一(yī)、油(yóu)动
电池的技术(shù)短时间突破不了,那(nà)就(jiù)用汽油,做油动多旋翼。目前市(shì)面上已经有油动多旋翼的产品,主要(yào)有(yǒu)纯油(yóu)动(dòng)多旋翼、油电混合多旋(xuán)翼(yì)。
油动多旋翼也分两种
1、油动直驱多旋翼
直驱油动多旋翼最大的优点便是结(jié)构简单(dān),成本低廉(lián)。其工作原(yuán)理是:通过控制其(qí)发动机油(yóu)门的(de)大(dà)小来(lái)改(gǎi)变其转速的大小,进而(ér)达到(dào)俯仰、横(héng)滚、偏转。但其缺(quē)点也(yě)是显而易见的,就是抗风性(xìng)很差。
2、油动变距多旋翼(yì)
变距油动(dòng)多(duō)旋(xuán)翼相对(duì)于(yú)直驱油动多旋(xuán)翼而言,结构(gòu)比较复杂,成本较高。其工作原(yuán)理是:改变桨距角(jiǎo)的大小来(lái)改变升力,进而(ér)达(dá)到俯仰、横(héng)滚、偏(piān)转。其显著优点是:抗风(fēng)性强。油动多旋翼是改(gǎi)变供能(néng)的方式(shì)来达到长航时。但是油动相比于电动也会带来新的问题,比如(rú)发动机寿命、二次(cì)污染、震动、下旋风过大(dà)等。
二、无线充电
目(mù)前国外(wài)研究(jiū)无线充电(diàn)的公司有许多。Solace Power和(hé)波音(yīn)公司合作开发并验证了一项新的无线充电技术,可以实现(xiàn)小型无人机的“空中加油”。该技术称为谐振电容耦合(RC2),利用充(chōng)电板(bǎn)上方产生的电场,进行电能的无(wú)线传输。
美国高通公司投(tóu)资的德国无人机充(chōng)电设备(bèi)制造厂商Skysense公(gōng)司,其主营(yíng)产(chǎn)品正是无人(rén)机无(wú)线充电平板装(zhuāng)置(zhì)。
不仅国外是一派风生水(shuǐ)起(qǐ)的新(xīn)局(jú)面,国内也不例外。2015年9月,国内(nèi)无线供电技术公司(sī)中惠创智(zhì)宣(xuān)布要(yào)正式开展无人机无(wú)线(xiàn)供电项目。
几种(zhǒng)无线充电的方式
从(cóng)具体的技术(shù)原理及(jí)解决(jué)方案来说,目前无线充电(diàn)技术主(zhǔ)要有电(diàn)磁感应式、磁共振式(shì)、无(wú)线电波式、电场耦(ǒu)合(hé)式四种基本(běn)方式。这几种技术分别适(shì)用于(yú)近程、中短程与远(yuǎn)程电力传送。
1、电(diàn)磁感应式无(wú)线充(chōng)电
当前最成(chéng)熟、最普遍的是电磁感应(yīng)式。其根本原理是利用电磁感应原理,类似于变(biàn)压器,在(zài)发送端和(hé)接收(shōu)端各有一个线(xiàn)圈,初级线圈上通一定频率(lǜ)的交流电,由于电磁感(gǎn)应(yīng)在(zài)次级线圈中产生一(yī)定(dìng)的电流,从而(ér)将能量从(cóng)传(chuán)输端转(zhuǎn)移到接收(shōu)端。
2、磁共振(zhèn)式(shì)无线充电
磁(cí)共振式也称为近场(chǎng)谐振式,由(yóu)能量发送装置,和能量接收装(zhuāng)置组成(chéng),当(dāng)两个装置调整(zhěng)到(dào)相同频率,或者说在一个特定的频率(lǜ)上(shàng)共振,它(tā)们(men)就可(kě)以交(jiāo)换彼此的能量,其原(yuán)理与(yǔ)声(shēng)音(yīn)的共振原理相同,排(pái)列在磁场(chǎng)中的(de)相(xiàng)同振动频率的线圈,可从一(yī)个向另一个供电。技术难点是小型化和高效率化(huà),被认为是将来最有(yǒu)希望(wàng)广泛应用于电动(dòng)汽车无线充电的(de)一种方式。
3、无线电波(bō)充电
基本(běn)原理类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装(zhuāng)置和微波接收装置组(zǔ)成。典型的(de)是20世纪60年代布朗(William C. Brown)的微波输电系统。整(zhěng)个传输系(xì)统包(bāo)括微波源、发(fā)射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控(kòng)管,能控制源在2. 45 GHz频段输(shū)出一定的功率;发射天(tiān)线(xiàn)是64个缝隙的天线(xiàn)阵,接收天线拥(yōng)有25%的收集(jí)和转换效率。日本龙(lóng)谷大(dà)学的移动式无线(xiàn)充(chōng)电系统,也是通过频率(lǜ)为2.45GHz 的(de)微(wēi)波(bō)送电,点亮了(le)行驶中(zhōng)的(de)模型警车的警灯。
