2.5. Полёты при отказе и разряде аккумулятора: просадка, деградация, пороги решения #

• Подготовить тренажёр по статье 2.0: записать в карточку ёмкость батареи (BATT_CAPACITY), пороги предупреждений (BATT_LOW_MAH, BATT_CRT_MAH — по остатку ёмкости; BATT_LOW_VOLT, BATT_CRT_VOLT — по напряжению), настройку отказной логики (FS_BATT_ENABLE).
• Имитация деградированной батареи: уменьшить BATT_CAPACITY до фактического значения (например, с 5000 до 4000 мА·ч) — предупреждения наступят в соответствии с фактической ёмкостью.
• Имитация расхождения расчёта с фактом: оставить BATT_CAPACITY паспортным, а фактический расход увеличить (полёт против ветра, энергичное пилотирование) — остаток по расчёту контроллера будет завышен.
• Ускоренная разрядка для элемента 4: уменьшение BATT_CAPACITY до малого значения (например, 800 мА·ч) — предупреждения наступают через 1–2 минуты полёта.
• Отмена сценария — возврат параметров к значениям карточки.

• Вывести на индикатор: напряжение батареи, ток, израсходованную ёмкость (мА·ч), остаток в процентах.
• Включить речевые сообщения на предупреждения батареи (Low Battery, Critical Battery).
• Наблюдать просадку: сопоставлять напряжение в висении и в энергичном манёвре при неизменном остатке ёмкости.
• После каждого сценария выгружать журнал: кривые напряжения, тока и расхода; моменты срабатывания предупреждений.
• Результаты заносить в протокол занятия (статья 0.6).

• До ввода назвать вслух: ожидаемую просадку при токе энергичного манёвра (задача 1), порог напряжения элемента 3,5 В, правило «остаток оцениваю по ёмкости, напряжение — признак, а не критерий».
• Выполнить висение на 30 м; зафиксировать напряжение и ток покоя.
• Выполнить энергичный манёвр (набор высоты 3 м/с, разгон); наблюдать просадку напряжения при возросшем токе, объявить величину просадки вслух.
• Вернуться в висение; сравнить напряжение до и после манёвра при одинаковом расходе ёмкости.
• Повторить три раза; вычислить внутреннее сопротивление батареи по двум замерам (напряжение и ток в висении и в манёвре).

Критерий: пилот называет величину просадки и отличает её от фактического разряда; вычисленное внутреннее сопротивление совпадает с ожидаемым в пределах 20 %; решение принимается по остатку ёмкости.

• Инструктор до занятия уменьшает BATT_CAPACITY до 4000 мА·ч (деградация 20 %), не сообщая значение пилоту; пилот рассчитал время полёта по паспортной ёмкости 5000 мА·ч (задача 2).
• Выполнить полёт по маршруту; наблюдать момент срабатывания низкого предупреждения и сравнивать с расчётным.
• Пилот объявляет расхождение расчёта и факта вслух, пересчитывает остаток по фактическому расходу, корректирует план завершения полёта.
• Выполнить возврат и посадку по фактическому остатку.
• Разбор: причина расхождения — деградация ёмкости; правило — в параметры вносится фактическая ёмкость, проверенная по журналу заряда.

Критерий: расхождение обнаружено по моменту предупреждения; остаток пересчитан по фактическому расходу; посадка выполнена с остатком не менее 15 %.

• До полёта рассчитать стоимость возврата из самой удалённой точки маршрута (статья 1.2.06) и порог возврата по правилу 1,5 (задача 3); объявить оба числа вслух.
• Выполнить полёт по маршруту; инструктор вводит низкое предупреждение в двух разных точках: на удалении, где остаток больше порога возврата, и где меньше.
• В первом случае пилот выполняет возврат с контролем расхода; во втором — объявляет «посадка на месте», выбирает площадку (статья 1.2.05) и выполняет посадку.
• Каждое решение объявляется вслух с обоснованием: остаток, стоимость возврата, порог.
• Повторить три раза подряд с разным удалением.

Критерий: решение принято не более 5 с после предупреждения; обоснование содержит три числа (остаток, стоимость возврата, порог); выполненное действие соответствует решению.

• Инструктор настраивает ускоренную разрядку (малая BATT_CAPACITY); до ввода пилот называет вслух правило: критическое предупреждение — немедленная посадка без манёвров, кроме снижения.
• Выполнить полёт; при срабатывании критического предупреждения пилот немедленно снижает и садится в ближайшем подходящем месте.
• Проверить поведение отказной логики FS_BATT_ENABLE: если пилот не реагирует 5 с, автоматика выполняет посадку сама — разобрать этот случай как ошибку.
• Разобрать по журналу: напряжение в момент предупреждения, просадку на снижении, фактический остаток на момент посадки.
• Повторить три раза подряд.

Критерий: посадка начата не более 3 с после критического предупреждения; отказная логика не срабатывала (пилот опередил автоматику); на снижении не выполнялось манёвров, кроме корректировки места посадки.

