מערכת רב להב

לכלי טיס שונים תהיה תצורה שונה של מערכת הבקרה. העקרונות הנמצאים כאן יעזרו לכם להבין את עקרונות הפעולה הבסיסיים של המערכת. עם זאת, בכל מערכת שתטיסו חשוב להכיר הארכיטקטורה של בקרת הטיסה ולהבין מה כל חוג ומעגל מבצע, או בעצם לצייר לכם מעגל בקרה משל עצמכם עבור כל כלי טיס.

ישנן הגדרות רבות ל"רב להב", תלוי בארגון המגדיר ומבנה החוק מאחוריו. אינטואטיבית, רב להב הוא כלי טיס לו יותר משני רוטורים, כאשר ניהוג כלי הטיס מבוצע בו על ידי שינוי במהירות סיבוב המנועים.

הגדרת "רב להב" (Multi Rotor) במסמך תפיסת הרישוי היא: "כלי טיס, כבד מהאוויר המסוגל להמריא אנכית, לנחות אנכית, לטוס במהירות נמוכה, בהתבסס על עילוי הנוצר ממתקנים המונעים על ידי המנועים או עילוי הנוצר מדחף המנועים בשלבי טיסה אלו".

ב"רב להב" נהוג לציין את סוג כלי הטיס לפי מספר הרוטורים שלו. כאשר מדובר בשני רוטורים, מדובר יהיה במסוק. מעל שני רוטורים המינוח הוא מולטיקופטר (Multicopter) או שם שמציין את מספר הרוטורים טריקופטר (3 רוטורים), קוודקופטר (4), פנטקופטר (5), הקסקופטר (6), אוקטוקופטר (8) ועוד.

בכל סוג כלי טיס יהיה מערך רוטורים בעלי כיוון סיבוב מנוגד, על מנת לאזן את מומנט הסבסוב הנוצר (הסבר בהמשך). ככלל אצבע, בכלי טיס עם מספר רוטורים זוגי, שני רוטורים צמודים תמיד יסתובבו בכיוונים הפוכים.

שרטוט 55: סידור רוטורים – רב להב

ב"רב להב", אופן השליטה על ארבעת צירי התנועה ( גלגול, עלרוד, סבסוב והציר האנכי) מתבצע בעזרת שינוי מהירות הסיבוב של המנועים. נדגים את העיקרון על כלי טיס עם ארבעה רוטורים, אך ניתן להשליך את ההסבר על כל תצורה אחרת.

שרטוט 56: פעולת הגאים – רב להב

​

ניעזר בשרטוט למעלה כדי להסביר את הפעולה. כיוון "קדימה" של כלי הטיס הוא על פי החץ בשרטוט.

גלגול – על מנת לגלגל כלי הטיס צריך להגביר את סיבוב המנועים של צד אחד, ולהקטין את סיבוב המנועים של צד אחר. לדוגמא, על מנת לגלגל ימינה, מנועים 2 ו-4 יקטינו את מהירות הסיבוב, ומנועים 1 ו-3 יגדילו את מהירות הסיבוב.

עלרוד – בדומה לגלגול, על מנת לעלרד כלי הטיס צריך להגביר את סיבוב המנועים של צד אחד, ולהקטין את סיבוב המנועים של צד אחר. לדוגמא, על מנת להרים את האף ("לעלרד") נדרש להגביר את מהירות הסיבוב של מנועים 1 ו-2, ולהקטין את מהירות הסיבוב של מנועים 3 ו-4.

סבסוב – עפ"י החוק השלישי של ניוטון, כל כוח שפועל מפעיל כוח המנוגד לו בכיוון ובעוצמה. מסיבה זו כל מנוע המסתובב לכיוןן מסוים מפעיל מומנט (פיתול) לכיוון ההפוך. וכך, מנוע 1 המסתובב ימינה מפעיל את מומנט M1 שמאלה וכך הלאה. אפשר לראות שמומנט M1 ו-M4 הם באותו הכיוון, וM2 ו-M3 הם בכיוון ההפוך, וכך נשמר איזון המומנטים.

על מנת לסבסב לכיוון מסוים, נדרש להגביר את מהירות הסיבוב של המנועים היוצרים מומנט בכיוון הרצוי, ולהקטין את מהירות הסיבוב של המנועים המפעילים מומנט הפוך. לדוגמא, כדי לסבסב ימינה נדרש להגדיל את מהירות הסיבוב במנועים 2 ו-3, ולהקטין את מהירות הסיבוב של מנועים 1 ו-4

השליטה בכלי הטיס מתבצעת בדרך כלל דרך שני סוגים של יחידות שליטה: קופסת הטסה ("שלט") ו/או מסך מחשב עם תוכנה ייעודית לשליטה בכלי הטיס.

שרטוט 57: קופסת הטסה/ יחידת שליטה

​

הטסה ידנית מתבצעת דרך קופסת הטסה, באופן דומה מאוד (או זהה) למקובל בעולם הטיסנים.
בקופסת ההטסה יש שני סטיקים (או "מוטות ניהוג" או "מוטונים"), וכל סטיק שולט על שני צירים בכלי הטיס. לעיתים סידור הסטיקים הפוך (מצערת וחוג גובה בסטיק ימין, גלגול ועלרוד בשמאל), על פי האזור בעולם בו מקבול להטיס באופן זה.

גלגול – נשלט ע"י ימין/ שמאל בסטיק הימני.

