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航程:无人机不得不说的“痛”

2016-04-07 07:49 性质:转载 来源:环球网
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现在市面上的多旋翼无人机大多使用锂电池作为能源,在生活中,人们常用的手机电池就属于锂电池,因此它采购方便,工艺成熟,就连某知...

现在市面上的多旋翼无人机大多使用锂电池作为能源,在生活中,人们常用的手机电池就属于锂电池,因此它采购方便,工艺成熟,就连某知名消费级无人机也在使用智能锂电池组。锂电池组是由多个电芯串并联而成,电芯的形状就像一颗一颗的电池。但由于个体差异,这些电芯无法做到100%均衡的充放电,而且大功率电池的充电时间也比较长。然而最让人“捉急”的莫过于锂电池的续航时间了,300克重量的锂电池理论上只能让500克重的无人机飞行17分钟,这也是大多数无人机只能走到消费级而无法再向更高层级,如工业级、军用级迈进的主要原因之一。

想要突破航程上的瓶颈,就只有从两个方面入手,一是改变能源,二是减轻自身重量。采用燃油作为能源的无人飞行器一直是军方的选择,但一方面这类飞行器造价昂贵且多为固定翼,使用时有场地限制而不够灵活,另一方面使用燃油也会对环境造成污染。在锂电池技术早已成熟而无法有更大突破的今天,唯有从电能入手,选择其他材质的电池,才能既打破无人机航程的瓶颈,又能做到绿色环保。那么,燃料电池就是一种不错的选择。

其实,在多旋翼无人机之外的其他应用领域,燃料电池也已经开始大显身手了,例如军事领域。早期的常规潜艇使用柴电混合动力,在水面依靠柴油机组提供动力,并给蓄电池充电,到水下则依靠蓄电池航行。由于柴油机组严重依赖氧气,所以必须频繁浮出水面才能给蓄电池充电,也由此而增加了暴露的几率。不过,德国研发的燃料电池则很好的解决了这一问题,潜艇在水下的滞留时间能达到两周以上。

目前在无人机领域使用的燃料电池多以氢燃料为主。在早期的研究中,氢燃料电池并不被看好,研究中也出现过稳定性差,易燃易爆等问题。但经过多年的研发,已经有了完整的安全解决方案,并且氢气很轻,逃逸速度极快,在非密闭空间内,就算产生明火也不会引起爆炸,而且与汽油等不同,氢气燃烧是向上的,没有横向延展的危险。目前,氢燃料电池已经能在极其稳定的情况下为无人机提供动力:今年2月份,苏格兰海洋科学协会在苏格兰机场就成功进行了第一架使用固态氢动力系统无人机的飞行测试,起飞10分钟运行200英尺,并平稳着陆;另一家新加坡的氢燃料电池无人机可空载飞行4小时,1Kg满载下还能支撑150分钟。由此可见,氢燃料电池的续航已优于锂电池。

而如果要减轻无人机重量,则必须从材料入手。消费级无人机大量使用塑料和金属部件,无人机产品仅能够保证“飞”这一单一功能,如果想要非得更高、更远、更平稳,就必须和航空业接轨,采用碳纤维航空材料。早在上世纪80年代,随着高性能碳纤维增强复合材料技术和预浸料-热压罐整体成型工艺的成熟,航空业已经大规模采用碳纤维材料并将其适用于受力大,尺寸大的主承力结构零件中。相较于传统的铝合金材料,碳纤维在重量上要轻2/3,制造工艺也更为简洁,在不降低自身强度的同时,有效的减轻了重量。

相比消费级无人机,工业级无人机必须胜任在不同工作环境下的不同任务需求,因此对于机身材质的要求也远非普通的塑料和铝合金就能满足,采用碳纤维材料不仅有效减轻重量,提高航程,更可以在不增加原有电机功率的情况下提高无人机载重能力。


而如果燃料电池和高强度碳纤维材料相结合,会产生怎样奇妙的结果?4月10日,环球网无人机频道将揭晓科比特的最终答案。

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