一(yī)、油动
电池(chí)的(de)技(jì)术短时间突(tū)破不了,那(nà)就用(yòng)汽(qì)油(yóu),做油动多旋翼。目前市面(miàn)上已经有(yǒu)油动多旋翼(yì)的产品,主要有纯油(yóu)动多旋翼、油电混合多旋翼。
油动多旋翼也分两种(zhǒng)
1、油动直(zhí)驱多旋翼
直驱油动多旋(xuán)翼最大的优点(diǎn)便是结构简单,成本低廉。其工(gōng)作原理是:通过控制(zhì)其发动机油门的大小来改(gǎi)变其转速的大小,进而(ér)达到俯仰、横滚、偏(piān)转。但其(qí)缺点也是显而易见的,就是抗风性很差。
2、油动(dòng)变距多旋翼
变距(jù)油(yóu)动多(duō)旋翼相(xiàng)对于直驱油动多旋翼而言,结构(gòu)比(bǐ)较复杂,成本较高。其工作原理(lǐ)是:改变(biàn)桨距角的大(dà)小来改变升力,进(jìn)而达到俯仰、横滚、偏(piān)转。其显著优点是:抗风性(xìng)强。油动多(duō)旋翼(yì)是改变供能(néng)的方式来达到长航时。但是油动相比(bǐ)于电(diàn)动也会带(dài)来新的问题,比如(rú)发动机寿命、二次污(wū)染、震动、下旋风(fēng)过大等。
二、无线充电
目前国外研究无线充电的公司有(yǒu)许多。Solace Power和(hé)波音公司合(hé)作开发并验证了一项新的无线充电技术,可以实现小型无人机的“空中加油”。该技术称(chēng)为谐振电容(róng)耦合(RC2),利(lì)用(yòng)充电(diàn)板上方产生的电场,进行电能的无线传输(shū)。
美国高通公司投资的(de)德(dé)国无人(rén)机充电设备制造厂(chǎng)商Skysense公司,其主营产品正是无(wú)人机(jī)无线充电平板装置(zhì)。
不仅国外是一派风生(shēng)水起的新局面,国内(nèi)也不例外(wài)。2015年9月,国内(nèi)无线供电技术公司中惠创(chuàng)智宣布(bù)要正(zhèng)式开展无人机无线供电项目。
几种无线充电的方式
从具体的技术原(yuán)理(lǐ)及(jí)解(jiě)决方案来(lái)说,目前无线充电(diàn)技术主(zhǔ)要有(yǒu)电磁(cí)感应式(shì)、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。这几种技(jì)术分(fèn)别适用于近程、中短程与远程电(diàn)力传送。
1、电(diàn)磁感应式无线充电
当(dāng)前(qián)最(zuì)成熟、最(zuì)普遍的(de)是电磁感应式。其根本原理是(shì)利用电磁感(gǎn)应原(yuán)理,类似于变压(yā)器,在发送端和接收(shōu)端各有一个(gè)线圈,初级线圈(quān)上通一定频率的交流电,由于电(diàn)磁(cí)感应在次级线圈中产生一定(dìng)的(de)电(diàn)流(liú),从而将能量从传输端(duān)转移(yí)到(dào)接收端。
2、磁共(gòng)振式无线充电
磁共振式也称为(wéi)近场谐振式,由能(néng)量(liàng)发送装置,和能量接(jiē)收装置(zhì)组成,当两个装置调整到(dào)相同频率,或者说在一个特定的频率(lǜ)上共振,它们(men)就(jiù)可以交换彼此的(de)能量,其(qí)原理与声音的(de)共振原理(lǐ)相同,排(pái)列在磁场中的相同振动(dòng)频率的线圈,可从(cóng)一个向另一个(gè)供电。技(jì)术(shù)难点是小型化和高效率化,被认为是将(jiāng)来最有希望广泛应用(yòng)于电动汽车无线充(chōng)电的一(yī)种方式。
3、无(wú)线电波充电
基本原理类似(sì)于早(zǎo)期使用的矿石收音机(jī),主要有微波发射装置和微(wēi)波(bō)接收装(zhuāng)置组成(chéng)。典型的是20世纪60年(nián)代布朗(William C. Brown)的微波输电系统。整个传(chuán)输(shū)系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内(nèi)有磁(cí)控管,能控(kòng)制源在2. 45 GHz频段输出一定(dìng)的功率;发射天线是64个缝(féng)隙的(de)天线(xiàn)阵,接收天线拥有25%的(de)收集和(hé)转换效率。日本龙谷(gǔ)大学的移(yí)动式无线充(chōng)电系(xì)统(tǒng),也是通过频率(lǜ)为(wéi)2.45GHz 的微波(bō)送电,点(diǎn)亮了行驶中的模型警车的警灯。