עלרוד – נשלט ע" משיכה/ דחיפה של הסטיק הימני. משיכה תרים את אף כלי הטיס (עלרוד חיובי), ודחיפה תוריד את אף כלי הטיס (עלרוד שלילי).

מצערת / חוג גובה – הסבר מפורט יהיה תחת הכותרת "בקרת טיסה", אך באופן אינטואיטיבי משיכה ודחיפה של הסטיק השמאלי שולטת על גובה כלי הטיס. דחיפה היא עלייה בגובה, ומשיכה ירידה בגובה.

ישנם שני סוגים של סטיקים השולטים על הציר האנכי, הראשון קפיצי, שכל משיכה או דחיפה שלו מביאה לעלייה או ירידה בגובה, והשני ללא קפיץ, כך שהמקום בו נמצא הסטיק קובע את הערך הנדרש (סיבוב מנועים או שינוי גובה).

סבסוב – נשלט ע"י ימין/ שמאל בסטיק שמאל.

בדרך כלל, ליד כל סטיק יהיה מקזז. מקזז הוא רכיב הקובע את מצב האמצע של הסטיק, ובעצם מה יקרה ברגע שנעזוב את הסטיק. לדוגמא, אם כלי הטיס מגלגל מעט ימינה כאשר אנו עוזבים את הסטיק – נקזז מעט שמאלה ואז בעזיבת הסטיק לא תהיה נטייה לשום כיוון.

בדרך כלל על קופסת ההטסה יהיו מתגים שונים המכתיבים מאפייני טיסה שונים, ובמידה וכלי הטיס יוטס דרך יחידת שליטה, גם חיבור כבל למסך.

מערכת כטב"מ מורכבת מרכיבים רבים: כלי הטיס, מערכת התקשורת, המטען הייעודי, התחנה הקרקעית ותת הרכיבים של כל אלו. "תצורה" (Configuration) היא רשימת כל הרכיבים של המערכת. כאשר מדובר בכלי טיס המופעל מסחרית, תצורת המערכת מאושרת ע"י רשות התעופה האזרחית (כולל ספרי ההפעלה והתחזוקה), וכל שינוי מהתצורה המאושרת דורש אישור מחודש.

מערכות כטב"מ בנויות בתצורות רבות ושונות (לפי החברה הבונה אותן, התקנות במדינה בה נבנה כלי הטיס ושיקולים רבים נוספים). כפי שאתם מכירים, במערכות שונות כלי הטיס שונים, וגם במסגרת אותה המערכת ישנן מספר תצורות מאושרות לטיסה.

לכל מערכת כטב"מ ארבעה מרכיבים עיקריים לתצורה: כלי הטיס, מערכת התקשורת (לעיתים יותר מאחת), התחנה הקרקעית והמטען הייעודי (מָטעֵ"ד).

במערכות כטב"מ בקשר עין, המשמשות חובבים ואנשי מקצוע כאחד, ישנן שתי תצורות נפוצות למערכת השליטה הקרקעית. הראשונה היא מערכת משולבת מסך הנמצא מעל קופסת ההטסה (כלי טיס כמו Phantom של חברת DJI נמכרים בתצורה זו), והשנייה היא קופסת הטסה ומשדר המחוברים למחשב נייד (כמו בכלי טיס הכוללים טייס אוטומטי מסוג Pixhawk, או בכלי טיס כמו S900/S1000 של חברת DJI).

​

שרטוט 58: קופסת הטסה / יחידת שליטה קרקעית

בין המערכת הקרקעית לאווירית יש מערכת תקשורת השולחת ומקבלת שדרים. לשדרים העולים מהתחנה הקרקעית לכלי הטיס קוראים שדר עולה או Uplink, ולשדרים היורדים מכלי הטיס קוראים שדר יורד או Downlink.

שרטוט 59: שדר עולה ויורד

גם החלק האווירי (כלי הטיס על כל חלקיו) וגם החלק הקרקעי במערכת מורכבים מהרבה מאוד תת חלקים.
כדי להכיר מערכת כטב"מ נדרש להכיר את החלקים השונים בכלי הטיס, את החיבורים ביניהם ואת תוכנת בקרת הטיסה, הקובעת מה כל חלק יבצע ומתי.

בכל כלי טיס התצורה שונה, וכאשר תטיסו כלי טיס ספציפי, הרכיבים עלולים להיות אחרים מאלו המפורטים כאן. כוונתנו לעזור לכם להכיר את המערכות הנפוצות ביותר, ולהבין את עיקרון הפעולה של הרכיבים כדי שתוכלו להכיר את כלי הטיס אותו אתם מטיסים ולהטיס בבטחה.

סוללה​

לרוב סוללות במערכת כטב"מ בקשר עין הן סוללות ליתיום פולימר (LiPo), הקרויות גם סוללות ליתיום יון (Lithium-ion או Lithium Polymer).

תא של סוללת LiPo הוא במתח ממוצע של 3.7V, עם מתח המתחיל ב4.2V ובגמר השימוש (כאשר הסוללה ריקה) המתח יורד על לכ 3V (ניתן לראות זאת בשרטוט 9). כמעט תמיד התאים יהיו מחוברים בטור לכדי סוללה, ולכן המתח יעלה ככל שמספר התאים יגדל.

מספר התאים יצוין בכינוי הסוללה, ויהיה מספר ה"S" של הסוללה.
כאשר יהיה מדובר בשני תאים, הסוללה תיקרא 2S והמתח הממוצע שלה יהיה 7.4V (פעמיים 3.7V),
כאשר יהיה מדובר בארבעה תאים, הסוללה תיקרא 4S והמתח הממוצע שלה יהיה 14.8V (ארבע פעמים 3.7V),
וכך הלאה. לא מקובל להגיע לערכים של יותר מ8S בכלי הטיס.

