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解决(jué)无人机续航(háng)有新办法

 

一、油动

电池的技术短时间突破不了,那就(jiù)用汽油,做油动(dòng)多(duō)旋翼。目前市面(miàn)上已经有(yǒu)油动(dòng)多旋翼的产品(pǐn),主要有(yǒu)纯油动多(duō)旋(xuán)翼、油电混合多旋(xuán)翼。

油动多旋翼也分两种

1、油动直驱多旋翼

直驱油(yóu)动多旋翼最大的优点便是结构简单,成本低(dī)廉。其工(gōng)作原理是:通过控制其发动机(jī)油(yóu)门的大小来(lái)改(gǎi)变其转速(sù)的大(dà)小,进而达(dá)到俯仰(yǎng)、横滚、偏转。但(dàn)其缺(quē)点(diǎn)也是(shì)显而易见的,就是抗风性很差。

2、油动变距多旋(xuán)翼

变距油动多旋(xuán)翼相对于直(zhí)驱(qū)油动多旋(xuán)翼而言,结构比较复杂,成本较高。其工作原理是:改变桨距角的大(dà)小来改变升力,进而达(dá)到(dào)俯仰、横滚、偏转。其显著优(yōu)点(diǎn)是:抗风性(xìng)强。油动多旋翼是改变供能的方式来达到长航时。但是(shì)油动相比(bǐ)于电动也(yě)会带(dài)来新的问题,比如(rú)发动机(jī)寿命、二次污染、震动、下旋(xuán)风过大等(děng)。

二、无线充电

目前国外研究(jiū)无线充电的公司(sī)有许多。Solace Power和波音(yīn)公司合作开发并验证了一项新的无线充电技(jì)术,可以实现(xiàn)小型无人机的“空中(zhōng)加油”。该(gāi)技术称为谐振电(diàn)容耦合(RC2),利用充(chōng)电(diàn)板上方产生的电场,进(jìn)行电能的无线传输。

美国高通公(gōng)司投资的(de)德国无(wú)人机充电设(shè)备制造厂(chǎng)商Skysense公司,其主(zhǔ)营产品正是无人机无(wú)线(xiàn)充(chōng)电平板装置(zhì)。

不仅国(guó)外是一派风(fēng)生(shēng)水起的新(xīn)局面,国内也不例(lì)外。20159月,国内无线(xiàn)供电技术公司中惠创(chuàng)智宣(xuān)布要正式开展无人机无(wú)线供电(diàn)项目。

几种无线充(chōng)电的方式(shì)

从具体的技术原理(lǐ)及解决方案来(lái)说,目前无线(xiàn)充(chōng)电技术(shù)主要有电磁(cí)感(gǎn)应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式(shì)四种基本方式。这几种技术分别适用于近程、中(zhōng)短程与远程电力(lì)传送。

1、电磁(cí)感(gǎn)应式无线充电(diàn)

当(dāng)前最成熟、最普遍的是电磁(cí)感应式(shì)。其根本原理是利(lì)用电磁(cí)感应原理,类(lèi)似于(yú)变(biàn)压(yā)器,在发送端和(hé)接收端(duān)各有一个线圈,初级线圈(quān)上(shàng)通一定频率(lǜ)的交流电(diàn),由于电(diàn)磁感应在次级线圈(quān)中产生一定的电流,从而将能(néng)量从(cóng)传输端转移到接收端。

2、磁共振式无线充电

磁共振式也称为近场谐振式,由(yóu)能量发送(sòng)装(zhuāng)置,和能量接收装(zhuāng)置组成,当(dāng)两个装置调整(zhěng)到相同频率,或者(zhě)说在一个特定的频率上共振,它们就(jiù)可以交换彼此的能量,其原理与声音(yīn)的共振原理相同,排列在(zài)磁(cí)场中的相同振(zhèn)动频率的线圈,可从(cóng)一(yī)个向另(lìng)一(yī)个供电。技术难点是(shì)小型化和高(gāo)效率化(huà),被认为是将来最有希望广泛应用(yòng)于电动汽车无线充电(diàn)的一种方式(shì)。

3、无线(xiàn)电波充电

基本原理类似于早(zǎo)期使用的矿石收音机,主(zhǔ)要有微波(bō)发射装置和微波(bō)接收装置组(zǔ)成。典型(xíng)的是20世纪60年代布朗(lǎng)(William C. Brown)的微波输(shū)电系统。整个(gè)传输系统包括微波源、发射天(tiān)线、接(jiē)收天线3部(bù)分;微波源内有磁控管,能控制源在2. 45 GHz频段输出一定的功率;发射天线是64个(gè)缝隙的天线阵,接(jiē)收天线拥(yōng)有25%的收集(jí)和转换效率。日本龙谷大学(xué)的(de)移动式无线充电(diàn)系统,也是通(tōng)过(guò)频(pín)率(lǜ)为2.45GHz 的微波送电,点亮(liàng)了(le)行驶中的模型警车的警灯。