4、电场(chǎng)耦合式充电(diàn)
电(diàn)场耦合式(shì)利用通过(guò)沿(yán)垂直方向耦合的两组(zǔ)非对称(chēng)偶极子而(ér)产生(shēng)的感应(yīng)电场(chǎng)来传输(shū)电(diàn)能,其基(jī)本原理是通过(guò)电场将电能(néng)从发送端(duān)转移到接收端。这种(zhǒng)方(fāng)式主要(yào)是村田制作所采用,具有抗水平错位能力(lì)较强的特点(diǎn)。
一般来说,磁场共振方式(shì)和电磁波送电方式这两种方式都是远距离(lí)可以充电,这两种技术将来是(shì)最有可能应用在无人(rén)机(jī)充电。
磁(cí)场共振方式,则是现在最被看好、被认(rèn)为是将来最(zuì)有希望(wàng)用于无人机(jī)充电(diàn)的一种方式;磁场共(gòng)振式供电,目前技术上的(de)难点是,小型、高效率(lǜ)化比较难。现在的技术能力(lì)大约是直(zhí)径半米的线圈,能在1m左右的距离提(tí)供60w的电力。
电磁波送电方(fāng)式,现在(zài)则(zé)提(tí)出了利用这种(zhǒng)技术的“太空太阳能发电技术”,可以从根本上解决电力(lì)问题。设计最难的(de)部分在于安全(quán)。因为无线充电系统与电磁炉(lú)一样会(huì)发射电(diàn)磁波能量,有两(liǎng)大问题:
一是长期(qī)发射(shè),长时间下会造(zào)成能源浪费。
二是当(dāng)充电系统(tǒng)上放的金属异(yì)物,电磁波对(duì)其加热,轻则烧毁装置,重则发生火灾。所以需要有“受电(diàn)端目标物辨识”,当正确的目标放置(zhì)时才送电(diàn)。
侦测装置的方法(fǎ)比如:
(1)磁力激活:受电端装磁铁,发射端感受到磁力才发(fā)送能量。这种(zhǒng)方法简单有效。
(2)感应线圈上的资料传送,也是(shì)认为最安全的方法,与RFID原理(lǐ)一样,电力传送中识别(bié)码(mǎ)一(yī)起传(chuán)送和验(yàn)证。但解(jiě)决系统噪声(shēng)和负载电流变化的干(gàn)扰是难题。
三、激(jī)光充电(diàn)
续(xù)航时(shí)间短(duǎn)是无人机的主要缺点之一。 为了提高其续航时间(jiān),各国(guó)的(de)学者(zhě)们已经开展了大量研究工作。 洛克希德·马丁公司和激光动力公司的研究(jiū)结果表(biǎo)明, 技术可以极大地提(tí)高其续航能力。他们利用全新的激光充电系统,令 Stalker无人机在空中连续飞行了48小时,增(zēng)加无(wú)人机续航时间2400%。
他们认为,这种激(jī)光(guāng)充(chōng)电系(xì)统甚至可(kě)以让(ràng)无人侦察机进行不间断飞行,一直留在天空中。这种小型无人机(jī)2006年即(jí)已被特种部队用于收集情报、监视以及侦查任务。
电源系统(tǒng)作(zuò)为(wéi)能量(liàng)源,为激(jī)光器供电(diàn),将电能转化为激光能量;制冷系统(tǒng)的(de)协同作用(yòng)能够保证更高的能量转化效率。 激光(guāng)能量经过跟(gēn)瞄系统之后, 准确(què)传输到光(guāng)伏阵列上;光伏阵列(liè)将激(jī)光(guāng)能量(liàng)转化为电能,为电池充电(diàn),从而(ér)为发(fā)动机提供能量或者完成其(qí)它任务。
不管是现(xiàn)在把电动换为油动,还是无线或激光(guāng)充(chōng)电,都(dōu)是要(yào)解决无人机(jī)续(xù)航时间(jiān)的问(wèn)题,相信不久的将来(lái)随着电池及电池充电的问题被突破,无人机的应用将越来越广泛。

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