חלק מהסוללות יגיעו מחוברות בטור עם חיבור, וחלקן (כמו בכלי טיס מסוג Phantom 4 או Inspire של DJI) יהיו סוללות "חכמות", כלומר – יכללו מעגל בקרה שמטרתו לתעד את כמות הפריקה והטעינה של הסוללה, את גרף הפריקה שלה, לבקר כל תא בנפרד ולהוציא אזהרות למטיס, ועוד שימושים.

סוללות LiPo מוגבלות (בדרך כלל) בשני פרמטרים:

פרמטר C – פרמטר C מייצג את הזרם הנלקח מהסוללה ביחס קיבולת של הסוללה. השימוש הוא כדי להבין את מתחי העבודה (ככל שמספר הC בשימוש גבוה יותר, כך מתח העבודה ירד), וכדי להבין את המגבלה המקסימלית עבור סוללה ספציפית.

לדוגמא, סוללה עם קיבולת של 16 אמפר שעה (או 16,000 mAh), שהצרכנים המחוברים אליה צורכים 1C, בעצם צורכים 16 אמפר של זרם והזמן שבו הסוללה תספק זרם יהיה שעה. אם אלו יצרכו 3C אז הצריכה תהיה 48 אמפר והזמן יתקצר לשליש.

טמפרטורת פעולה – טמפרטורת הסוללה מגבילה את הפעולה הכימית של הסוללה, ויכולה לפגוע באופן משמעותי בביצועים. באופן ספציפי, בסוללות LiPo הסוללה תספק כ 50% מהקיבולת במידה והטמפרטורה נמוכה מ -10°C .מסיבה זו טמפרטורת הסוללה צריכה להיות מבוקרת כל הזמן.

בסוללות LiPo קיימת סכנה של התפרקות האלקטרוליט ויצירת גז בתוך תאי הסוללה. בקצרה, התגובות הכימיות המתרחשות במהלך פעילות הסוללה מפרקות את האלקטרוליט, וכחלק מהתגובה נותר חמצן (וגזים אחרים כמו פחמן דו חמצני ועוד). במידה והלחץ גדל בתוך התאים, הסוללה עלולה להתפוצץ ובגלל התגובה של ליתיום וחמצן ליצור שריפה. ניתן להימנע מכך ע"י אחסון סוללות במקום קר כאשר הטעינה שלהן היא בין 50% – 80%, הימנעות מפריקת יתר של סוללה (3V לתא, או בין 15%-5%) ושימוש במטענים מתאימים.
מצב זה אינו הפיך, ולכן חשוב לזכור שסוללה שהתנפחה לא ניתנת לתיקון ואסורה בשימוש.

לפני כל טיסה ובמהלכה נדרש לקרוא את מתח הסוללה, וחשוב לבדוק את השמישות של כל תא.

ניתן לבצע זאת באמצעות מד המציג את המתח בוולטים ואז להמיר לאחוז טעינה, באמצעות מד המציג את המתח באחוזים או באמצעות נוריות המעידות על רמות מתח בהתאם למספר הנוריות הדולקות.

​

מנועים חשמליים בכלי הטיס הם לרוב מנועי זרם ישר ללא מברשות, כאשר המדדים המבדילים בין מנוע אחד לשני הוא הזרם המקסימלי (A), ההספק המקסימלי (Watt) ומהירות הסיבוב לוולט (Kv).

נתון ה Kv מאפשר לחשב את המספר הסיבובים לדקה ביחס למתח שעובר במנוע. לדוגמא, אם המנוע הוא 100Kv והמתח העובר בו הוא 3 וולט, אז מהירות הסיבוב תהיה 300 סיבובים לדקה. הזרם וההספק מוגבלים ע"י החומרים מהם עשוי המנוע והתחממות שלו, כמות הסיבובים לוולט מאפשרת לוודא שמדחף מסוים מתאים למנוע מסוים, ולחשב את הביצועים של הצמד מנוע – מדחף.

בקר מהירות (Electric Speed Control או ESC) הוא מעגל חשמלי שמטרתו להפעיל את המנוע החשמלי או לשלוט בפעולת המנוע. מאחר ורוב המנועים החשמליים בכלי הטיס הם ללא מברשות (Brushless), ודורשים זרם תלת פאזי, בקר המהירות הוא המעגל החשמלי המספק זאת.

בקר טיסה (Flight Controller) הוא מחשב הטיסה, המקבל את כל הנתונים מהחיישנים השונים על כלי הטיס, את הפיקוד הנדרש מהתחנה הקרקעית (דרך מערכת התקשורת), ומבצע את כל החישובים הנדרשים על מנת לשלוח פיקודים למנועים ולרכיבים אחרים בכלי הטיס.

עיקרון הפעולה של המצפן הנפוץ בכלי טיס דומה או זהה לעיקרון הפעולה של מצפנים המותקנים בטלפונים חכמים. מדובר במד שטף מגנטי (Magnetic Flux), המורכב משלושה צירים המודדים את השטף המגנטי, ומתוך וקטור השטף המגנטי מחלצים את הרכיב האנכי של השטף (המצביע כלפי הקרקע) והרכיב האופקי המצביע אל הצפון). למד השטף המגנטי צמוד מעגל אלקטרוני המחשב את התוצאות הרלוונטיות.

