Сэнсний массив бүхий салхи үүсгэгч ба хаалттай контурын салхин хонгил: Нисгэгчгүй нисэх төхөөрөмж (UAV) турших байгууламжийг сонгох нь

Дроны хөтөлбөр хэрэгжүүлэх явцад салхины туршилтын байгууламж шаардлагатай болох үе гардаг бөгөөд нэг төсвийн хүрээнд хоёр тэс өөр төхөөрөмж санал болгогддог: сэнсний массив бүхий салхи үүсгэгч — тус бүрчлэн удирддаг сэнсүүдээс бүрдсэн модульчлагдсан хана — эсвэл уламжлалт хаалттай контурын салхин хонгил.

Эдгээр нь нэг төхөөрөмжийн өрсөлдөгч хувилбарууд биш юм. Тэд өөр өөр асуултад хариулдаг. Сэнсний массив нь "нисэх төхөөрөмж үүнийг давж гарах уу?" гэсэн асуултад хариулдаг бол салхин хонгил нь "үзүүлэлтүүд нь ямар байна, ямар нарийвчлалтай вэ?" гэдэгт хариулна.

Доор бид үйлчлүүлэгчид салхин хонгил худалдаж авахгүй байхыг зөвлөх тохиолдлуудыг багтаасан бодит харьцуулалтыг хүргэж байна.

---

1. Сэнсний массив хэрхэн ажилладаг вэ?

Сэнсний массив нь ойролцоогоор 25 × 25 cm хэмжээтэй модулиудаас бүрдэх бөгөөд тус бүр нь "салхины пиксел" гэгдэх жижиг торлогтой байдаг — энэ нь ихэвчлэн тус бүрчлэн удирдах боломжтой, эсрэг эргэлттэй хос сэнсүүд юм. Модулиудыг давхарлан хүссэн хэмжээгээрээ хана босгох боломжтой бөгөөд шатлалтай хянагч нь тэдгээрийг модуль эсвэл пиксел тус бүрээр нь удирддаг.

Энэхүү архитектур нь сонгодог салхин хонгилд байдаггүй нэг давуу талыг олгодог: урсгалын талбарыг орон зай, цаг хугацааны хувьд хэлбэржүүлэх боломжтой. Гаралтын хэсэг дэх градиент, эргэлдэх хуйларсан урсгал, чиглэлийн огцом өөрчлөлт, програмчлагдсан зүсэлтийн давхарга зэрэг нь бүгд програм хангамжаар шийдэгдэнэ.

Нийтлэгдсэн тоо баримтууд нь энэ ангиллын талаар ойлголт өгнө. Салхины пиксел бүр — эсрэг эргэлттэй хос сэнс — нь урсгалыг 16 m/s хүртэл хурдтайгаар шахах хүчин чадалтай бөгөөд нэг модуль нь ойролцоогоор 25 × 25 cm хэмжээнд есөн ширхэг пикселийг багтаадаг; ханын хэмжээ болон нийт чадал нь гаралтын хэсэгт хэдэн модуль шаардлагатайгаас хамаарч өөрчлөгдөнө. Арилжааны зориулалттай салхин хана нь 20 m/s хүртэл, эсвэл нарийсгалтын хэсэг суурилуулсан үед ойролцоогоор 58 m/s хүртэл хурдтай байхаар заагдсан байдаг. Турбулентын эрчим нь ойролцоогоор 5% байх бөгөөд нэмэлт урсгалын шүүлтүүр ашиглан 1%-иас доош бууруулах боломжтой.

Талбай, хурд, чадал, турбулент байдал гэсэн эдгээр дөрвөн үзүүлэлт нь бүхэл харьцуулалтын хураангуй юм.

---

2. Сэнсний массив юугаараа илүү давуу вэ?

