一、油动
电(diàn)池(chí)的技(jì)术短时间突破不(bú)了,那就用汽(qì)油,做(zuò)油动多(duō)旋(xuán)翼(yì)。目前市面上已经有(yǒu)油动多旋翼(yì)的产品,主要有纯油动多旋翼、油电(diàn)混合多旋翼。
油动多旋翼(yì)也分两种(zhǒng)
1、油动直驱多旋翼
直(zhí)驱油(yóu)动多(duō)旋翼(yì)最大的优点便是结(jié)构(gòu)简单,成本低廉。其工作原理(lǐ)是:通(tōng)过控制其发动机(jī)油门的大(dà)小来(lái)改变其(qí)转速的大小,进而达到俯仰、横滚、偏转。但其缺点(diǎn)也是显而易见的,就(jiù)是抗(kàng)风(fēng)性很差。
2、油(yóu)动变距(jù)多旋翼
变距油动多旋翼相对(duì)于直驱油动多(duō)旋翼而(ér)言(yán),结构比较复杂,成本较高。其(qí)工作原理(lǐ)是:改变桨距角的大小来改(gǎi)变升力,进而达(dá)到俯仰、横滚、偏(piān)转。其显著(zhe)优点是:抗(kàng)风(fēng)性强。油(yóu)动多旋(xuán)翼是改变供能(néng)的方式(shì)来(lái)达到长航时。但是油动相比于电动也会带来新的问题,比如发动机寿命、二次(cì)污染、震动、下旋风(fēng)过大等。
二、无线充电
目前国(guó)外研究无线充电的(de)公(gōng)司(sī)有(yǒu)许(xǔ)多。Solace Power和波音公司合作(zuò)开发并验证了一(yī)项新的无线充电技术,可以(yǐ)实现小型无人机的“空中加油”。该技术称(chēng)为谐振电容耦(ǒu)合(RC2),利用(yòng)充电(diàn)板上方产生的电场,进行(háng)电能的无(wú)线传输。
美国高通(tōng)公司投资的德国无人机充电设(shè)备制(zhì)造厂商Skysense公司,其主营产品(pǐn)正是无人机(jī)无线充电平板装(zhuāng)置。
不仅国(guó)外是(shì)一(yī)派(pài)风生水起的新(xīn)局面,国内也不例外(wài)。2015年9月(yuè),国内无线供电技术公司中惠创智宣布要正式开展无人机无(wú)线(xiàn)供电项目。
几种无线充(chōng)电的方式
从具体的(de)技术原理(lǐ)及解决(jué)方(fāng)案来说,目前(qián)无线(xiàn)充电技术主要有电磁感应式、磁共(gòng)振(zhèn)式、无线电(diàn)波(bō)式、电场耦合(hé)式四种基本方式。这几种技术分别适用于近程(chéng)、中短程与远程(chéng)电力传送。
1、电磁感应式无线充(chōng)电
当前最成熟、最(zuì)普遍的是电磁感应式。其根本原理是利用电磁感(gǎn)应原(yuán)理,类似于变压器,在发(fā)送端和(hé)接收端各有一个线圈,初级线圈上(shàng)通一定频率的交流电,由(yóu)于电磁感(gǎn)应在次(cì)级线(xiàn)圈中产生(shēng)一定的(de)电流,从而将(jiāng)能量从传输端转移到接收端(duān)。
2、磁共振式无线(xiàn)充电
磁(cí)共振式也称(chēng)为近场(chǎng)谐振式(shì),由(yóu)能(néng)量发送装置,和能量接收装置组成,当两个装置调整到(dào)相同(tóng)频率(lǜ),或者说在一个特定的频率(lǜ)上共(gòng)振(zhèn),它们(men)就可(kě)以交换彼此的(de)能量(liàng),其原理与声音(yīn)的共振原理相同(tóng),排列在(zài)磁场(chǎng)中的(de)相同(tóng)振动频(pín)率的线圈,可从一个(gè)向另一(yī)个供电(diàn)。技术难点是(shì)小型化和高效率化,被(bèi)认为是将来最有希(xī)望(wàng)广泛应用(yòng)于电动汽车无线充电的一种方式。
3、无线电(diàn)波充电
基本原理类似于早期使(shǐ)用的矿(kuàng)石收音机(jī),主要有(yǒu)微波(bō)发射装置和微波接收装置组成。典(diǎn)型的是20世纪60年代布朗(lǎng)(William C. Brown)的微波输电系(xì)统。整(zhěng)个传输系(xì)统包括微(wēi)波(bō)源、发射天线、接收天线3部分(fèn);微波(bō)源(yuán)内有磁控管,能控制源在2. 45 GHz频段输出一(yī)定的功率;发射(shè)天线(xiàn)是64个(gè)缝隙的(de)天线阵(zhèn),接收天线拥有25%的收集和转换(huàn)效率。日本龙谷大(dà)学的(de)移动式无线充电系统,也是通过频率为2.45GHz 的微波送电,点(diǎn)亮(liàng)了(le)行驶中的(de)模(mó)型警车的警灯。