​

שרטוט 60: מד שטף מגנטי

כפי שלמדנו בפרק העוסק באלקטרומגנט, תנועת אלקטרונים מייצרת שדה מגנטי. מאחר והסביבה בה אנו נמצאים מייצרת שדות מגנטיים רבים (ולצורך זה, גם כלי הטיס אותו אנו מטיסים), המצפן נדרש למצוא את ההפרעות ולהפחית אותן מהחישוב הוקטורי. תהליך מיפוי והורדת ההפרעות נקרא "כיול מצפן".

פעולת הכיול היא תנועה במרחב של כל הסנסורים, ומיפוי כל כיוון במרחב בעזרת יותר מציר אחד.

נדרש לכייל מצפן בכל שינוי סביבה משמעותי (חוק אצבע של 50 ק"מ או שני קווי אורך), כאשר כלי הטיס אינו שומר כיוונים כנדרש או כאשר כלי הטיס מוציא הודעת שגיאה ודורש לכייל את המצפן.

מתח וזרם גבוה יכול להשפיע על השדה המגנטי של המצפן, וע"י כך לפגוע בקריאת הכיוון האופקי (שחשוב לבקרת הטיסה והמיקום) והכיוון האנכי (החשוב לשמירת היציבות). מסיבה זו המצפן המגנטי המותקן בכלי הטיס מותקן רחוק מאזורי זרם גבוה, וכלי טיס הפועלים בעזרת מצפן מגנטי נדרשים להתרחק מטיסה בקרבת קווי מתח גבוהים.

יחידת מדידה אינרציאלית (IMU או Inertial Measurement Unit) היא חיישן המודד תאוצה בצירים השונים, בדרך כלל כחלק מיחידת הג'יירוסקופ. ישנן טכנולוגיות רבות המיישמות את עיקרון הפעולה של IMU, טכנולגויה מבוססת גבישים, אור (RLG ו-FOG), מגנטים ועוד.

המערכת מודדת את הכוחות והמומנטים הפועלים עליה, ועל ידי כך קובעת את האוריינטציה והמיקום המרחבי, בדרך כלל בשילוב עם מצפן שמטרתו להצביע על הרכיב האנכי של השטף המגנטי של כדור הארץ.

הטכנולוגיה הנפוצה ביותר בטלפונים וברב להב היא רכיב הבנוי בטכנולוגיית MEMS, וברוב המקרים CVG (Coriolis vibratory gyroscope). CVG הוא IMU המורכב משלושה חיישנים הנמצאים בסידור דומה לחיישני השטף במצפן, כאשר כל חיישן הוא גוף רועד, המשנה את תדירות התנודות כתלות בתאוצה באותו ציר.

שילוב של שלושת וקטורי התאוצה משלושת החיישנים הוא וקטור התאוצה של אותו גוף.

ג'יירוסקופ הוא רכיב המודד את זווית הגלגול והעלרוד.

ג'יירוסקופ מכני, שהיה נפוץ בשימוש בעבר, השתמש במסה מסתובבת על ציר (שלה תכונות שימור תנע, השומרות על מצבה במרחב. האוריינטציה של המסה המסתובבת היתה נשארת קבועה, ובהשוואה אליה ניתן היה למצוא את זווית העלרוד והגלגול.

הג'יירוסקופ בו משתמשים ברב להב לרוב מורכב ממד שטף מגנטי וCVG, ומכונה Gyroscope MEMS. הנתונים המתקבלים מהג'יירוסקופ הם זווית הגלגול והעלרוד בכל ציר, ביחס לרכיב האנכי של השטף המגנטי של כדור הארץ.

כפי שלמדנו בחלק העוסק ביסודות ניווט, GPS הוא מקלט הקולט תשדורות לווינים ומחשב את מיקומו במרחב ע"י פתרון משוואת המיקום. מקלט GPS יותקן בדרך כלל במרחק כלשהו מהסוללה ו/או מקורות זרם גבוה היכולים ליצור השראות מגנטיות.

מקלט GPS בכלי הטיס בדרך כלל מספק שני נתונים – מיקום (עי" פתרון המשוואות) ומהירות GPS.

מדידת המהירות בGPS מדוייקת מאוד, ללא קשר למיקום. המהירות מחושבת ע"י שימוש באפקט דופלר, כלומר, חישוב שינוי התדירות של הגלים המגיעים למקלט.

על פי החוק והתקנות, בכלי טיס גדולים (מאוישים ולא מאוישים) קיימות תאורות חיצונות שמטרתן לאפשר זיהוי של כלי הטיס על ידי כלי טיס אחרים או מהקרקע, ביום ובלילה.

במקרה של כטב"מ קטן, לטובת טיסות בלילה נדרש הכלי בתאורות בצבע אדום או לבן, המנצנצות למרחק של 5 ק"מ.

התאורות החיצוניות ברב להב ממלאות שני תפקידים:​

1. התראה או דיווח על מצב בקרת הטיסה או הסוללה

בסוגי רב להב רבים צבע התאורה יהיה תלוי במצב כלי הטיס. בכלי הטיס של DJI לדוגמא, כאשר הנורית ירוקה הטיסה מבוצעת בGPS, בכאשר הנורית צהובה בAttitude וכאשר הנורית כבויה, הטייס האוטומטי מנותק או נמצא בחוגים התחתיים (הסבר בהמשך).

2. זיהוי מצב בלילה
כאשר מטיסים בקשר עין בלילה, ההטסה מתבצעת בעזרת התאורות ודרכן אפשר להבין את הגלגול, העלרוד והסבסוב של כלי הטיס.