4、电(diàn)场耦合(hé)式充电

电场(chǎng)耦(ǒu)合式利用通过沿垂直方向(xiàng)耦合的(de)两(liǎng)组非对称偶极子而产生的(de)感应电场来传(chuán)输(shū)电(diàn)能(néng),其基本原理是通过电场将电能从发送端转移(yí)到接(jiē)收端。这种方式主要是村田制作所采用,具(jù)有(yǒu)抗水平错位能力较强的特点。

一(yī)般来说,磁场共振方式和(hé)电磁波(bō)送电(diàn)方式这(zhè)两(liǎng)种方(fāng)式都是远距(jù)离可以充(chōng)电,这两种技术将(jiāng)来是最(zuì)有可能应(yīng)用在无人(rén)机充电。

磁(cí)场共振方式(shì),则是(shì)现在最被看好、被认为是(shì)将来最有希望用(yòng)于无(wú)人机(jī)充电的一(yī)种方式;磁场共振式供电,目前技(jì)术上(shàng)的(de)难点是,小型、高效(xiào)率化(huà)比较(jiào)难。现在的技术能力大(dà)约(yuē)是直径半米(mǐ)的线圈(quān),能在1m左(zuǒ)右的距离提供60w的电力。

电(diàn)磁(cí)波送电方式(shì),现在(zài)则提出了利用这种技术的“太空太(tài)阳能发电技术(shù)”,可以(yǐ)从根本上解决电力问题。设计(jì)最难(nán)的部分在于安全。因为无线充电系统与(yǔ)电磁炉一样(yàng)会发射电磁波能量,有两大问(wèn)题:

一是长期发射,长时间下会造成能源浪费。

二是(shì)当充(chōng)电(diàn)系统上放的(de)金属异物,电磁波对其加(jiā)热,轻则烧毁装置,重则发生火灾。所以需(xū)要有“受(shòu)电(diàn)端目标物辨识(shí)”,当正确的目标放置时才送电。

侦测(cè)装置的方法比如:

1)磁力激(jī)活:受电(diàn)端装磁铁,发射端感受到磁力(lì)才发送能量。这种方法简单有效。

2)感应线圈(quān)上(shàng)的(de)资(zī)料传送,也是认为最安全的方法,与(yǔ)RFID原理一(yī)样,电力传送中识别码一起传送和验证。但解决系统噪声和负(fù)载电流变(biàn)化(huà)的干扰(rǎo)是(shì)难题。

三(sān)、激光充电

续航(háng)时(shí)间短是无人机的(de)主要缺点之一。 为了提高(gāo)其续航时间(jiān),各国的学者们(men)已经开展了大量研究工(gōng)作。 洛克希德·马丁公(gōng)司和(hé)激光动力公司的研究结果表明, 技术可以(yǐ)极大地提高其续航(háng)能力。他(tā)们利用全新的激光充(chōng)电(diàn)系统,令(lìng) Stalker无人机在空(kōng)中连(lián)续飞行了(le)48小时,增(zēng)加无人机续航时间2400%

他们(men)认为,这种激光充电(diàn)系统甚至(zhì)可以让无人侦(zhēn)察机进行不间断飞行,一直留在天空中。这种小型无人机2006年(nián)即已被(bèi)特(tè)种部(bù)队用于(yú)收集情报、监(jiān)视以及(jí)侦(zhēn)查任务。

电源系统作为能量源,为激光器(qì)供电,将电能转化为激光能量;制冷(lěng)系统的协同作用能(néng)够保证更高的能量(liàng)转化效率。 激光能(néng)量(liàng)经过跟瞄系统之后, 准确传输到(dào)光伏阵列上;光伏阵列将激光(guāng)能量(liàng)转化为电能,为电池充电,从而为发动机(jī)提供能量或者完成其它任务。

不管是现在把电动(dòng)换为油动,还是无线或激光充电,都是要解决无人机(jī)续航时间的问题,相(xiàng)信(xìn)不久的将来随着电池及(jí)电(diàn)池充电的问题(tí)被突(tū)破,无人(rén)机的应用将越来越广(guǎng)泛(fàn)。

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