Miten sää vaikuttaa lentoon – Sääoppi

Dronet, kuten kaikki lentävät laitteet, ovat herkkiä tuulen vaikutukselle. Dronen tyyppi, koko ja paino vaikuttavat hyvin paljon siihen, kuinka tuuli vaikuttaa droneen ilmassa. Pieni ja kevyt drone on alttiimpi tuulen vaikutukselle kuin suuri drone. Helikoptereilla ja moniroottorisilla droneilla tuulen vaikutuksien huomioiminen on erilaista kuin kiinteäsiipisillä droneilla. Leijuessaan paikalla maan suhteen tuulen vaikutus muodostaa tuulen voimakkuuden suuruisen ilmanopeuden dronelle, ja drone vaatii ohjauskomentoja pysyäkseen paikalla, mikä voi vaikuttaa tarvittavaan moottoritehoon ja akun varauksen kulumiseen. Voimakkaassa tuulessa drone ei ehkä kykene pitämään sijaintiaan. Kiinteäsiipinen lentää ilman suhteen, ja dronen maanopeus vaihtelee lentosuunnan ja tuulen voimakkuuden mukaan. Tuulen voimakkuus yleisesti kasvaa korkealla.

Kaikille kaupallisesti valmistetuille droneille valmistaja on ilmoittanut suurimman suositellun tuulen voimakkuuden, missä drone voi lentää. Kauko-ohjaajan tulee selvittää ja noudattaa valmistajan ohjeita turvallisen lennon varmistamiseksi. Liian voimakkaan tuulen vallitessa drone voi ajautua tuulen mukana pois, tai hallinta voidaan menettää.

Jos dronessa on hyötykuorma

Hyötykuormaa on droneen kiinnitetty sensori, rahti, viestilaite, tms. jota ei käytetä dronen toimintaan tai ohjaukseen, eikä ole rungon, moottorin tai potkurin osa. Avoin-toimintakategoriassa hyötykuormasta ei saa pudottaa mitään materiaalia.

Hyötykuorman kiinnittämiseen droneen tulee kiinnittää huomiota ja kuorma tulee olla oikein kiinnitetty drone ja tehtävä huomioiden. Jos kuorma pääsee liikkumaan tai irtoamaan lennon aikana, tämä voi johtaa dronen painopisteen siirtymiseen. Dronen painopisteen sijainti on määritelty valmistajan puolesta, ja jos painopiste kuorman liikkumisesta johtuen siirtyy pois sallitulta alueelta, dronen hallinta voi olla mahdotonta. Hyötykuorman asentaminen dronen rungon ulkopuolelle lisää myös dronen ilmanvastusta. Tästä seuraa maahan nähden paikallaan leijuessa suurempi tuulipinta-ala ja tuulen voimakkaampi vaikutus. Kasvanut ilmanvastus vaikuttaa myös tarvittavaan moottoritehoon vaakalennossa.

Tuuli voi myös vaikuttaa dronen lentoaikaan, joko vähentäen tai kasvattaen. Kovalla tuulella dronen ollessa maahan nähden paikallaan, tarvittava moottoriteho vaihtelee verrattuna tyynellä lentämiseen. Kauko-ohjaajan tulee seurata akun latauksen kulumista huolellisesti.

Hyötykuorman kanssa lentävä drone ei välttämättä kykene lentämään valmistajan suositteleman suurimman tuulen nopeuden vallitessa.

Tuulta voi myös käyttää hyödyksi dronea lennätettäessä. Erityisesti moottorittomia droneja voidaan lennättää tuulen suuntaan nähden kohtisuoraa rinnettä pitkin käyttäen hyväksi sitä, että tuuli muodostaa nousevan virtauksen rinteen mukaisesti.

Voimakas tuuli voi estää dronen paluun lähtöpaikkaan

Automaattisen kotiinpaluutoiminnon RTH aktivointi on monessa dronessa asetettu turvatoimena aktivoitumaan, jos akun varaustaso laskee niin vähiin, että lento asetettuun kotipaikkaan on enää mahdollinen perustuen dronen ja kotipaikan väliseen etäisyyteen. Dronen järjestelmät eivät kuitenkaan ota huomioon tuulen vaikutusta. Dronen maanopeus laskee dronen lentäessä vastatuuleen, ja dronen maanopeus ja samalla mahdollinen lentomatka vähenee, ja paluu kotipisteeseen ei onnistu. Drone laskeutuu suunnittelemattomasti mahdollisesti soveltumattomaan paikkaan, ja kauko-ohjaaja ei välttämättä kykene muuttamaan laskeutumispaikkaa. Riski ulkopuolisten vahingoittumiselle on suuri. Voimakkaan tuulen vallitessa kauko-ohjaajan kannattaa harkita lentämistä tuulen yläpuolella turvallisen paluun varmistamiseksi.