מטרת תחנת השליטה הקרקעית היא להעביר פקודות לכלי הטיס, לנטר אותו, ולבצע משימות בעזרתו.

המשימה יכולה להיות טיסה בלבד (למטרות אימון לדוגמא), משימת זמן אמת (כמו צילום או מעקב), או משימה איסוף מידע בה מתבצע נתיב והוא מנותח לאחר נחיתה (כמו דגימות אוויר, צילום אווירי אוטומטי או הובלת מטענים).

מערכת השליטה והבקרה אמורה לאפשר את כל אלו, ומורכבת מרכיבים שונים. רשימת הרכיבים משתנה מתחנה קרקעית לתחנה קרקעית, ולפני הטסה של כלי טיס חשוב להכיר את כלל הרכיבים ולהבין את אופן ומגבלות הפעולה שלהם. רשימת הרכיבים המצוינת ע"י רשות התעופה האזרחית בבחינת התיאוריה היא תיבה, מצבר, מוטות ניהוג, מקזזים, משדר/מקלט, כרטיס חכם, מפסק הפעלה וכיבוי מנועים.

הדרישות המינימליות למערכת שליטה ובקרה הן Uplink (כלומר, מערכת המייצרת פקודות, משדר ואנטנת שידור, ומקלט ואנטנת קליטה ופלט אל המנועים). הדרישות המינימליות למערכת בקרה ושליטה בבחינת התיאוריה ברשות התעופה האזרחית הן קיום משדר, אנטנת שידור, מקלט, אנטנת קליטה, פלט, מגבר.

קיימות טכנולוגיות רבות הנוגעות לשיטת האפנון (הצפנת המידע בגלי הרדיו), ומערכת התקשורת היא מערכת המשתמשת בגלי רדיו על מנת להעביר מידע ממקום למקום.

גלי רדיו או גלים אלקטרומגנטיים הם שינויים בשדה מגנטי הנעים באטמוספירה. גלים אלו נעים במהירות האור וניתן לאפיין אותם ע"י שלושה נתונים השונים בין גל לגל: תדירות הגל, אורך הגל, והמשרעת (אמפליטודה).

תדירות הגל היא כמות הפעמים בשנייה בהן מופיע גל כלשהו באטמוספירה.
תדירות נמדדת ביחידות הנקראות הרץ כאשר הפירוש לכל יחידת הרץ הוא "פעם אחת בשנייה".
לדוגמא, גל בתדירות של 2 הרץ, יופיע פעמיים בשנייה.

שרטוט 61: תדירות גלים

​

אורך הגל הוא המרחק אותו אנו מודדים בין נקודת תחילת הגל (החלק בו הגל מתחיל לעלות), לנקודת תחילת הגל הבא. אורך הגל נמדד באנגסטרם (1Å=10-10 m). משרעת הגל (האמפליטודה) היא המרחק שאנו מודדים בין החלק העליון לחלק התחתון, את האמפליטודה מודדים גם כן באנגסטרם.

שרטוט 62: משרעת גלים

​

כאשר שני גלים נפגשים אחד בשני הם ייצרו גל שהאמפליטודה שלו שווה לסכום של שני הגלים. לאחר ששני הגלים ייפרדו הם יחזרו לערך האמפליטודה המקורי. לתופעה זו קוראים תופעת ההתאבכות.

כאשר שני גלים יוצרים גל גדול מהערך של כל אחד מהם, מדובר יהיה בהתאבכות בונה, וכאשר המצב הוא שהגלים מבטלים אחד את השני מדובר יהיה בהתאבכות הורסת.

​

הצפנת מידע על גבי גלי רדיו נקראת אפנון, והסעיפים הבאים עוסקים בה.

שרטוט 64: הצפנת המידע בשידורי AM

בשיטת השידור (FM (Frequency Modulation הנקראת גם לעיתים (PPM (Power Pulse Modulation הצפנת המידע מבוצעת על גבי התדר. הגל הנושא הוא בעל אמפליטודה קבועה אך התדר משתנה בטווחים קבועים ביחס לתדר המרכזי. לדוגמא, בתשדורת רדיו בתדר 72.650Mhz (תדר שהיה נפוץ במערכות תקשורת לטיסנים), השידור יתבצע בתדרים שהם קצת מעל וקצת מתחת לתדר המרכזי.

בשידור בשיטה זו מחזור השידור תמיד יתחיל בקוד קבוע אותו יודעים גם המקלט וגם המשדר. הסיבה לשימוש בקוד הוא תיאום הזמנים בין המשדר למקלט, על מנת שהמקלט ידע מתי מתחיל השידור ומהיכן לפענח את הפקודות.

שרטוט 65: הצפנת המידע בשידורי FM.

שיטת האפנון (PCM (Pulse Code Modulation היא בעצם שידור בשיטת FM, כשהמחשב שנמצא במשדר מחלק את הגל לפולסים דיגיטליים, אותם המקלט דוגם ומתרגם לגל רציף. במידה ולא נקלט רצף בגל המשודר, המחשב שנמצא במקלט יכול להשלים את המידע על סמך המשך השידור. מסיבה זו שיטת השידור PCM נחשבת אמינה יותר מFM.

שרטוט 66: דוגמא לגל המשודר בשיטת PCM.

שיטת השידור בתדרים מדלגים (Frequency Hopping) היא השיטה הנפוצה ביותר היום, כשרוב המשדרים עליהם מצוין תדר 2.4GHZ משדרים בתדרים 2.4Ghz – 2.435Ghz.

