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解决无人机续航(háng)有新办(bàn)法

 

一、油动

电池的技术(shù)短时间突破(pò)不了(le),那(nà)就用汽油,做油动多(duō)旋(xuán)翼(yì)。目前市面上已经有油动(dòng)多旋翼的产品,主要(yào)有纯油动多旋翼(yì)、油电混合多旋翼(yì)。

油动多旋翼也分两种(zhǒng)

1、油动直驱多旋翼

直驱油动多旋翼最(zuì)大(dà)的优(yōu)点便是结构(gòu)简单,成本低廉。其工作原理是:通过控制其发动机油门的大小来改(gǎi)变其转速的大小(xiǎo),进而达到俯仰、横滚、偏转(zhuǎn)。但其缺点也是显而易见的,就是抗(kàng)风性很差(chà)。

2、油动变距多旋翼

变(biàn)距油动(dòng)多旋翼相对(duì)于(yú)直驱油(yóu)动多旋翼而(ér)言,结构(gòu)比较复(fù)杂,成本(běn)较高。其工作(zuò)原理是:改变(biàn)桨距(jù)角的大小来改变(biàn)升力,进而(ér)达到俯仰、横滚、偏转(zhuǎn)。其(qí)显(xiǎn)著优点是(shì):抗风性强。油(yóu)动多旋翼是改变供能的方式来达到长航时。但(dàn)是油动相(xiàng)比于电动也会带来新的问(wèn)题,比如发动机寿(shòu)命、二次污染、震动、下旋风(fēng)过大等。

二(èr)、无线(xiàn)充电

目(mù)前国(guó)外研究无线充电的公司有许多。Solace Power和波音公司合(hé)作开发并验证了一项新(xīn)的无(wú)线(xiàn)充(chōng)电(diàn)技(jì)术,可以实现(xiàn)小型无人(rén)机的“空中(zhōng)加油”。该技术称为(wéi)谐(xié)振电(diàn)容耦合(RC2),利用充电(diàn)板上(shàng)方产生(shēng)的电场(chǎng),进(jìn)行电能的无线传输。

美国(guó)高(gāo)通公司投资的德国无人(rén)机充电设备(bèi)制造(zào)厂商Skysense公司,其(qí)主营产(chǎn)品正是无人机无线充电平板装置。

不仅国外(wài)是一派风生水起的新局面(miàn),国(guó)内也不例外。20159月,国内无(wú)线供电(diàn)技术(shù)公司中(zhōng)惠创智宣布要正式开展无人(rén)机无线供电项目。

几种无(wú)线充电的方式

从具体(tǐ)的技术原理及解决方案(àn)来说,目前无线充电(diàn)技术主要有(yǒu)电磁感应式、磁(cí)共振式、无(wú)线电波式(shì)、电场耦(ǒu)合式四种(zhǒng)基本方(fāng)式。这几种技术分别适用(yòng)于近程(chéng)、中短程与远(yuǎn)程电力传送。

1、电磁(cí)感应(yīng)式无线充电

当前最成熟、最普遍(biàn)的是电磁(cí)感应式。其根本原理(lǐ)是利用(yòng)电磁感应原理,类似(sì)于变压器,在(zài)发送端和接收端各有一个线圈,初级线圈上通一(yī)定频率(lǜ)的交流(liú)电,由于电(diàn)磁感应在次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从传输(shū)端转移到接(jiē)收端。

2、磁共振式无线充电

磁共振式也称为近(jìn)场谐振式,由能量发送装置(zhì),和能(néng)量接收装置组(zǔ)成,当两个装置调整到(dào)相同频率,或者说在一个(gè)特定的(de)频(pín)率(lǜ)上共振,它们就可以(yǐ)交换彼此(cǐ)的能量,其原理与(yǔ)声音的共(gòng)振原理相同,排列在磁(cí)场中的相同(tóng)振动频率的线圈,可从一个(gè)向另一个供电。技(jì)术难点是小型化(huà)和高效率(lǜ)化,被认为(wéi)是将(jiāng)来最有希(xī)望广泛应用于(yú)电动汽车无线充(chōng)电的一种方式。

3、无线电波充(chōng)电

基本原理类似于早期使(shǐ)用的(de)矿石收音机(jī),主要有微波发射装(zhuāng)置(zhì)和微波接收装置组(zǔ)成。典型(xíng)的是20世纪60年代布朗(William C. Brown)的(de)微波输电系统。整个传输系统包括微波源、发射天(tiān)线、接收天线3部分;微波源内有磁控管,能(néng)控制源在2. 45 GHz频段(duàn)输(shū)出(chū)一(yī)定的功(gōng)率;发射天线(xiàn)是(shì)64个缝隙的天线阵,接收天线拥有25%的收集和转换效率。日本龙谷大学的移动式无线充电系统,也是通过频率(lǜ)为2.45GHz 的微波送(sòng)电,点亮了行(háng)驶(shǐ)中的模型警车的警(jǐng)灯。