Useimmilla droneilla ei ole IP-luokitusta (luokitus siitä, kuinka hyvin sähkölaite on suojattu ulkoisia uhkia, kuten kosteutta ja pölyä, vastaan), ja tämän johdosta dronet ovat alttiita sateelle, tiheälle sumulle ja lumelle. Kosteus voi päästä dronen rungon sisälle ja vahingoittaa ohjausjärjestelmän komponentteja. Kosteuden aiheuttamat häiriöt voivat ilmaantua vasta myöhemmin dronen toiminnan häiriöinä. Dronen valmistajan ilmoittama suojaustaso ja sallitut olosuhteet tulee selvittää ennen lentoa suuren ilmankosteuden tai sateen vallitessa. Myös dronen rakenteet voivat kärsiä kosteudesta. Etenkin suojaamattomat puurakenteet ovat herkkiä kosteudelle.

Ukkonen itsessään on huomattava sääilmiö. Ukkosella on useita eri riskitekijöitä ilmailun suhteen. Ukkonen voi kehittyä nopeasti paikallisena, tai ukkonen voi tulla laajana rintamana. Ukkosen yhteydessä on rankkoja sadekuuroja, rakeita, voimakkaita tuulenpuuskia ja salaman iskuja. Kaikki nämä sääilmiöt voivat olla vaarallisia dronelle ja myös kauko-ohjaajalle. Dronen hallinta voidaan menettää voimakkaiden ilmavirtausten takia, rakeet voivat aiheuttaa mekaanisia vaurioita dronelle, ja salamanisku vaurioittaa vakavasti drone. Kaikesta voi olla seurauksena hallinnan menetys ja dronen putoaminen.

Kosteus voi vaikuttaa negatiivisesti dronen antureihin

Useissa droneissa on IR-antureita, jotka ovat herkkiä vedelle, lumelle, suoralle auringon valolle ja kiiltäville ja heijastaville pinnoille. Nämä häiriöt voivat aiheuttaa sen, että anturin ilmoittama etäisyystieto on virheellinen.

Droneissa voi olla lisäksi myös optisia kamera-antureita, ja kosteus ja sade voivat aiheuttaa myös näihin antureihin häiriöitä. Näkyvyyttä rajoittavat olosuhteet, kuten sumu, sade ja savu, rajoittavat myös näiden antureiden toimintakykyä.

Tutka-anturit ovat vähemmän herkkiä kostean sään vaikutuksille kuin yleisemmät IR- ja optiset anturit.

Sään vaikutus kauko-ohjaajaan

Sääolosuhteen vaikuttavat myös kauko-ohjaajan toimintaan ja havainnointikykyyn. Näkyvyyttä rajoittavat sääolosuhteet pienentävät näköyhteydellä lennettävissä olevan alueen kokoa, sade vaikuttaa myös toimintakykyyn. Lennettäessä huonoissa olosuhteissa tulee olla erityisen varovainen tai harkita lennon suorittamista ollenkaan.

Kylmä ilma vaikuttaa eri droneihin eri tavalla. Kuten aikaisemmissa kappaleissa on mainittu, kauko-ohjaajan tulee perehtyä valmistajan ohjeisiin ja tuntea dronensa rajoitukset myös lämpötilan osalta, ja toimia ohjeiden mukaisesti.

Lennettäessä kylmillä olosuhteissa seuraavat asiat tulee huomioida:

• jään muodostuminen potkureihin tai siipiin
• akkujen kylmän kestävyys
• kylmyyden vaikutus dronen rakenteisiin
• kylmyyden vaikutus kauko-ohjaajaan
• kylmyyden vaikutus radio-ohjaimeen

Jään muodostuminen potkureihin tai siipiin vaikuttaa merkittävästi dronen toimintaan ja lentokykyyn. Dronen paino kasvaa jään kertymisen myötä, mutta suurempi vaikutus on jääkerroksen aiheuttama muutos potkurin tai siiven muodossa. Jää muuttaa siiven ja potkurin profiilia ja seurauksena ne tuottavat vähemmän nostovoimaa. Helikopterissa ja moniroottorisessa jään kertyminen voi heikentää roottoreiden tuottamaa nostovoimaa niin paljon että drone ei kykene enää pysymään ilmassa. Myös kiinteäsiipisessä dronessa ilman virtaus siiven ympäri voi häiriintyä niin paljon, että siipi ei enää tuota riittävästi nostovoimaa hallittua lentoa varten.