בשיטה זו השידור מתבצע בPCM כאשר גם למשדר וגם למקלט יש יותר מתדר אחד בו הם משדרים, ושניהם מדלגים בקצב קבוע ועפ"י סדר הקבוע בין התדרים. לכל צמד (משדר ומקלט) יש את הקידוד הנכון להם וכך אנו יכולים למצוא שני משדרים באותו תחום תדרים זה ליד זה – ובכל זאת לא ייווצרו הפרעות באף אחד מהשידורים.

שרטוט 67: שידור המדלג בין שלושה תדרים.

תוכנת בקרת הטיסה של כלי הטיס היא התוכנה הנמצאת בבקר הטיסה (Flight Controller) ומחברת בין הנתונים הנקלטים מהחיישנים השונים בכלי הטיס, הפיקוד המגיע מהתחנה הקרקעית (והמטיס) והפקודות הנשלחות למנועי כלי הטיס.

פעולה מבוקרת מתבצעת באמצעות חוג בקרה. כאשר מדובר בבקרה המבצעת פעולה, ללא קשר לתנאים המתרחשים בפועל אנו אומרים שמדובר בבקרה בחוג פתוח. כאשר מערכת הבקרה מתחשבת בתנאים האמיתיים ומתקנת את הערך המצוי לערך הרצוי, אנו אומרים שמדובר בבקרה בחוג סגור.

לדוגמא, פעולה ממטרה מתוכננת מראש למשך זמן מסוים, או פעולה של מיקרוגל היא בקרה בחוג פתוח, כאשר משך ההפעלה של שני המכשירים קבוע מראש ללא קשר לתוצאה הסופית הנדרש. במידה והמיקרוגל היה קורא את הטמפרטורה של האוכל הנמצא בו, והפקודה למיקרוגל היתה טמפרטורה, אז היתה בקרה בחוג סגור.

בבסיס תוכנת בקרת הטיסה של כלי טיס, לרוב קיים בקר PID, שהוא בקר חוג סגור נפוץ ומקובל כאשר בונים בקרה של כלי טיס. בקר PID בודק את הערך הרצוי והמצוי, ונותן (או מחזיר) פקודה המבוססת על סכום החישוב של שלושה פרמטרים:

Proportional (פרופורציוני) – תיקון ביחס ישר לשגיאה.
Integral (אינטגרלי) – תיקון ביחס לזמן שבו קיימת השגיאה.
Derivative (נגזרת) – תיקון ביחס לנגזרת השגיאה (או מהירות סגירת השגיאה).

​

שרטוט 68: בקר PID

במידה ונדרש, לעיתים מתוכנת הגבר (Gain) אל החוג שהוא בעצם מכפיל של התוצאה.

בבקר PID השולט על ציר הגלגול, הערך הפרופורציוני יהיה המתח למנוע עבור כל מעלה שגיאה (לדוגמא, עבור כל 5 מעלות הטיה בין פיקוד לדיווח העלה/ הפחית את המתח בוולט אחד).

הערך האינטגרלי יהיה כמות מתח למנועים עבור השגיאה שהצטברה במשך זמן (לדוגמא, ספור את מעלות ההבדל בין הפיקוד לדיווח בכל שנייה מרגע שהתחילה השגיאה, ועל כל 10 מעלות העלה / הפחת בוולט אחד).

ערך הנגזרת יהיה בעצם הפחתה התלויה בקצב ההתקרבות (לדוגמא, על כל שינוי בשגיאה של 10 מעלות בשנייה, הפחת וולט אחד). כך אם יש שינוי ואנו מתקרבים לערך הרצוי, אין סיכוי לעבור אותו אם ההתקרבות מתבצעת בקצב מהיר מדי.

במערכת בקרה, נהוג לסווג חוגי בקרה כחוגים עיליים ותחתיים. חוגים תחתיים הם בדרך כלל החוגים המשתמשים בחיישנים בסיסיים ומבקרים פעולות פשוטות (לדוגמא, קצב גלגול או עלרוד, מצב גלגול או עלרוד), וחוגים עיליים מבצעים פעולות מורכבות, אוספים נתונים רבים על מנת לקבוע פיקוד ולרוב מזינים בפקודות את החוגים התחתיים.

אפשר להבין את בקרת הטיסה של רב להב בעזרת מעגל חוגי הבקרה. במעגל, החוגים התחתיים נמצאים באמצע וככל שעולים למעלה או יוצאים החוצה, עולים במורכבות החוגים.

שרטוט 69: מעגל חוגי בקרת טיסה

​

מרכז המעגל – הטסת קצב

החוג הראשון והבסיסי ביותר הוא בקרת קצב (במרכז המעגל). יישום החלק הזה במעגל משתנה בין כלי טיס.

מצב אפשרי אחד, הוא שלא קיימת בקרה כלל. כלומר, מצב בו כל תנועה בסטיק מניעה את המנועים כך שלדוגמא אם ארצה לגלגל ואזיז את סטיק הגלגול עד הסוף ימינה, המנועים יקבלו מתח מסוים וכלי הטיס יגלגל בקצב קבוע. מצב זהה יהיה גם בעלרוד, בסבסוב ובמצערת (שתנוע בין ערך סיבוב מקסימלי למינימלי).
מצב זה הוא בעצם בקרה בחוג פתוח, בו האדם המטיס הופך את הבקרה לחוג סגור, וקרוי גם טיסה במנותק (טייס אוטומטי מנותק).

