כל מי שפיתח מולטירוטור מכיר את התקרה: הסוללה נגמרת אחרי כ-25 עד 45 דקות, וכל ניסיון להאריך את הטיסה מוסיף משקל שמקצר אותה בחזרה. רחפן היברידי בנזין חשמל הוא הדרך המקובלת לשבור את המעגל הזה — מערכת שמייצרת חשמל על גבי הכלי בזמן טיסה ומאפשרת זמני שהייה של שעה, שעתיים ולעיתים יותר. אנחנו בפרוג'קטס האוס נתקלים בדרישה הזו בעיקר בפרויקטים של תצפית, סקר קרקע ובדיקת תשתיות מרוחקות.

למה סוללה בלבד לא מספיקה

צפיפות האנרגיה של תא ליתיום-פולימר טוב עומדת על סדר גודל של 200 עד 300 ואט-שעה לקילוגרם, בעוד דלק נוזלי מגיע לאלפי ואט-שעה לקילוגרם. גם אחרי שמפחיתים את נצילות מנוע הבעירה ואת משקל הגנרטור, המערכת ההיברידית עדיין מנצחת ברוב המשימות הארוכות. עם זאת, ההפרש מתחיל להשתלם רק מעל משקל המראה מסוים — מתחת לכך מערכת סוללות מתוכננת היטב עדיין עדיפה, ועל כך הרחבנו במאמר על מערכת סוללות לרחפן.

איך בנויה המערכת

הארכיטקטורה הנפוצה לרחפן היברידי בנזין חשמל היא תצורה טורית: מנוע בעירה פנימית קטן מסובב גנרטור, המתח מיושר ומיוצב דרך יחידת ניהול הספק, ומזין את בקרי המהירות והמנועים החשמליים. במקביל מותקנת סוללת חיץ קטנה יחסית שתפקידה כפול — לספוג פסגות הספק ברגעי תמרון ולשמש גיבוי לנחיתת חירום אם המנוע נעצר. המנוע עצמו אינו מניע מדחף כלשהו ישירות, ולכן הוא יכול לעבוד בסיבובים קבועים בנקודת הנצילות הטובה ביותר שלו.

  • מנוע בעירה — לרוב דו-פעימתי או ארבע-פעימתי קטן, בהספק של כמה קילוואטים.
  • גנרטור — מנוע חשמלי בעל מגנטים קבועים המופעל כמחולל.
  • ממיר ובקרת הספק — מייצב מתח, מנהל טעינה ומחלק עומסים.
  • סוללת חיץ — מספקת רזרבה למספר דקות טיסה בטוחות.
  • מערכת דלק — מיכל, משאבה ואוורור בטיחותי.

הבחירה של המנועים והמדחפים משתנה גם היא, כי נקודת העבודה שונה מזו של כלי סוללה. פירטנו את השיקולים בבחירת מנועים ומדחפים ובבקרי מהירות ומערכת הנעה.

נקודה שרבים מפספסים היא שהמערכת ההיברידית מחייבת חשיבה מחדש גם על לוגיקת הבטיחות בקושחה. בקר הטיסה צריך לדעת להבחין בין ירידת מתח זמנית בגלל עומס רגעי לבין כשל אמיתי של המנוע, ולעבור אוטומטית למצב סוללה בלבד עם התראה לצוות הקרקע. מדובר במכונת מצבים נוספת שיש לתכנן, לבדוק ולתעד — לא בתוספת שולית.

המחיר ההנדסי שצריך להכיר

רחפן היברידי בנזין חשמל מביא איתו ארבעה אתגרים שאינם קיימים בכלי חשמלי. הראשון הוא רעידות: מנוע בעירה מייצר תדרים שמשבשים את יחידת המדידה האינרציאלית ופוגעים באיכות התמונה, ולכן נדרש בידוד מכני מוקפד. השני הוא ניהול חום — מנוע, גנרטור וממיר מפזרים חום רב בתוך מעטפת קטנה. השלישי הוא תאימות אלקטרומגנטית, שכן מערכת ההצתה מקרינה רעש שעלול לפגוע בקישור הבקרה ובקליטת הלוויינים. הרביעי הוא תחזוקה: מסננים, נרות, שמן ובלאי מכני שמחייבים נוהל טיפול תקופתי.

יש גם רעש אקוסטי משמעותי, שמגביל שימוש במשימות שדורשות חשאיות או טיסה מעל אזור מיושב. במקרים כאלה כדאי לבחון חלופות כמו רחפן קשור עם הזנה מהקרקע או תצורת כנף קבועה מסוג VTOL, שמשיגה טווח ארוך בדרך אחרת לגמרי.

מתי זה משתלם ומתי לא

שיקול נוסף הוא מרכז הכובד ותכנון המבנה. מיכל דלק מתרוקן במהלך הטיסה, ולכן מרכז הכובד נודד — מה שמחייב מיקום המיכל קרוב ככל האפשר לציר האורך ולציר הרוחב של הכלי. גם השלדה נדרשת להיות קשיחה יותר כדי לשאת עומסים דינמיים ורעידות מתמשכות, נושא שקשור ישירות לתכנון מסגרת ושלדה לרחפן.

מניסיוננו, המעבר אל רחפן היברידי בנזין חשמל מוצדק כשנדרשת שהייה של מעל שעה, כשהמשימה מתבצעת הרחק מנקודת טעינה, או כשעלות ההחלפה של סוללות בשטח גבוהה מדי. לעומת זאת, כשהמשימה קצרה, הכלי צריך להיות שקט ונקי, או כשכמות הייצור קטנה מאוד — המורכבות הנוספת פשוט לא מחזירה את עצמה. שווה גם לזכור שהיבטי רישוי משתנים, ולכן כדאי לקרוא על תהליך אישור רת"א לכלי טיס חדש ועל עלויות פיתוח וייצור רחפן. חומר נוסף מרוכז בעמוד פיתוח רחפנים.

שוקלים מערכת הנעה היברידית לכלי שאתם מפתחים? פנו אלינו לקבלת הצעת מחיר ונבנה יחד ניתוח משקל-הספק-שהייה שיראה בדיוק אם ההיברידי משתלם עבור המשימה שלכם, לפני שמשקיעים בפיתוח מלא.

רוצים להפוך רעיון למוצר? צרו קשר עם צוות פרוג'קטס האוס בע"מ – טלפון: 054-8936922 | דוא"ל: info@projects-house.com – ונשמח ללוות אתכם משלב הרעיון ועד המדף.