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解决无人机续航有(yǒu)新办法

 

一、油动

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

油动多旋翼也分(fèn)两种

1、油(yóu)动直驱多旋(xuán)翼(yì)

直驱油动多(duō)旋翼最大的优(yōu)点便是(shì)结(jié)构简(jiǎn)单,成(chéng)本低廉。其(qí)工作原理是:通过控制其(qí)发动机油(yóu)门的大小来改变其转(zhuǎn)速的大小,进而(ér)达(dá)到(dào)俯(fǔ)仰、横滚、偏转(zhuǎn)。但其(qí)缺点也是显而易见的,就是抗风性很差。

2、油动变距多(duō)旋翼

变距油动多旋翼相(xiàng)对(duì)于直驱油动多(duō)旋翼(yì)而言(yán),结(jié)构比(bǐ)较复杂,成本较高。其(qí)工作原(yuán)理(lǐ)是:改变桨距角的大小(xiǎo)来改(gǎi)变升力,进而达到俯仰、横滚(gǔn)、偏(piān)转。其显著优点是:抗风性强。油动多旋翼是改变供能的方式来达到长航(háng)时。但是油动相比于电动也会带来新(xīn)的问题,比如发动(dòng)机(jī)寿命(mìng)、二次污染、震动、下旋风过(guò)大等。

二、无线充电

目前国外研究无(wú)线充电的(de)公司有许多。Solace Power和波音公司合作开发(fā)并验证了一项新的无线充电技术,可以实(shí)现小型无人(rén)机的“空中加油”。该(gāi)技术称为谐振电容耦合(RC2),利(lì)用充(chōng)电板上方产生的电(diàn)场,进行电能的无(wú)线传输。

美国高通公(gōng)司投资的德国无人机充(chōng)电设备(bèi)制造厂商Skysense公司,其主营产品正是(shì)无人机无线充电平(píng)板装(zhuāng)置。

不(bú)仅国外是一派(pài)风生水起的新局面,国(guó)内也不例(lì)外。2015年(nián)9月,国内无线供(gòng)电技术公司中惠创智宣布要正式开(kāi)展无人机(jī)无线供(gòng)电项目。

几种无线充电的方式(shì)

从具体的技术(shù)原理(lǐ)及解决方案来说,目(mù)前(qián)无线充(chōng)电技术主要有电磁(cí)感应式、磁共振式、无线电波(bō)式(shì)、电场耦合式四种基本方式(shì)。这几种技术分(fèn)别适用于近程、中短程与远程(chéng)电力传送。

1、电(diàn)磁(cí)感(gǎn)应(yīng)式无线充电(diàn)

当前最成熟、最(zuì)普遍的是(shì)电磁(cí)感应式(shì)。其根本原理是利(lì)用电磁感应原理,类(lèi)似于变压器(qì),在发送端和接收(shōu)端(duān)各有一个线圈,初级线圈(quān)上通(tōng)一定频率的交流电(diàn),由于电磁感(gǎn)应(yīng)在次级线(xiàn)圈中(zhōng)产生一定的电流,从而(ér)将能量从传(chuán)输(shū)端转移(yí)到(dào)接收端(duān)。

2、磁共振式无(wú)线充电

磁共振式(shì)也称为近场谐振式,由能(néng)量(liàng)发送装置,和能量接收装置组成,当(dāng)两个装置调整到(dào)相(xiàng)同频率(lǜ),或者说在一个特(tè)定(dìng)的频率上共振,它们(men)就可(kě)以交换彼此的能量,其原理与声音的(de)共振原理(lǐ)相同,排列在磁场中的相同振动频(pín)率的线圈,可从一个向另(lìng)一个(gè)供电。技术难点是小(xiǎo)型(xíng)化和高效(xiào)率化,被认为是(shì)将来(lái)最有(yǒu)希望广泛应用于电动汽(qì)车(chē)无线充电的一种方式。

3、无线电波充电

基本原理类似于早期使用(yòng)的矿石(shí)收音机(jī),主要(yào)有微波发(fā)射装置和微(wēi)波(bō)接收装置组成。典型的是20世(shì)纪60年代布朗(William C. Brown)的微波输电系统(tǒng)。整(zhěng)个传(chuán)输系统包括微波(bō)源、发射(shè)天线、接收天线3部分;微波源内有磁(cí)控管,能(néng)控制源(yuán)在2. 45 GHz频段(duàn)输出一定(dìng)的功率;发射天线是64个缝隙的天线阵,接收天线(xiàn)拥(yōng)有25%的收集和转换效率。日本(běn)龙谷大学的移动式无线充电系统,也是通过(guò)频率为2.45GHz 的微波送电,点亮了行驶中的模型警车(chē)的(de)警灯。