תצורה נוספת ונפוצה ברב להב לחוג תחתי היא בקרת קצב באמצעות PID. כלומר, שימוש בחיישני הקצב וקביעה של יחס בין אחוז הסטיק המופעל לקצב העלרוד / גלגול / סבסוב. לדוגמא, אם החלטנו לתכנת PID על ציר הגלגול עם ערך מקסימלי של 360 מעלות גלגול בשניה, אז אם אזיז את סטיק הגלגול עד הסוף ימינה, כלי הטיס יבצע גלגול שלם (360 מעלות) בכל שניה שבה אחזיק את הסטיק. עבור המצערת בדרך כלל לא מבוצעת בקרה בשלב זה.

​

רמה 2 – הטסת מצב

החוג השני ברמה הוא חוג מצב (בהקשר עלרוד וגלגול). כלומר, הבקרה מבוצעת על מצב העלרוד וגלגול.
בחוג הגלגול לדוגמא, המשמעות המעשית היא שאנו קובעים זווית הטייה מקסימלית, וכלי הטיס מבקר את ההטיה ביחס למצב הסטיק. אם לדוגמא קבענו הטיסה מקסימלית של °45, כאשר נזיז את סטיק הגלגול עד הסוף ימינה, ההטיה תבוקר ע"י PID ותהיה °45. במידה ונעזוב את הסטיק ונחזיר את הפיקוד ל-0, כלי הטיס יחזור לגלגול 0. עיקרון זהה יהיה גם בציר העלרוד.

בציר הסבסוב בשלב זה נהוג לבצע בקרת קצב, ללא שימוש במצפן.

בשלב שבו מבוצעת הטסת מצב, ברוב המקרים תהיה בקרת קצב על הגובה.
הכוונה היא שבמקום שעלייה או שהורדה של המצערת תשפיע על מהירות הסיבוב של המנועים, היא משפיעה על קצב שיעור הנסיקה. במצב זה נהוג שכאשר הסטיק באמצע, לא תהיה עליה או ירידה בגובה, כאשר הסטיק במקסימום מעלה יש שיעור נסיקה מקסימלי, וכאשר הסטיק (קצת) מעל סוף טווח שיעור הנסיקה הוא השלילי ביותר, וכאשר סוגרים את הסטיק עד הסוף – המנועים כבים.

​

רמה 3 – חוג מיקום

החוג השלישי ברמה הוא חוג מיקום. כלומר, אנחנו פוקדים לכלי הטיס על מיקום (או שינוי מיקום), וכלי הטיס מוצא את המיקום שלו וטס למיקום החדש לפי נתוני GPS. כדי לעשות זאת חוג המיקום מחלק את המרחב לX ו-Y ביחס לאף כלי הטיס. כלומר, הוא מתקן את שגיאת המיקום ע"י פירוק וקטורי.

אפשר לראות דוגמא בשרטוט מטה. מצד שמאל כלי הטיס נמצא במקום ספציפי, עם אף שפונה צפונה ונפקד עליו להגיע למטרה שנמצאת משמאל מאחור. כדי לסגור את החוג, כלי הטיס יבצע את המתואר בצד ימין. כלומר, יפרק לשגיאה אורכית ורוחבית (כשלכל מהצירים PID משלו) ויתקן את השגיאה על ידי פיקוד גלגול ועלרוד.

שרטוט 70: חוג מיקום

​

במקרה ומדובר במצב בו אף כלי הטיס אינו מיושר עם מערכת הצירים, כלי הטיס מבצע פירוק וקטורי לפי מערכת הצירים שלו ולפי הגדרות שניתנו לו (לדוגמא, שמירת כיוון אף ועוד).

שרטוט 71: חוג מיקום

​

חשוב לשים לב לבניית מערכת הצירים של כלי הטיס במרחב (מערכת הצירים האפורה בשרטוט 69) וחישוב הוקטורים של השגיאה והתיקון, כל אלו מתבצעים בעזרת המצפן המגנטי. כלומר, אין אפשרות לשמור מיקום ללא מצפן מגנטי.

בציר האנכי, בשלב זה (שלב 3 במעגל הבקרה) לעיתים הבקרה היא על גובה ולעיתים הבקרה נשארת בקרת קצב טיפוס או הנמכה.

​

רמה 4 – תכנית טיסה/ נתיב

החוג הרביעי ברמה הוא בעצם פיקוד של רצף של מיקומים ותהליך הטיסה ביניהם. בחוג זה מתבצעת תכנית טיסה הכוללת נקודות ציון רבות, וכל פעולה אחרת הכוללת יותר מנקודת ציון אחת.

לסיכום, לכלי טיס שונים תהיה תצורה שונה של מערכת הבקרה. העקרונות הנמצאים כאן יעזרו לכם להבין את עקרונות הפעולה הבסיסיים של המערכת. עם זאת, בכל מערכת שתטיסו חשוב להכיר את הארכיטקטורה של בקרת הטיסה ולהבין מה כל חוג ומעגל מבצע, או בעצם לצייר לכם מעגל בקרה משל עצמכם עבור כל כלי טיס.

חירומים הם מצב שבו מטיס נדרש לבצע פעולה על מנת להימנע ממצב מסוכן לכלי הטיס או לסובבים אותו.

תקלה היא בעיה טכנית בכלי הטיס, שבגללה בדרך כלל נדרשת פעולה אקטיבית מצד המטיס.

