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解析无人机的九大动力体系

时间: 2023-04-08   作者: 华体会体育比分

  假如想不断推进无人机飞翔功能的开展,电池的体积有必要越来越小,分量有必要越来越轻。当涉及到功率密度时,能够看出咱们现已达到了必定的约束。锂聚合物(Li-Po)和锂离子电池(Li-ion)的体积现已变得很小,价格也在人们接受规模之内,这主要是手机职业带动的成果。因而这类的电池被广泛运用,现在能够公平地说,绝大多数(96%)的无人机运用电池作为动力源。

  假如想不断推进无人机飞翔功能的开展,电池的体积有必要越来越小,分量有必要越来越轻。当涉及到功率密度时,能够看出咱们现已达到了必定的约束。锂聚合物(Li-Po)和锂离子电池(Li-ion)的体积现已变得很小,价格也在人们接受规模之内,这主要是手机职业带动的成果。因而这类的电池被广泛运用,现在能够公平地说,绝大多数(96%)的无人机运用电池作为动力源。

  假如只是是为无人机体系添加电池数量,这并不能延伸其飞翔时刻以及扩展其负载才能。鉴于特定动力的现状,想完结更高的有效载荷和更长的飞翔时刻需求考虑到一些作业:质量比能(每单位质量所具有的能量)和体积比能(每单位体积所具有的能量)。

  只是考虑能量源并不是正确的方法,由于整个体系(动力+推进体系)都会影响飞翔的功能。假如推进体系(如涡轮或燃料电池)非常沉重,具有极高能量密度的源(如火油或H2)并不会起到什么效果。

  推进体系的功率要素也有很大的不同:电池供电体系将73%的能量转化为动力,燃料电池将44%的能量转化为动力,而焚烧发动机仅有39%的能量转化为动力。

  另一个影响动力用处的要素是其预期的使命。无人机应该飞翔的时刻更长仍是带着更高的负荷?无人机应该在有限的半径内飞翔仍是在悠远的云层之上飞翔?这些问题对动力的用处有很大的影响,不同的操作计划要挑选不同的能量源。

  当考虑到推进体系、使命和添加能量密度的需求时,咱们要从头回到源。下图显现了双对数尺度上每个源的详细的能量密度:

  对,又是电池。电池有许多优势:能够在任何地方充电、在大多数状况下能够没有约束条件地进行运送、没有溢出或发热的状况,经过替换电池块能够很容易地完结能量弥补。

  关于无人机来说,Li-Po和Li-Ion是最常见的源,但这并不意味着完毕。锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)与Li-Po电池比较,每千克的能量密度是Li-Po的2倍多,而锂空气电池(Li-air)每千克的能量密度是其7倍多。而这两种电池却没有得到广泛的运用,归其原因是价格太高。锂硫电池(Li-S)或许会被Li-ion电池顶替,由于Li-ion的高能量密度,一起还能够削减硫的运用本钱。

  燃料电池有许多长处:没有直接污染、没有声音,这种电池是由非常强壮的源H2供给能量。将液态H2与锂离子电池的能量密度比较较,它们之间的系数是150!仅此一点足以使氢燃料无人机推向市场。

  燃料电池开发商巴拉德动力体系的子公司Protonex期望运用这些时机。最近,该公司向美国航天巨子波音公司的子公司Insitu供给了他们的质子交流膜(PEM)燃料电池,波音公司出产了特种级和工业级的长航时固定翼无人机,如“PhantomEye”和“ScanEagle”。

  FSTDSingapore现已在固体氢的需求动力体系范畴获得了打破。机器人技能开发商H3Dynamics也发布了其手动发射的固定翼无人机“Hywings”,这款无人机能够飞翔10个小时,飞翔规模可达500km。

  HorizonUnmannedSystem公司发布的Hycopter无人机能够在零负载的状况下飞翔4个小时,在负载两磅的状况下飞翔2.5个小时。这款无人机运用其“中空”的结构以氢气替代空气贮存能量,然后消除了动力贮存量。

  MicroMulticopterAeroTechnology(MMC)公司专门为无人机推出商业化氢燃料电池“H-1燃料电池”。此外,MMC规划和制作了国际上第一个氢动力无人机“HyDrone1550”。

  IntelligentEnergy也在出售燃料电池动力无人机被宣称:“IntelligentEnergy的风冷燃料电池体系在氢气和环境空气的根底上运转,发生清洁直流电源,而电池自身结构简略、分量轻但很巩固,并具有本钱效益。这种电池要比电池为根底的体系的能量质量比更高,而且能够在几分钟内充满电。”

  现在有许多老练可用的汽油动力解决计划,其间的一些也具有杰出的飞翔功能。UAVFactory公司的“PenguinC”固定翼无人机在油箱加满时能够飞翔超越20小时,Siebel的“CAMCOPTERS-100”在油箱装满时能够飞翔6个小时.