Akkujen kyky luovuttaa energiaa heikkenee kylmässä. Sekä saatava virta että varauskyky laskevat, jos akku on kylmä. Heikentyneestä energian luovutuksesta voi seurata äkillinen akun varauksen loppuminen ja lennon keskeytyminen, jopa hallitsemattomasti. Akut kannattaa lämmittää huonelämpötilaan ennen lentoa. Kylmä lämpötila vaikuttaa etenkin muovirakenteiden kestävyyteen. Pakkasella muovit kovettuvat ja ovat hauraampia kuin lämpimällä. Dronea tulee käsitellä erityisen huolellisesti pakkasella suuremman mekaanisen vaurioriskin takia.

Kauko-ohjaajan tulee olla varautunut kylmään ilmaan hyvällä varustuksella. Pukeutumiseen tuo haasteita tarvittava radio-ohjaimen käsittely. Yksi hyvä toimintamalli on käyttää ohjauslaitetta erillisen, tarkoitusta varten tehdyn suojahupun sisällä. Suojahuppu voi tosin rajoittaa kameranäytön tarkkaa seuraamista.

Kylmyys vaikuttaa myös radiolähettimeen. Kuten dronessakin, myös radiolähettimessä on akku. Lähetin tarvitsee paljon vähemmän virtaa, eikä pieni kulutus saa akkua lämpenemään käytössä, joten akun toiminta voi loppua nopeammin kuin lämpimässä. Lähettimen näyttö sekä erilliset kameran näytöt toimivat kylmällä heikommin kuin lämpimässä.

Yleisesti lämpötila laskee korkeuden kasvaessa, noin yhden celsius asteen sataa metriä kohti.

Ilmakehän ominaisuudet vaihtelevat ilman tiheyden mukaan. Ilman tiheyteen vaikuttavat korkeus merenpinnan tasosta, ilmanpaine ja lämpötila. Standardi-ilmakehän olosuhteet vallitsevat merenpinnan tasolla, +15°C lämpötilassa ja 1013,25hPa ilmanpaineessa. Tämä on perustaso laskettaessa paikkakohtaista tiheyskorkeutta vallitsevien olosuhteiden mukaan. Kuumissa olosuhteissa tiheyskorkeus kasvaa, kylmässä laskee ja ilmanpaineen laskiessa tiheyskorkeus kasvaa. Suuressa tiheyskorkeudessa dronen roottorit tai siivet tuottava vähemmän nostovoimaa, ja tämä voi rajoittaa suurinta lentopainoa, jopa matalammaksi kuin valmistajan ilmoittama paino. Dronen käyttöohjeissa on ilmoitettu suurin lentoonlähtökorkeus.

Esimerkki tiheyskorkeuksista:

• korkeus merenpinnasta 1500m, +35°C, 970hPa -> ilman tiheyskorkeus noin 3000 metriä verrattuna standardi-ilmakehään meren pinnan tasolla
• korkeus merenpinnasta 50m, -20°C, 1035hPa -> ilman tiheyskorkeus noin -1450 metriä verrattuna standardi-ilmakehään meren pinnan tasolla