Задача. Четырёхэлементная батарея (4S) имеет внутреннее сопротивление 50 мОм. В висении напряжение составляет 14,8 В при токе 15 А; в энергичном манёвре ток возрастает до 30 А. Порог предупреждения по напряжению — 14,0 В (3,5 В на элемент). Требуется определить просадку в манёвре, напряжение под нагрузкой и установить, сработает ли предупреждение по напряжению при фактически достаточном остатке ёмкости.

Заданные параметры:

Искомые параметры: просадка в манёвре (В); напряжение под нагрузкой (В); срабатывание предупреждения.

Решение.

1. Напряжение покоя: из замера в висении \( U_{покоя} = 14{,}8 + 15 \cdot 0{,}05 = 15{,}55\ \text{В} \).
2. Просадка в манёвре: \( \Delta U = 30 \cdot 0{,}05 = 1{,}5\ \text{В} \) (0,375 В на элемент).
3. Напряжение под нагрузкой: \( 15{,}55 - 1{,}5 = 14{,}05\ \text{В} \) — на грани порога 14,0 В: предупреждение может сработать.
4. Оценка остатка: напряжение покоя 15,55 В (3,89 В на элемент) соответствует достаточному остатку — срабатывание было бы ложным по смыслу: ёмкость в порядке, сработала просадка.

Ответ: просадка 1,5 В; напряжение под нагрузкой 14,05 В; предупреждение по напряжению срабатывает на грани порога при достаточном фактическом остатке.

Вывод. Предупреждение по напряжению под нагрузкой не равно исчерпанию ёмкости: решение принимается по израсходованной ёмкости, а напряжение — индикатор перегрузки и деградации. Рост просадки при прежнем токе — признак деградации батареи: при просадке более 0,4 В на элемент батарея снимается с эксплуатации.

Задача. Паспортная ёмкость батареи 5000 мА·ч, фактическая после деградации — 4000 мА·ч. Средний ток полёта 20 А. Полётный контроллер настроен на паспортную ёмкость; низкое предупреждение настроено на остаток 30 %. Требуется определить расчётное и фактическое время срабатывания предупреждения и расхождение, которое получит пилот, доверяющий расчёту.

Заданные параметры:

Искомые параметры: время срабатывания по расчёту контроллера (минут); фактическое время срабатывания (минут); расхождение (минут); фактический остаток на момент расчётного предупреждения.

Решение.

1. Расход до предупреждения по настройке: \( 5000 \cdot 0{,}7 = 3500\ \text{мА·ч} \); расчётное время: \( 3500 / 20000 \cdot 60 = 10{,}5\ \text{минуты} \).
2. Фактически ёмкость 4000 мА·ч: израсходовав 3500 мА·ч, батарея имеет остаток \( 4000 - 3500 = 500\ \text{мА·ч} \), то есть 12,5 % фактических, а не 30 % расчётных.
3. Фактическое время до полного исчерпания: \( 4000 / 20000 \cdot 60 = 12\ \text{минут} \); предупреждение контроллера (настроенного на 5000) сработало бы после 10,5 минуты — за 1,5 минуты до исчерпания, при остатке 12,5 %.
4. Если пилот планировал возврат на расчётных 30 %, фактически на возврат остаётся втрое меньше энергии: стоимость возврата 18 % (задача 3) уже не покрывается запасом 1,5.

Ответ: предупреждение по настройке на паспортную ёмкость срабатывает через 10,5 минуты при фактическом остатке 12,5 %; полное исчерпание — через 12 минут; расхождение запаса — троекратное.

Вывод. Деградация батареи превращает расчётный запас в иллюзию: предупреждение приходит при остатке втрое меньшем, чем ожидает пилот. Фактическая ёмкость проверяется по журналу заряда до полёта и вносится в параметры контроллера; расхождение расчёта и факта в полёте — признак деградации и основание для досрочного завершения.

Задача. Стоимость возврата из самой удалённой точки маршрута (возврат против ветра, снижение, посадка) составляет 18 % ёмкости батареи. Правило возврата: остаток должен превышать стоимость возврата в 1,5 раза. Требуется определить порог возврата, и принять решение для двух случаев: низкое предупреждение сработало при остатке 30 % и при остатке 25 %.

Заданные параметры:

Искомые параметры: порог возврата (%); решение в случае 1; решение в случае 2.

Решение.

1. Порог возврата: \( 18 \cdot 1{,}5 = 27\ \% \).
2. Случай 1: остаток 30 % больше 27 % — возврат разрешён; после возврата останется около 12 %, что выше критического порога.
3. Случай 2: остаток 25 % меньше 27 % — возврат не разрешён; выполняется посадка в ближайшем подходящем месте (статья 1.2.05).
4. Чувствительность: разница между решениями — 5 % остатка, около одной минуты полёта; порог должен быть рассчитан до полёта, иначе в полёте решение принимается эмоцией.

Ответ: порог возврата 27 %; при остатке 30 % — возврат, при остатке 25 % — посадка на месте.

Вывод. Правило 1,5 превращает решение «возврат или посадка» из оценки обстановки в сравнение двух чисел, известных до полёта. Запас 1,5 покрывает ошибку оценки ветра, набор высоты возврата и расхождение фактического расхода с расчётным. Пилот, знающий свой порог, принимает решение за секунды и не пересматривает его в зависимости от обстоятельств.