4、电场耦合式充电(diàn)

电(diàn)场(chǎng)耦合式利用通过(guò)沿垂直方(fāng)向耦合的(de)两组非对称偶(ǒu)极子而产生的感应电场来(lái)传(chuán)输电能,其基(jī)本原理(lǐ)是通过电场将电能(néng)从发(fā)送端转移到接收端。这种方式(shì)主要是村田制作所采用,具有抗水平错位(wèi)能力较强的(de)特点(diǎn)。

一般来说,磁场(chǎng)共振(zhèn)方式和电磁波(bō)送电方式这两种方(fāng)式都是远(yuǎn)距离(lí)可(kě)以充电,这两种技术将来是最有可能应用在无人机充电。

磁场共振方式,则是现在最被看好、被认为是将来最(zuì)有(yǒu)希望用于无人机充电的一(yī)种方式;磁场(chǎng)共振式供电,目前技术上的难点(diǎn)是,小型(xíng)、高效率化比较难。现在的技术能力大约是直径半米的(de)线(xiàn)圈,能在1m左右的距离提供60w的电力。

电磁波送电方式,现在则提出了利用这种技术的“太空太(tài)阳能发电技(jì)术”,可以从(cóng)根(gēn)本上解决电(diàn)力问(wèn)题。设计最(zuì)难(nán)的部分在于(yú)安全。因为无线(xiàn)充(chōng)电系统与电磁炉一样会发射电磁(cí)波能量(liàng),有(yǒu)两大问题(tí):

一是(shì)长(zhǎng)期发(fā)射,长时间下会造成能源浪费。

二是当充电(diàn)系(xì)统(tǒng)上放的金属异(yì)物,电磁波对其加热,轻则烧毁装置,重则发(fā)生(shēng)火灾。所以需要(yào)有“受电(diàn)端目(mù)标(biāo)物辨识”,当正确的目标放置(zhì)时才(cái)送电。

侦测装置的方(fāng)法(fǎ)比如:

1)磁力激活:受(shòu)电端装磁铁,发射端(duān)感受到(dào)磁(cí)力才(cái)发送能量(liàng)。这(zhè)种方法简(jiǎn)单有效。

2)感应线圈上的资料传送,也(yě)是(shì)认为最安全的方(fāng)法(fǎ),与RFID原理一样,电(diàn)力传送中(zhōng)识(shí)别码一(yī)起传送和验证。但解(jiě)决系统噪(zào)声(shēng)和负(fù)载(zǎi)电流变化的干扰是难题。

三(sān)、激光充电

续(xù)航时间短是无(wú)人机的主要缺点(diǎn)之一。 为了提高(gāo)其续航时间,各国的学者们已经(jīng)开展了(le)大量研究(jiū)工作(zuò)。 洛克希德·马丁公(gōng)司和激光动力公司的研究结果表明, 技术可以极大地(dì)提(tí)高其(qí)续航能力。他们利用全新的激光充电系统(tǒng),Stalker无人机在空(kōng)中连(lián)续飞行了48小时,增加无(wú)人机续航时间2400%

他们认为(wéi),这种激光充电系(xì)统甚至可以让无人侦察机进行不间断飞行(háng),一直留(liú)在天空(kōng)中。这种小型(xíng)无人(rén)机2006年即(jí)已被特(tè)种部队用于收集情报(bào)、监视以及侦查任务。

电源系(xì)统作为能量源,为(wéi)激(jī)光器供电,将电能转化(huà)为激光(guāng)能量;制冷系统的(de)协同作用能够保证更高的能量转化效率。 激(jī)光能量经(jīng)过跟瞄系(xì)统(tǒng)之后, 准确(què)传输(shū)到光伏阵列上(shàng);光伏(fú)阵列将激光能量转化为电能,为电池充电,从而(ér)为发动机提供能量或者完(wán)成其它任务。

不管是现在把(bǎ)电动换为油动,还是(shì)无线或激光充电(diàn),都(dōu)是要(yào)解决无人机续航时(shí)间的问题,相信不久(jiǔ)的将来随(suí)着(zhe)电池(chí)及电池充电的问题被突(tū)破,无人(rén)机(jī)的(de)应用将越来越广泛。

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