Turbulenssi aiheutuu, kun liikkuvan ilmamassa tasainen liike häiriintyy ja muuttuu pyörteiseksi. Ilmavirtauksen häiriön voi aiheuttaa useat eri tekijät. Eräs yleinen syy turbulenssille on auringon säteilylämpö- Auringon säteily lämmittää maan pinnan kohtia eri lailla, etenkin tummat alueet lämpenevät enemmän kuin vaaleat. Ilma lämmenneen alueen yläpuolella lämpenee myös, ja ilmamassa nousee ylöspäin. Tätä ilmiötä kutsutaan myös termiikiksi. Monesti termiikkiin liittyy vielä se, että nouseva ilmamassa myös pyörii. Termiikkien vaikutus helikopterin omaisiin droneihin on vähäinen, ja lennonvakautus pystyy hallitsemaan termiikin aiheuttaman heilahtelun. Kiinteäsiipiset dronet selviävät myös hyvin termiikistä. Termiikkiä voidaan myös käyttää hyväksi lentämällä dronella nousevassa ilmamassassa, ja saavuttaa lisää korkeutta, käyttämättä moottorivoimaa. Tämä tunnetaan purjelentona, ja myös miehittämättömässä ilmailussa termiikkejä käytetään hyödyksi lennätettäessä moottorittomia kiinteäsiipisiä droneja, liidokkeja.

Toinen turbulenssin muoto on mekaaninen turbulenssi, missä tuulen virtaukseen vaikuttaa jokin este, kuten rakennukset, maasto tai metsä. Turbulenssi syntyy tuulen alapuolella, ja voimakkuuteen vaikuttavat tuulen nopeus, esteen koko ja muoto. Dronen lennonvakautusjärjestelmä kykenee yleensä hallitsemaan turbulenssin aiheuttamat häiriöt, mutta joissain tilanteissa voimakkaan turbulenssikerroksen kohdalla hallinta voidaan hetkellisesti menettää. Esimerkiksi suuren rakennuksen takaa tyynestä tilanteesta voimakkaaseen tuuleen lennettäessä voi seurata voimakas turbulenttinen alue. Metsän reuna on vastaava turbulenssia aiheuttava paikka. Noustaessa tuulen alapuolella maan tasalta, kenties lähes tyynessä, tuulen voimakkuus voi kasvaa huomattavasti noustaessa puiden latvojen tasalle. Kauko-ohjaajan kannattaa välttää esteiden lähellä lentämistä voimakkaalla tuulella.

Mekaaninen turbulenssi heikkenee korkeuden kasvaessa maan pinnan kitkakerroksen vaikutuksen vähentyessä. Yleisesti maan pinnan aiheuttama turbulenssi ei enää vaikuta 50 metrin korkeudella. Mutta toisaalta tuulen nopeus kasvaa korkealla.

Kolmas turbulenssia aiheuttava tekijä on ilman voimakas lämpötilan muutos noustessa ylöspäin. Tietyissä olosuhteissa ilman lämpötilassa voi olla voimakas rajakerros korkeuden noustessa. Tällaisessa tilanteessa maan pinnalla on tyypillisesti tyyntä, ja rajakerroksen yläpuolella tuuli on voimakasta. Noustessa rajakerrokseen dronen hallinta voidaan menettää dronen ilmanopeuden muuttuessa nopeasti. Ilmiö on yleinen talvella inversion vallitessa.

Miten erilaiset sääolosuhteet vaikuttavat lentoon

• Tuuli: Tuuli vaikuttaa dronen kykyyn lentää suunnitellusti, ja tuuli voi vaikuttaa ulkoisen hyötykuorman paikallaan pysymyseen. Ulkoinen hyötykuorma tulee aina kiinnittää huolellisesti.
• Kosteus: Useilla droneilla ei ole IP-luokitusta, ja ne ovat siksi alttiita sateen, sumun ja lumen kosteudelle. Dronen voivat myös houkuttaa salaman iskuja, ja dronen anturit eivät toimi normaalisti kosteissa olosuhteissa.
• Kylmä lämpötila: Dronen potkureihin tai siipiin voi kertyä jäätä, akkujen suorituskyky heikkenee. Dronen rakenteet voivat haurastua pakkasela
• Ilma tiheys: Ilman vastus on pienempi ohuessa ilmassa, mutta myös työntö- ja nostovoiman tuottaminen on pienempää.
• Turbulenssi: Mekaaninen turbulenssi voi vaikuttaa, jos lennät rakennusten, metsän tai vaihtelevan maaston lähellä jotka häiritsevät ilmamassan virtausta.

Riippumatta siitä, missä toimintakategoriassa kauko-ohjaaja lentää droneaan, hänen tulee olla ajantasalla säätilanteesta. Säätilanteen ja ennusteen voi tarkistaa useista eri lähteistä. Yleiset paikalliset piste-ennusteet ovat usein riittäviä. Tarkempaa tietoa ilmailuun liittyvästä sääpalvelusta löytyy ilmailusaa.fi –sivuilta.