Så påverkas flygandet av vädret – Väderlära

Precis som alla andra flygande anordningar är drönare känsliga för vind. Drönarens typ, storlek och vikt har stor inverkan på hur den påverkas av vinden när den är i luften. En liten och lätt drönare är känsligare för vinden än en stor drönare. Med helikoptrar och drönare med flera rotorer måste man beakta vindens effekter på ett annat sätt än med drönare med fasta vingar. När drönaren hovrar på ett och samma ställe i förhållande till marken utgör vindens effekt en lufthastighet som motsvarar vindstyrkan, och drönaren behöver styrkommandon för att hålla sig på plats, vilket kan påverka behovet av motoreffekt och förbrukningen av batteriladdning. I kraftig vind kan drönaren inte längre behålla sin position. En drönare med fasta vingar flyger i vindriktningen, och drönarens färdhastighet varierar beroende på flygriktningen och vindstyrkan. Vinden blir vanligen kraftigare på högre höjd.

För alla kommersiellt tillverkade drönare har tillverkaren angett den högsta rekommenderade vindstyrkan som drönaren kan flyga i. Piloten bör ta reda på och följa tillverkarens anvisningar för att säkerställa trygg flygning. Om vinden är för kraftig kan drönaren flyga i väg med vinden, eller så kan man tappa kontrollen över den.

Om drönaren har en nyttolast

En nyttolast är en sensor, last, kommunikationsanordning eller dylikt som är fäst vid drönaren men som inte används för drönarens funktion och styrning och som inte är en del av drönarens stomme, motor eller propeller. I den öppna verksamhetskategorin får inget material falla från nyttolasten.

Nyttolasten ska fästas omsorgsfullt vid drönaren, och lasten ska vara fäst på korrekt sätt med tanke på drönaren och uppgiften. Om lasten flyttas eller lossnar under flygningen kan det leda till att drönarens tyngdpunkt flyttas. Drönarens tyngdpunkt har fastställts av tillverkaren, och om tyngdpunkten flyttas bort från det tillåtna området på grund av att lasten rör sig kan drönaren bli omöjlig att kontrollera. Om en nyttolast placeras utanför drönarens stomme ökar också drönarens luftmotstånd. När drönaren hovrar på ett och samma ställe i förhållande till marken innebär detta en större vindyta och större påverkan av vinden. Ökat luftmotstånd påverkar också behovet av motoreffekt vid stabil flygning.

Vind kan också öka eller minska drönarens flygtid. När drönaren hovrar på ett och samma ställe i förhållande till marken i hård vind, behövs en annan motoreffekt än när man flyger i vindstilla väder. Piloten ska noggrant följa med laddningen i batteriet.

En drönare med nyttolast kan inte nödvändigtvis flyga i den högsta vindhastighet som tillverkaren rekommenderat.

Man kan också ha nytta av vinden vid drönarflygning. I synnerhet drönare som saknar motor kan flygas vinkelrätt mot vinden längs en kulle, då man utnyttjar det faktum att vinden bildar en uppåtgående ström vid kullen.

Kraftig vind kan hindra drönaren från att återvända till utgångspunkten

I många drönare aktiveras en automatisk hemvändningsfunktion (RTH) som en säkerhetsåtgärd om batteriets laddning blir så låg att drönaren utifrån avståndet mellan den och den inställda utgångspunkten endast kan flyga dit. Drönarens system beaktar dock inte vindens inverkan. Drönarens färdhastighet sjunker när den flyger i motvind, och i och med att drönarens färdhastighet minskar, minskar också den möjliga flygsträckan, så att den inte kan komma tillbaka till utgångspunkten. Drönaren landar oplanerat på en plats som kan vara olämplig, och piloten kan kanske inte ändra landningsplatsen. Risken för att utomstående skadas är stor. Vid kraftig vind bör piloten överväga att flyga ovanför vinden för att säkerställa en trygg återkomst.

De flesta drönare har ingen IP-klass (klassificering som anger hur väl en elektrisk apparat är skyddad mot externa hot, såsom fukt och damm), och drönare är därför känsliga för regn, tät dimma och snö. Fukt kan komma in i drönarens stomme och skada komponenter i styrsystemet. Störningar som orsakats av fukt kan visa sig som störningar i funktionen först senare. Innan man flyger i regn eller hög luftfuktighet bör man ta reda på vilken skyddsnivå och vilka tillåtna förhållanden tillverkaren har angett. Även drönarens strukturer kan ta skada av fukt. I synnerhet oskyddade trästrukturer är känsliga för fukt.

