכך שסוללות אלו רגישות לטעינה ופריקה לא נכונה ועלולות להתחמם או להתפוצץ אם לא מטפלים בהן כראוי.

משך זמן הטיסה של הרחפן תלוי בקיבולת הסוללה, המושפעת מגודל הרחפן, משקל הרכיבים הנוספים (כמו מצלמה ומערכת גימבל) והמהירות שבה הרחפן טס. רוב הרחפנים המסחריים מציעים זמן טיסה של 15-30 דקות לסוללה בודדת, אך ניתן להאריך זמן זה על ידי שימוש בסוללות נוספות או שימוש בסוללות בקיבולת גבוהה יותר.

בקר טיסה (Flight Controller)

בקר הטיסה הוא "המוח" של הרחפן. תפקידו הוא לקלוט את המידע מהחיישנים ומהמערכות השונות, לחשב את התנועה הרצויה ולבצע את הפקודות המתאימות למנועים ולרכיבים אחרים.
בקר הטיסה אחראי לשמירה על היציבות של הרחפן במהלך הטיסה, כמו גם על הביצוע של פקודות הטייס, כמו תנועות קדימה, אחורה, לצדדים ולמעלה.

בקרי טיסה מתקדמים כוללים גם תכונות נוספות כמו מיקום אוטומטי, חזרה הביתה בלחיצת כפתור, ותמיכה במצבי טיסה אוטונומיים, כגון מעקב אחר אובייקט מסוים או ניווט דרך נקודות ציון מוגדרות מראש.

מערכת GPS

ה-GPS ברחפן מאפשר לרחפן לדעת את מיקומו המדויק בכל רגע. זה חשוב במיוחד עבור מצבי טיסה אוטומטיים, בהם הרחפן עוקב אחרי מסלול מוגדר או חוזר לנקודת ההמראה במקרה של איבוד קשר עם השלט.

טכנולוגיות GPS מתקדמות מאפשרות לרחפן לבצע פעולות כמו "רחף במקום" (Hover), כלומר להישאר יציב בנקודה מסוימת ללא צורך בהתערבות הטייס, ולנווט בדיוק רב במסלולים שהוגדרו מראש.

משדר ומקלט

המשדר והמקלט הם הכלים לתקשורת בין הטייס לרחפן. המשדר (Controller) הוא השלט שבו הטייס משתמש כדי לשלוט ברחפן, והוא שולח פקודות לרחפן באמצעות תדר רדיו. המקלט, שמותקן ברחפן, קולט את הפקודות ומעביר אותן לבקר הטיסה לביצוע.

טווח התקשורת בין המשדר למקלט משתנה לפי דגם הרחפן ומערכת התקשורת שבה הוא משתמש.

מצלמה

המצלמה היא אחד הרכיבים החשובים ברחפן, במיוחד כאשר משתמשים בו לצרכי צילום אווירי. רחפנים לצילום מקצועי כוללים מצלמות ברזולוציות גבוהות מאוד, עם אפשרויות מתקדמות לצילום וידאו ותמונות סטילס.

המצלמות מחוברות למערכת גימבל שמאפשרת שמירה על יציבות המצלמה גם כאשר הרחפן בתנועה. מצלמות מסוימות כוללות תכונות נוספות כמו זום אופטי או דיגיטלי, חיישנים מתקדמים לצילום בתנאי תאורה משתנים, ועוד.

מערכת גימבל

הגימבל הוא מנגנון מכני שמייצב את המצלמה בזמן הטיסה. מדובר במערכת מייצבים חשמליים המותקנים על 2 או 3 צירים, שמאפשרים למצלמה להישאר קבועה גם כשהרחפן בתנועה. גימבל איכותי חיוני לצילום וידאו חלק ולתמונות חדות, במיוחד בצילומים אוויריים ברזולוציות גבוהות.

מערכת חיישנים

הרחפן מצויד במגוון חיישנים המאפשרים לו לאסוף מידע על סביבתו, להגיב לתנאים משתנים ולשמור על יציבות בטיסה. בין החיישנים הנפוצים ניתן למצוא:

חיישני ג'ירו – אחראים על שמירת היציבות של הרחפן בצירי התנועה השונים.

חיישני תאוצה – מודדים את התאוצה של הרחפן בכל אחד מהצירים.

חיישני גובה – מודדים את הגובה של הרחפן מעל הקרקע.

חיישני קרבה – עוזרים לרחפן לזהות מכשולים ולהימנע מהם בזמן הטיסה.

חיישנים אלו משתלבים עם בקר הטיסה כדי לספק לרחפן יכולת טיסה אוטונומית יותר ותגובה מהירה לשינויים בתנאי הסביבה.