4、电场耦合式(shì)充电
电场耦(ǒu)合(hé)式利用通(tōng)过沿垂直方向耦合的两组非对(duì)称偶(ǒu)极子而产生的(de)感应电(diàn)场(chǎng)来传输电能(néng),其基本原(yuán)理是(shì)通过电场将电能从发送端转移到接收(shōu)端。这种方式(shì)主要是村田制作所采用,具有抗水平错位能力较(jiào)强的特点。
一(yī)般来说,磁场共振方式(shì)和电磁波(bō)送(sòng)电方式这两种方式(shì)都是远距离可以充(chōng)电,这两(liǎng)种技术(shù)将来是最有可能应用(yòng)在(zài)无人机充电。
磁场共振(zhèn)方式,则是现(xiàn)在最被看好、被(bèi)认(rèn)为是将来最有希望用于无人机(jī)充电的一种方式;磁场共振式供电,目前技术(shù)上的难点是,小型、高效率化(huà)比(bǐ)较难。现在的技术能力大约(yuē)是(shì)直径半米的线圈,能(néng)在1m左右的距(jù)离(lí)提供60w的电力。
电(diàn)磁波送电方式,现在则提出了利用这种技术的“太空太阳能(néng)发(fā)电技术(shù)”,可以从(cóng)根(gēn)本上解(jiě)决电力(lì)问题。设计最难的部(bù)分在于安全。因为无(wú)线充电(diàn)系统与电磁炉一样会发射电磁波(bō)能量,有两大问题:
一是长期(qī)发射,长(zhǎng)时间下会造成能源浪费。
二是(shì)当(dāng)充电(diàn)系统上放的金属(shǔ)异(yì)物(wù),电(diàn)磁(cí)波对其加热,轻则烧(shāo)毁装置,重则发生火灾。所(suǒ)以(yǐ)需(xū)要有“受电端(duān)目标物辨识”,当(dāng)正确的目标放置时才送电(diàn)。
侦(zhēn)测装置的方法比如:
(1)磁力激(jī)活:受电端装磁铁(tiě),发射端(duān)感受到磁力才发送能量。这(zhè)种方法简单有效。
(2)感应线圈上(shàng)的资料传送,也是认为最(zuì)安全的(de)方法(fǎ),与RFID原理(lǐ)一(yī)样(yàng),电力传送中(zhōng)识别码一起传送(sòng)和(hé)验证(zhèng)。但解决系统噪声(shēng)和负载(zǎi)电流变化的干扰是难题(tí)。
三、激光充电(diàn)
续航时间(jiān)短是无人机的主要缺点之一(yī)。 为了(le)提高其续航时(shí)间,各(gè)国的学(xué)者们已经开(kāi)展了大量(liàng)研究工作。 洛克希德·马(mǎ)丁公司和激(jī)光动力(lì)公司的研究结果表(biǎo)明, 技术可以(yǐ)极大地提高(gāo)其续航能力。他们利用全新的激光(guāng)充电系统,令 Stalker无人机在(zài)空中连续飞行了48小时,增(zēng)加无(wú)人机续(xù)航时(shí)间(jiān)2400%。
他们认(rèn)为(wéi),这种激光(guāng)充电系(xì)统甚至可以让(ràng)无人侦(zhēn)察机(jī)进行不间断飞行,一直留(liú)在(zài)天空中(zhōng)。这(zhè)种小型无人(rén)机2006年即已(yǐ)被(bèi)特种部队用于收集(jí)情报(bào)、监视以及侦查任务(wù)。
电源系统(tǒng)作为能量(liàng)源,为激光器供电,将电能转(zhuǎn)化为激光能量;制冷系统的协(xié)同作用能够保证更高的能(néng)量转化效率。 激光能量(liàng)经过跟(gēn)瞄系统之后, 准确(què)传输到光伏(fú)阵列上;光伏(fú)阵列将激光(guāng)能量转化为电能(néng),为电池充电,从(cóng)而为发动机提供能量或者完成其它任务。
不管是现在把电动换为油(yóu)动,还是无(wú)线或(huò)激光充电,都是要(yào)解决无人机续航时间的问题,相信不久的将来(lái)随着电池及电池充电的问题(tí)被(bèi)突破,无人机的应(yīng)用(yòng)将越来(lái)越(yuè)广泛。

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