Åska är i sig ett väderfenomen som man bör vara försiktig med. Åska medför flera olika risker för luftfart. Åska kan utvecklas snabbt och lokalt eller komma som en stor front. I samband med åska förekommer kraftiga regnskurar, hagel, kraftiga vindbyar och blixtnedslag. Alla dessa väderfenomen kan vara farliga för drönare, och även för piloten. Man kan förlora kontrollen över drönaren på grund av kraftiga luftströmmar, hagel kan orsaka mekaniska skador på drönaren och blixtnedslag kan skada drönaren allvarligt. Allt detta kan leda till att man tappar kontrollen och drönaren störtar.

Fukt kan skada drönarens sensorer

Många drönare har IR-sensorer, som är känsliga för vatten, snö, direkt solljus samt glänsande och reflekterande ytor. Dessa störningar kan leda till att sensorerna meddelar felaktiga avstånd.

Drönare kan också ha optiska kamerasensorer, och fukt och regn kan orsaka störningar även i dessa. Förhållanden med dålig sikt, såsom dimma, regn och rök, begränsar också dessa sensorers funktion.

Radarsensorer är mindre känsliga för fuktigt väder än de vanligare IR- och optiska sensorerna.

Vädrets inverkan på piloten

Väderförhållandena påverkar också pilotens agerande och observationsförmåga. Väderförhållanden med dålig sikt minskar storleken på det område där man kan flyga med synkontakt till drönaren, och även regn påverkar funktionsförmågan. I dåligt väder bör man vara särskilt försiktig när man flyger, och överväga om man bör flyga alls.

Kall luft påverkar olika drönare på olika sätt. Som nämnts i tidigare stycken ska piloten läsa igenom tillverkarens anvisningar och känna till drönarens begränsningar även i fråga om temperatur, och agera i enlighet med anvisningarna.

När man flyger i kallt väder ska man beakta följande:

• isbildning på propellrarna eller vingarna
• batteriernas tålighet för kyla
• kylans effekter på drönarens strukturer
• kylans effekter på piloten
• kylans effekter på radiokontrollen

Isbildning på propellrarna eller vingarna har betydande effekter på drönarens funktion och flygförmåga. Drönarens vikt ökar med isbildningen, men den förändring som islagret orsakar i propellerns eller vingens form har större betydelse. Isen förändrar vingarnas och propellrarnas profil, så att de ger mindre lyftkraft. För helikoptrar och drönare med flera rotorer kan isbildning försvaga rotorernas lyftkraft så mycket att drönaren inte kan hålla sig kvar i luften. Även för drönare med fasta vingar kan luftflödet kring vingarna störas så mycket att vingen inte längre ger tillräcklig lyftkraft för kontrollerad flygning.

Batteriernas förmåga att avge energi minskar i kyla. Om batteriet är kallt minskar både den ström det ger och dess laddning. Batteriets försvagade förmåga att frigöra energi kan leda till att det plötsligt laddas ur och flygningen avbryts, även okontrollerat. Värm gärna upp batterierna till rumstemperatur före flygningen. Kalla temperaturer påverkar hållbarheten i synnerhet hos plaststrukturer. I minusgrader blir plast hårt och skörare än i värme. Drönare ska hanteras särskilt försiktigt i minusgrader, med tanke på den större risken för mekaniska skador.

Piloten ska förbereda sig för kylan med lämplig utrustning. Klädseln kan försvåra hanteringen av radiokontrollen. En bra metod är att använda kontrollen inne i en särskild skyddshuva som är gjord för ändamålet. Skyddshuvan kan å andra sidan göra det svårare att se kameraskärmen.

Kyla påverkar också radiosändaren. Precis som själva drönaren har också radiosändaren ett batteri. Sändaren behöver mycket mindre ström, och den lilla förbrukningen får inte batteriet att värmas upp vid användningen. Batteriet kan därför ladda ur snabbare än i värme. Sändarens skärm och separata kameraskärmar fungerar sämre i kyla än i värme.

I allmänhet sjunker temperaturen på högre höjd, med ungefär en celsiusgrad per hundra meter.

Atmosfärens egenskaper varierar beroende på luftens densitet. Luftens densitet varierar beroende på höjden över havet, lufttrycket och temperaturen. Standardatmosfärens egenskaper råder vid havsytan i en temperatur på +15 °C och ett lufttryck på 1 013,25 hPa. Detta är utgångsnivån när man beräknar den lokala densitetshöjden enligt de rådande förhållandena. Densitetshöjden ökar i varma förhållanden och sjunker i kalla. Den ökar också när lufttrycket minskar. Vid hög densitetshöjd ger drönarens rotorer eller vingar mindre lyftkraft, vilket kan begränsa den högsta flygvikten så att den till och med blir lägre än vad tillverkaren angett. Den högsta uppflygningshöjden anges i drönarens bruksanvisning.