• Чөлөөт нислэг. Нисэх төхөөрөмж нь ханын урд, ямар нэгэн тулгуургүйгээр өөрийн авто нисгэгчийн тусламжтайгаар нисдэг. Ямар ч бэхэлгээ, тэнцвэржүүлэгч, тулгуурын саад байхгүй — та хотын орчинд хамгийн их гардаг алдаануудын эх үүсвэр болох системийг бүхэлд нь туршиж байна гэсэн үг юм.
• Програмчлагдах саад. Барилгын арын хуйларсан урсгал, роторын доош чиглэсэн урсгалтай огтлолцох, чиглэлээ гэнэт 40°-аар өөрчлөх зэрэг тодорхой үйл явдлыг дуурайлган үүсгэж, түүнийгээ хоёр өөр програм хангамжийн хувилбарт яг ижил давтан турших нь массивын яг зориулагдсан зүйл юм.
• Өргөтгөх боломж. Илүү том урсгалын талбар хэрэгтэй юу? Модуль нэмэхэд л хангалттай. Харин салхин хонгилын туршилтын хэсэг нь анхнаасаа л бетоноор цутгагдаж тогтсон байдаг.
• Хүртээмж ба эргэлтийн хугацаа. Туршилтуудын хооронд ачаа, сэнс эсвэл батерейг солиход хэдхэн минут шаардагдах бөгөөд төхөөрөмжид бүх талаас нь хүрэх боломжтой.
• Барилгын энгийн ажил. Энэ нь агаарын сувгийг тойруулж барьсан барилга биш, харин танхим доторх төхөөрөмж юм.

Удирдлагын алгоритм боловсруулах, авто нисгэгчийг тохируулах, ширүүн салхины хариу үйлдлийг үзүүлэх болон үйлчлүүлэгчдэд зориулсан туршилт хийхэд энэ нь ихэвчлэн хамгийн зөв сонголт болдог.

---

3. Сэнсний массивын хязгаарлалт

Хязгаарлалтууд нь арилжааны бус физикийн шинж чанартай бөгөөд шударга нийлүүлэгчид үүнийг ил тод хэлдэг.

• Урсгалын чанар. Ойролцоогоор 5%-ийн турбулентын эрчим нь бат бөх байдлын туршилтад тохиромжтой боловч цэвэр аэродинамик эсэргүүцлийн муруй гаргахад ашиггүй юм. Шүүлтүүрүүд тус болох хэдий ч хурд болон чадлыг бууруулдаг. Ийм орчинд гэрчилгээжүүлэлтийн түвшний аэродинамикийн коэффициентүүдийг гаргаж авах боломжгүй.
• Нээлттэй урсгалын шинж чанар. Урсгал хананаас гармагцаа өрөөний агаартай холилдож, тархаж, сарниж эхэлдэг. Ашиглах боломжтой, жигд цөм хэсэг нь гаралтын талбайгаас хамаагүй жижиг байх бөгөөд зайнаас хамаарч улам хумигддаг.
• Нэгж талбайд ногдох хурдны дээд хязгаар. Чадал нь хурдны куб зэргээр өсдөг. Том гаралтын талбайг өндөр хурдад хүргэх үед массивын цахилгааны зардал салхин хонгилынхоос давж гардаг — нээлттэй урсгал нь ажиллах секунд тутамдаа өрөөний зогсонги агаарыг хурдасгаж байдаг.
• Орчны хяналтгүй. Температур, чийгшил, агаарын нягт нь тухайн танхимын нөхцөлөөр л тодорхойлогдоно. Нэгдүгээр сард хийсэн хэмжилтээ долоодугаар сард яг ижил давтах нь тийм ч хялбар биш юм.
• Хүчийг хэмждэггүй, харин тооцоолдог. Тэнцвэржүүлэгч байхгүй тул аэродинамикийн коэффициентүүдийг хүчийг шууд хэмжих замаар бус, харин төхөөрөмж дээрх телеметр болон загварчлалаас гаргаж авдаг.

Нэгэн жишээ нь хурдны дээд хязгаарыг хийсвэр бус, бодит болгодог:

Хэт хурдан FPV дроны туршилт

одоо 300–400 km/h хурдтай нисэж байгаа бөгөөд энэ сегмент маш хурдацтай өсөж байгаа тул биднээс энэ талаар шууд асуудаг. Зах зээл дээрх ямар ч сэнсний массив ийм хурдад хүрдэггүй — нарийсгалтын хэсэг суурилуулсан байсан ч арилжааны дээд хязгаар нь ойролцоогоор 58 m/s (ойролцоогоор 209 km/h) буюу саатуулагч дронд шаардагдах хурдны дөнгөж тал гаруй хувьтай тэнцэнэ. Энэ хурдны ангиллын хувьд хаалттай контурын салхин хонгил нь зүгээр нэг үнэтэй сонголт биш; энэ нь физикийн хувьд ажиллах боломжтой цорын ганц шийдэл юм.

---

4. Хаалттай контурын салхин хонгил юугаараа ялгаатай вэ?