4、电场耦合式充电
电场耦合式利用通过沿垂直方(fāng)向耦合(hé)的两组非对称偶极子而(ér)产生的感应(yīng)电场(chǎng)来传输电能(néng),其基本(běn)原(yuán)理(lǐ)是通(tōng)过电场(chǎng)将电能从(cóng)发(fā)送端转移到接收(shōu)端。这种(zhǒng)方式(shì)主要是村田(tián)制作所采用(yòng),具有抗水平错(cuò)位能力较强的特点。
一般来说,磁场共振方式(shì)和电磁波送(sòng)电方式这两种方式都是远距离可以充电,这两种技术将(jiāng)来是最有可能应用在无人机充(chōng)电。
磁场(chǎng)共(gòng)振方(fāng)式(shì),则是现在最被(bèi)看好、被认(rèn)为是将(jiāng)来最有希望用于无人机充电(diàn)的一种方式;磁(cí)场共(gòng)振式供(gòng)电,目前技术上的难点是,小型、高(gāo)效(xiào)率(lǜ)化(huà)比较难(nán)。现(xiàn)在的技术能力大(dà)约是直径半米(mǐ)的(de)线圈(quān),能在1m左右的距(jù)离提供60w的电力。
电磁(cí)波送电方式,现在则提(tí)出(chū)了利用这种技术的“太空太(tài)阳能发电技术”,可以(yǐ)从根本上(shàng)解决电力问题(tí)。设计最难的部分在于安全。因为无线充电系统与电磁(cí)炉一样会发射电磁(cí)波能量,有(yǒu)两大(dà)问题:
一是长期发射,长(zhǎng)时间下(xià)会造(zào)成(chéng)能源浪费。
二是当充(chōng)电系统上放的金属(shǔ)异物,电(diàn)磁波对其(qí)加热,轻(qīng)则烧毁(huǐ)装置,重则发生火灾。所以需(xū)要有“受电端目标物辨(biàn)识”,当正确的目标放置时才送电。
侦测装置(zhì)的(de)方(fāng)法比(bǐ)如(rú):
(1)磁力激活:受电端装磁铁,发射端感受到磁(cí)力(lì)才发送能量。这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法简单(dān)有效。
(2)感应线圈上的资(zī)料传送,也是认为最安全的方(fāng)法,与RFID原理一(yī)样,电力传送中识(shí)别码一(yī)起传送(sòng)和验证。但解决系统噪声和负载电流变(biàn)化(huà)的(de)干扰是难(nán)题。
三(sān)、激光充(chōng)电(diàn)
续航时间(jiān)短是无人机的主要缺点(diǎn)之一(yī)。 为了提高(gāo)其续航时(shí)间,各国的学者(zhě)们已经开展(zhǎn)了大量研究工(gōng)作。 洛克希德(dé)·马丁(dīng)公(gōng)司和激光(guāng)动力公(gōng)司的(de)研究结(jié)果表明, 技术可以极大地提高其(qí)续航能力。他们利用全新的激光充电系统,令(lìng) Stalker无人机在空中(zhōng)连续飞(fēi)行了48小时(shí),增加(jiā)无人机续航时间2400%。
他们认为,这种激光充电系统甚至(zhì)可(kě)以让无(wú)人侦察机进(jìn)行不间断飞行,一直留(liú)在天空中。这种(zhǒng)小型无人机2006年即已被特种部队用于收集情报、监视以及侦查任务。
电源系统作(zuò)为能(néng)量源,为激(jī)光器(qì)供电,将(jiāng)电能转化(huà)为激光能(néng)量;制(zhì)冷系统的协同(tóng)作用能够保证更高的能(néng)量转化效(xiào)率。 激光能量经过跟瞄(miáo)系统之后(hòu), 准确(què)传输(shū)到光伏阵列上;光伏阵列将激光能(néng)量转化为电能(néng),为电池(chí)充电,从而为(wéi)发动机提(tí)供能量(liàng)或者完成其它(tā)任务。
不管是现在把电动换为油动(dòng),还是(shì)无线或激光充电,都是要(yào)解决(jué)无人机续(xù)航时间的问题,相信不久的(de)将来(lái)随着(zhe)电池及电池充电的问(wèn)题被(bèi)突破,无人机(jī)的应用将越(yuè)来越广泛。

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