Exempel på densitetshöjd:

• höjd över havet 1 500 m, +35 °C, 970 hPa -> luftens densitetshöjd ca 3 000 meter jämfört med standardatmosfären vid havsnivån
• höjd över havet 50 m, -20 °C, 1 035 hPa -> luftens densitetshöjd ca -1 450 meter jämfört med standardatmosfären vid havsnivån

Turbulens uppstår när den jämna rörelsen i en rörlig luftmassa störs och bildar en virvel. Störningar i luftströmmarna kan orsakas av flera olika faktorer. En vanlig orsak till turbulens är strålningsvärme från solen. Solstrålningen värmer upp olika delar av markytan på olika sätt, och särskilt mörka områden värms upp mer än ljusa. Luften ovanför det område som värms upp värms också, och luftmassan stiger uppåt. Detta fenomen kallas också för termik. Till termik hör också ofta att den stigande luftmassan snurrar. Termik har inte så stor effekt på drönare av helikoptertyp, och stabiliseringen kan hantera de svängningar som termiken ger upphov till. Drönare med fasta vingar klarar också termik bra. Man kan också dra nytta av termik genom att flyga drönaren i den stigande luftmassan och få mer höjd utan att använda motorkraft. Detta kallas för segelflygning, och även i obemannad luftfart används termik i flygning med drönare med fasta vingar som saknar motor.

En annan form av turbulens är mekanisk turbulens, där luftströmmarna påverkas av något hinder, såsom byggnader, terrängen eller en skog. Turbulensen bildas under vinden, och dess kraft påverkas av vindhastigheten samt hindrets storlek och form. Drönarens flygstabiliseringssystem kan vanligen hantera de störningar som turbulensen orsakar, men i vissa situationer kan man tillfälligt förlora kontrollen i kraftig turbulens. Om man exempelvis flyger från ett område med lä bakom en stor byggnad ut i en kraftig vind kan kraftig turbulens uppstå. Skogsbryn är liknande ställen där det kan uppstå turbulens. När man stiger under vinden från jämn mark, kanske i nästan vindstilla förhållanden, kan vindstyrkan öka betydligt när man kommer upp till trädtopparna. Man bör undvika att flyga nära hinder i kraftig vind.

Den mekaniska turbulensen minskar när höjden ökar och effekterna av markytans friktion minskar. Turbulens orsakad av markytan påverkar vanligen inte längre på 50 meters höjd. Å andra sidan ökar vindhastigheten på hög höjd.

En tredje orsak till turbulens är kraftiga förändringar i luftens temperatur när man stiger uppåt. I vissa förhållanden kan det finnas en skarp temperaturgräns på högre höjd. I sådana situationer är det ofta lugnt vid marken, medan vinden är kraftig ovanför gränsen. När man kommit upp till gränsen kan man tappa kontrollen över drönaren när vindhastigheten snabbt förändras Detta fenomen är vanligt på vintern när det råder inversion.

Så påverkas flygningen av olika väderförhållanden

• Vind: Vind påverkar drönarens förmåga att flyga enligt planen, och vind kan också påverka hur en extern nyttolast hålls på plats. Externa nyttolaster ska alltid fästas ordentligt.
• Fukt: Många drönare saknar IP-klassificering, och är därför känsliga för fukt från regn, dimma och snö. Drönare kan också dra till sig blixtnedslag, och drönarens sensorer fungerar inte normalt i fuktiga förhållanden.
• Kyla: Is kan bildas på drönarens propellrar eller vingar, och batteriernas prestanda minskar. Drönarens strukturer kan bli sköra i minusgrader
• Luftdensitet: Luftmotståndet är mindre i tunn luft, men även drag- och lyftkraften är mindre.
• Turbulens: Mekanisk turbulens kan ha en inverkan om du flyger nära byggnader, skog eller varierande terräng som stör luftströmmarna.

Oberoende av i vilken verksamhetskategori man flyger en drönare ska man hålla koll på väderförhållandena. Man kan kontrollera vädret och väderprognoser i flera olika källor. Lokala prognoser räcker oftast. Mer information om vädertjänster för luftfart finns på webbplatsen ilmailusaa.fi.