Хаалттай контур нь нэг ижил агаарыг булангийн эргүүлэх чиглүүлэгч ирүүд, зөгийн сархинаг болон шулуутгах тор бүхий урсгал тайвшруулах камер, мөн урсгалыг хурдасгаж, турбулент байдлыг бууруулдаг нарийсгалтын хэсгээр дамжуулан дахин эргэлдүүлдэг. Энэхүү геометр нь гурван давуу талыг бий болгодог:

• Бүтцээс хамаарсан урсгалын чанар. Бага турбуленттай нөхцөл болон огтлолын дагуух хурдны талбарын жигд байдал — энэ нь давтагдах коэффициентүүдийг гаргаж авах, мөн таны зориудаар үүсгэсэн саадыг судлахад шаардлагатай суурь нөхцөл юм.
• Орчны хяналт. Агаар нь битүү орчинд байдаг тул температурыг тогтмол барих боломжтой. Энэ нь зун болон өвлийн өгөгдлийг харьцуулах боломжтой болгодог бөгөөд цаг уурын болон мөстөлтийн модулиудыг ашиглах урьдчилсан нөхцөл болдог.
• Ашиглалтын зардал. Сэнс нь зогсонги агаарыг хурдасгахын оронд контур доторх кинетик энергийг дахин ашигладаг. Ижил хэмжээ, хурдтай үед энэ нь нээлттэй контурын системтэй харьцуулахад цахилгааны зардлыг ойролцоогоор 60–70% хэмнэдэг — тооцооллыг

Судалгааны зориулалттай хаалттай контурын болон нээлттэй контурын салхин хонгилын харьцуулалт

-аас харна уу.

Үүний сул тал нь уян хатан бус байдал юм: огтлолын хэмжээг зураг төслийн шатанд шийддэг, загварыг ихэвчлэн тулгуураар бэхэлдэг, бөглөрлийн хязгаарлалт үйлчилдэг бөгөөд барилга нь өөрөө төхөөрөмжийн нэг хэсэг болдог.

---

5. Даалгавар ба байгууламжийн нийцэл

---

6. Хосолсон шийдэл, түүнийг хэрхэн үе шаттайгаар хэрэгжүүлэх вэ?

Ихэнх томоохон хөтөлбөрүүд эцэстээ хоёуланг нь ашиглахад хүрдэг бөгөөд сонголтоос илүүтэйгээр дараалал нь илүү чухал байдаг.

Прагматик арга зам: Удирдлагын алгоритм бүрэн боловсроогүй, их биеийн загвар өөрчлөгдсөөр байгаа үед массиваас эхлэх хэрэгтэй — энэ үед танд олон тооны хурдан, хямд, алдааг уучилдаг давталтууд шаардлагатай байдаг. Асуултууд тоон үзүүлэлт рүү шилжих үед буюу үр ашиг, тэсвэржилт, роторын харилцан үйлчлэл, дуу чимээ, гэрчилгээжүүлэлтийн нотолгоо, орчны хязгаар зэргийг тодорхойлох үед салхин хонгилыг нэмж ашиглана.

Хамгийн түгээмэл алдаа бол 18 сарын дараа байхгүй болох их биеийн загварт зориулан хэмжээг нь тогтоосон салхин хонгилыг эхлээд худалдаж авах явдал юм.

Бидний байнга барьдаг дундын шийдэл бас бий: энэ бол нээлттэй урсгалтай туршилтын хэсэг бүхий хаалттай контурын салхин хонгил юм. Энэ нь массивын хүртээмжтэй байдал болон чөлөөт нислэгийн шинж чанарыг ихээхэн хадгалахын зэрэгцээ хаалттай контурын урсгалын чанар, дулааны хяналтыг давхар хангадаг. Энэ нь салхин хананаас илүү үнэтэй боловч буруу байгууламж худалдаж авахаас хамаагүй хямд тусдаг.

---

7. Бидний ажигладаг таван алдаа

• Дээд хурдыг харьцуулах. Хананаас гарах 20 m/s болон салхин хонгил дахь 20 m/s нь яг ижил 20 m/s биш юм. Жигд цөм хэсэг, турбулентын эрчим болон температурын тогтвортой байдлыг харьцуулах хэрэгтэй.
• Танхимыг үл тоомсорлох. Нээлттэй урсгал нь өрөөний агаартай харилцан үйлчлэлцдэг. Жижиг танхимд агаарын дахин эргэлт нь туршилт бүрийн үр дүнг чимээгүйхэн гажуудуулж байдаг.
• Бөглөрлийг мартах. Салхин хонгилд хэт том загвар байрлуулах нь нүдэнд багтаж ядсан харагдахаас хамаагүй өмнө өгөгдлийг хүчингүй болгодог.
• Акустикийг үнэгүй дагалдана гэж бодох. Сэнсний массивууд нь бүтцийнхээ хувьд дуу чимээ ихтэй байдаг; сэнсний дуу чимээг судлах ажилд тусгайлан тоноглосон хэсэг шаардлагатай.
• Өнөөдрийн их биед зориулан хэмжээг тодорхойлох. Хоёр байгууламж хоёулаа тэдгээрийг худалдаж авах үндэслэл болсон төхөөрөмжөөс хамаагүй урт хугацаанд ашиглагддаг. Зөвхөн прототипт бус, харин тухайн цуврал загваруудад зориулан шаардлагаа тодорхойлох хэрэгтэй.