  这种能量源的优势在于高质量比能[Wh/kg]和容积比能的结合[Wh/l]。与Li-Po电池比较,汽油的质量密度是其48倍,而容积密度是其13X倍。此外,内燃机巩固、细巧、分量轻,具有杰出的耗油率。

  当谈到耐力时,汽油动力无人机的另一个优势是跟着时刻的推移,分量的刚强,使渠道更轻,然后添加了飞翔规模。

  总部坐落安大略滑铁卢的PegasusAeronautics公司和德国柏林YEAIR公司的产品是气电混合引擎最好的比如。两家公司将电动机的快速反应和汽油动力飞翔的长处相结合。

  在曩昔的几年中,太阳能电池的功率不断添加,从10%到近46%,达到了约175W/m2的功率比。很显然,这需求整个机翼的表面上掩盖大面积的太阳能板,这样就能够和多旋翼无人机相同进行正常的作业。

  硅谷的高科技公司也在探究太阳能无人机的潜力:Facebook期望经过其“Aquila”(高空、长航时)太阳能无人机将无线网络带向国际偏远的旮旯,以及谷歌X现已闭幕的Titan项目。

  空客的“西风”无人机是一个高海拔的伪卫星(HAPS)用来添补卫星和无人机之间的才能距离。“西风”无人机经过太阳能运转,能够在高于气候和商业空中交通的方位飞翔,它的飞翔高度可达70000英尺。波音公司的“太阳能鹰”项目于2012年撤销。

  OpenRobotixLabs正在开发一款Mars特种车“XSOL-E1”,这是一款以太阳能供给动力的四轴飞翔器。公司的一位发言人概述了飞翔时刻取决于许多要素,但一般来说,咱们能够经过太阳能辅佐技能将本来的15分钟的飞翔扩展到40至45分钟。

  太阳能混合物(太阳能+电池)的耐力惊人。AltaDevices和PowerOasis现已宣告他们正协作研制国际上第一个集成太阳能和Li-ion离子电池供电体系的小型无人机。无人机的参阅架构为2-4米,运用5s-7s锂离子电池。这款无人机的规划图将于2017年底发布。

  石墨的单原子层会将超级电容带到新的高度?2015年2月,通用电气公司资助超级电容的研究作业。初级动力,如内燃机、燃料电池和电池作为低功率的继续源能够很作业的很好,可是不能有效地处理峰值功率或收回动力,由于他们放电和充电都非常缓慢。超级电容器在峰值功率需求下能够供给快速迸发的能量,然后灵敏存储能量并捕获或许会丢掉的剩下动力。

  电容看起来好像远远落后于电池的能量密度,可是他们好像是一种巨大的媒介物,提高灵敏的油电混合动力装备。

  LaserMotive公司现已研制出无人机功率链技能,一种装备了激光接收器的功率光束无人机。2012年,洛克希德马丁公司在LaserMotive的帮忙下,展现了其“Stalker”无人机,这款无人机在激光充电体系的根底上,继续飞翔了48小时。Stalker的项目经理TomKoonce说:“像这样的地对空体系能够让咱们为Stalker供给简直无限的飞翔耐力,扩展Stalker能够完结的使命剖面。”

  德国的AscendingTechnologies公司与LaserMotive在2010年经过一架小型无人机证明了这项技能的功率,这架小型四轴飞翔器继续飞翔了十二小时。

  一切的无人机能量源在特定的使命中都有着各自的优势。混合解决计划(源和推进体系)契合向清洁动力过渡的需求。现现在,由于混合物能够均衡利害成为一种独自的技能,所以将两个范畴中最好的物质相结合好像是一个正确的挑选。此外,从其他抢先的范畴(如轿车)中也能够看到这是一种正确的行为,尤其是当涉及到下降未来大规模出产和根底设施的本钱时。

  假如想不断推进无人机飞翔功能的开展,电池的体积有必要越来越小,分量有必要越来越轻。当涉及到功率密度时,能够看出咱们现已达到了必定的约束。锂聚合物(Li-Po)和锂离子电池(Li-ion)的体积现已变得很小,价格也在人们接受规模之内,这主要是手机职业带动的成果。因而这类的电池被广泛运用,现在能够公平地说,绝大多数(96%)的无人机运用电池作为动力源。

  锂电池的运用广泛,从民用的数码、通讯产品到工业设备到特种设备等都在批量运用,不同产品需求不同的电压和容量,因而锂离子电池串联和并联运用状况许多,锂电池经过加装维护电路、外壳、输出而构成的运用电池称为P