הבסיס להתמודדות טובה עם תקלות היא:

1. הכרות טכנית טובה עם המערכת ואופן ההתנהגות שלה בתקלות.
2. זיהוי של התקלה בזמן.
3. תכנית פעולה למקרה של תקלה.

מטרת הפרק הזה לעזור לכם להכיר מבחינה טכנית את החירומים הנדרשים לבחינה וכיצד לזהות אותם, כאשר זיהוי ותפעול תקלות תלמדו במסגרת התדריכים הכיתתיים ובשלב הטיסות.

חיוויים במערכת

כפי שאתם מכירים, המערכת אוספת נתונים מהחיישנים השונים על מנת להשתמש בהם בחוגי בקרת הטיסה השונים. בכל מערכת הארכיטקטורה שונה, אך ברוב מערכות היום נהוג להכניס סט חיוויים ואזהרות למטיס, או באמצעו נורה (כמו בכלי טיס של DJI) או באמצעות תוכנת השליטה.

חשוב להכיר את כל החיוויים בכלי הטיס אותו אתם מטיסים, ובמידה ורלוונטי לכייל גם את האזהרות כך שלא תצטרכו לבדוק חלק מהפרמטרים תוך כדי טיסה.

רשות התעופה האזרחית בוחנת על כלי טיס מסוג Phantom 3 של DJI, ולמרות שהעניין לא מוצהר באופן רשמי, רבות מהשאלות נוגעות לכלי טיס זה. לכן, חשוב לזכור שכאשר תאורת רב הלהב משתנה מאדום וירוק לסדר צבעים אחר וקצב הבהוב אחר, מדובר בתקלה. משפט זה לא נכון לכל כלי טיס, אך בהחלט רלוונטי לבחינה.

תקלות לפני טיסה

לפני כל טיסה אנו מבצעים בדיקה לפני טיסה, ובמידה וקיימת תקלה נדרשים לעצור את הטיסה ולטפל בה לפי הנוהל המאושר על ידי רשות התעופה האזרחית לאותו כלי טיס ולאותו מפעיל אווירי.

כך שאם במקרה במהלך הבדיקה גילית שבר בגוף המטוס או כל תקלה אחרת, עליך לפנות לגורם המוסמך הרלוונטי או למעבדה מורשית ע"י רשות התעופה האזרחית.

כביית מנוע

חומרת מקרה של כביית מנוע תלויה בתצורת כלי הטיס. כשל מנוע אחד בכלי טיס עם שלושה או ארבעה רוטורים אינו כמו כשל מנוע אחד בכלי טיס עם שמונה. הראשון יאבד שליטה, והאחרון יהיה נשלט בהחלט ויוכל לחזור לנחיתה בטוחה. כאשר אתם נשאלים בבחינה, התייחסו לכלי טיס עם ארבעה רוטורים.

תקלת GPS

במקרה של תקלת GPS כלי הטיס יאבד את המיקום המרחבי שלו ולא יוכל לחשב את השגיאה במיקום, ולכן בעצם ירד רמה אחת מטה בבקרה אל בקרת הקצב.

• איך קוראים לרב להב עם שני רוטורים?
• איך קוראים לרב להב עם שישה רוטורים?
• כיצד פועלים הגאי רב להב (גלגול, עלרוד, סבסוב)?
• על מה שלוט סטיק ימין בקופסת ההטסה?
• על מה שולט סטיק שמאל בקופסת ההטסה?
• מהו מקזז?
• מהי תצורה של כלי הטיס?
• אילו ארבעה מרכיבים עיקריים יש לתצורה של "רב להב"?
• כיצד קוראים לשדר עולה במערכת התקשורת?
• כיצד קוראים לשדר יורד במערכת התקשורת?
• מה סוג הסוללה הנפוץ במערכות כטב"מ בקשר עין?
• מה המתח הממוצע לתא סוללת LiPo?
• מה המתח המינימלי והמקסימלי לתא בסוללת LiPo?
• מהו מספר S של הסוללה?
• מה המתח שיהיה כתוב על סוללת 4S?
• מהו פרמטר C לסוללה?
• כיצד משפיעה טמפטורת הפעולה על הסוללה?
• מדוע סוללה מתנפחת?
• מהו נתון Kv במנוע?
• מהו בקר מהירות?
• מהו בקר טיסה?
• כיצב פועל מצפן ברב להב?
• מדוע ומתי מכיילים את המצפן?
• מהו IMU?
• מהו ג'יירוסקופ, וכיצד הוא קשור לIMU?
• מדוע משתמשים בתאורות חיצוניות ברב להב?
• מה רשימת הרכיבים הנדרשים למערכת שליטה ובקרה?
• מה הדרישות המינימליות למערכת שליטה ובקרה?
• כיצד מאפיינים גל אלקטרומגנטי?
• מהי היחידה הרץ?
• מה עיקרון הפעולה הנפוץ של מערכות תקשורת של רב להב?
• מהי בקרה בחוג פתוח וחוג סגור?
• מהו PID?
• מהו מעגל חוגי הבקרה ומה הרמות בו?
• מהי הטסה בטייס אוטומטי מנותק?
• כיצד עובד חוג מצב?
• כיצד עובד חוג מיקום?
• איזה סוג בקרה מבוצע בחוג הגובה?
• מה שלושת העקרונות הבסיסיים להתמודדות עם תקלות?
• אילו חיווים במערכת יכולים לעזור לי להבין שיש תקלה?
• מה אני עושה אם גיליתי תקלה לפני טיסה?
• מה קורה במקרה של תקלת GPS?