---

8. Өөрийн туршилтын матрицаар шийдвэр гаргах нь

Шударгаар дүгнэхэд: хэрэв таны хариулт хайж буй асуултууд зан төлөв, шинж чанартай холбоотой бол массив худалдаж аваарай. Хэрэв тоон үзүүлэлттэй холбоотой бол салхин хонгил худалдаж аваарай. Хэрэв гэрчилгээжүүлэлт болон бүтээгдэхүүний эдийн засагтай холбоотой бол эцэст нь танд хоёулаа хэрэг болно — үүнийг хожимдож ухаарахын оронд худалдан авах дарааллаа урьдчилан төлөвлөөрэй.

Бид чөлөөт нислэгийн ажилд зориулагдсан нээлттэй урсгалтай туршилтын хэсгийг багтаасан, захиалгат хаалттай контурын салхин хонгилын зураг төслийг гаргаж, барьж байгуулдаг бөгөөд төсөлд хараахан шаардлагагүй байгаа үед нь бид шууд хэлдэг. Аль ч тохиолдолд эхлэх цэг нь ижил байдаг: юуг, ямар алдааны хязгаарт, ямар хурдтайгаар, ямар их бие дээр хэмжих шаардлагатай вэ. Холбоотой нийтлэлүүд:

Хотын агаарын тээвэрт зориулсан салхин хонгилын туршилт

болон манай

Хэвтээ, босоо болон налуу салхин хонгил

.

Туршилтын матрицаа бидэнд илгээнэ үү , бид түүний аль хэсэгт нь салхин хонгил хэрэгтэй, аль хэсэгт нь хэрэггүй болохыг танд хэлж өгөх болно.

---

Эх сурвалж болон тэмдэглэл

• Сэнсний массивын архитектур (ойролцоогоор 25 × 25 cm хэмжээтэй модулиуд, эсрэг эргэлттэй сэнс бүхий есөн салхины пиксел, тус бүрчлэн удирдах боломжтой, шатлалтай хяналт): How a WindShaper Works, Tyto Robotics.
• Нэг пикселийн нэрлэсэн хурд 16 m/s болон модулийн архитектур: Custom Wind Tunnel Datasheet, Tyto Robotics/WindShape.
• Сэнсний массив бүхий салхи үүсгэгчийн нүд тус бүрийн идэвхтэй хяналт болон турбулентын шинж чанар, энэхүү технологийн ангиллын ерөнхий лавлагаа болгон: Turbulence enhancement of a fan array wind generator, arXiv болон Aerodynamic Characterization of a Fan Array Wind Generator, arXiv.
• Арилжааны зориулалттай дээд хязгаар 20 m/s хүртэл, нарийсгалтын хэсэгтэй үед ойролцоогоор 58 m/s хүртэл, турбулентын эрчим ойролцоогоор 5%, урсгалын шүүлтүүртэй үед 1%-иас доош гэж заасан байдал: How WindShaper fan arrays enhance drone testing, Dantec Dynamics.
• UAV болон AAM-ийн баталгаажуулалтад зориулан сэнсний массив ашиглан бодит хэмжээст атмосферийн салхи болон турбулент байдлыг дуурайлгах нь: AIAA SciTech 2023-0812.
• Хаалттай болон нээлттэй контурын хоорондох эрчим хүчний харьцуулалт (60–70%) нь TunnelTech-ийн төслийн өгөгдөл бөгөөд контур сонголтын талаарх бидний нийтэлсэн нийтлэлтэй нийцэж байгаа болно.
• Тодорхой арилжааны бүтээгдэхүүнүүдийн тоо баримтыг тэдгээрийн нийлүүлэгчдээс иш татсан бөгөөд саналд ашиглахаас өмнө одоогийн техникийн үзүүлэлтийн хуудастай дахин тулгаж шалгах шаардлагатай.