4、电场耦合式充(chōng)电

电场耦合式利用通过沿垂直方(fāng)向(xiàng)耦合(hé)的两组(zǔ)非对(duì)称(chēng)偶极子而产生的感应电场来传(chuán)输(shū)电能,其基本原理是通过电场将电能(néng)从发(fā)送(sòng)端转移(yí)到接收端。这种方式主要是村(cūn)田制作所采(cǎi)用,具有(yǒu)抗水平错位能力较强的特点。

一般来说,磁场共振方式和电磁波送电方式这两种(zhǒng)方(fāng)式都是远距离可以充电(diàn),这两(liǎng)种技术将来是最有可能应用(yòng)在(zài)无人机充电。

磁场共振方式,则是(shì)现在最被看好、被认为是将来最有(yǒu)希望用(yòng)于无人机充电的(de)一种方(fāng)式;磁(cí)场共振式供(gòng)电,目前技术上的难点(diǎn)是,小型、高效(xiào)率化比较(jiào)难。现在的技(jì)术能力大约是(shì)直(zhí)径半米的线圈,能(néng)在1m左右的(de)距离提(tí)供60w的(de)电(diàn)力。

电磁波送电方式,现(xiàn)在则提出(chū)了利用这种技术的“太空太(tài)阳能(néng)发(fā)电(diàn)技术”,可以从根本上解决电力(lì)问题。设计最难的部分在于安全。因为无线充电系统与(yǔ)电磁炉一样会发射电磁波能量,有两大问题:

一(yī)是长期(qī)发(fā)射(shè),长时间下会造成能源(yuán)浪费。

二(èr)是(shì)当充电系统上放的金(jīn)属异物,电磁波对其加热,轻则烧(shāo)毁(huǐ)装置,重则发生火灾(zāi)。所以需要有“受电端目标物(wù)辨识(shí)”,当正确的目标放置时才送(sòng)电。

侦(zhēn)测装置的方法比如(rú):

1)磁(cí)力激活:受电(diàn)端装磁(cí)铁,发射(shè)端感受到(dào)磁力才发送(sòng)能量。这种方法简单有效。

2)感应线圈上的资(zī)料传送,也(yě)是认为最安(ān)全的方法,与RFID原理一样,电力传送中识别码一起(qǐ)传送(sòng)和验证(zhèng)。但解决系统噪声(shēng)和负载电流变化的干扰是难(nán)题(tí)。

三(sān)、激光充电

续(xù)航(háng)时(shí)间短是无(wú)人机的主(zhǔ)要缺(quē)点之一(yī)。 为了提高其续航时间,各国的学者们已(yǐ)经开展了大量研究工作。 洛克希德·马(mǎ)丁公司和(hé)激光动力公司的研究(jiū)结果(guǒ)表明, 技术(shù)可以(yǐ)极大地提高其续航能力。他(tā)们利用全新的激光充电系统,Stalker无(wú)人机在空中连续飞行了(le)48小时,增加(jiā)无人(rén)机续(xù)航时间2400%

他们认(rèn)为,这(zhè)种激(jī)光(guāng)充电系统甚至可以(yǐ)让(ràng)无人侦察机进行不间(jiān)断(duàn)飞行,一直(zhí)留在(zài)天空中。这种小型无人机2006年即(jí)已被特种(zhǒng)部队用于收集情报、监(jiān)视以及侦查任务。

电(diàn)源系统(tǒng)作为能量源(yuán),为激光(guāng)器供(gòng)电,将电能(néng)转化为激光能量;制冷系统(tǒng)的协同作用能够(gòu)保证更高的能量转化效率(lǜ)。 激光能量经过跟(gēn)瞄系统之后(hòu), 准(zhǔn)确传输(shū)到(dào)光伏阵列上;光伏(fú)阵列(liè)将激光能(néng)量转化为电能,为电池充电,从而为发动机提(tí)供能(néng)量或者完成其它任(rèn)务。

不管是现在把(bǎ)电动换为(wéi)油(yóu)动,还是无线或激(jī)光(guāng)充电,都是要解决无人(rén)机续航时间的问题,相信(xìn)不久的将来随着电池及电池充电的问题(tí)被(bèi)突破,无人机的应(yīng)用将越(yuè)来越广泛。

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