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純電動的無人機,是怎么慢慢治好續航焦慮的?
 http://cnpressphoto.com 2022-07-25 13:45:18 來源:環球網
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純電動的無人機,是怎么慢慢治好續航焦慮的?

  【環球網無人機頻道 記者 趙汗青】手機、筆記本、新能源汽車……各種用鋰電池驅動的純電設備,都繞不開續航問題,電動的無人機更是如此。

  與地面上的設備不同,無人機不能靠“堆料”來延長續航,因為單純加電池會導致重量增加,進而讓耗電量大增。例如一型八旋翼無人機,裝2組電池與裝4組電池,續航是一樣的。

  但是,最近兩年,飛手們普遍感覺到“續航焦慮”不明顯了,許多已經不再關心續航。像世面上的主流航拍無人機,最大續航已經從幾年前的20分鐘出頭提高到了30分鐘左右,而大疆新一代的Mavic3和Mini3 Pro甚至能飛超過45分鐘。這讓“老司機”可以一口氣拍出更多鏡頭,也讓“萌新”可以慢慢摸索角度,同時也留下了更充裕的備用返航電量。

  這也讓一起出游的同行者們態度改變。幾年前飛無人機時,別人會問“這么快就沒電了?再拍下行嗎?”而現在,則可能是抱怨——“曬死了,你一定要把它飛沒電嗎?”

  在設施巡檢、安防、測繪等行業的運用中,電動無人機續航提高帶來的改變更大。以往很多單位不得不采購昂貴的油動無人機,現在用“小四軸”就解決了問題,省錢而且更方便。

  那么,電動無人機的“續航”焦慮是怎么治好的呢?業內人士認為,這是多個方面共同作用的結果,是“多點量變堆疊導致的質變”。

  一、電池漸進提高

純電動的無人機,是怎么慢慢治好續航焦慮的?

  跟多年來都按“摩爾定律”(同樣價格下,性能每隔18至24個月提升一倍)進步的CPU相比,鋰電池的性能幾乎是原地踏步。但是從業者們普遍認為,鋰電池的進步幅度也是不可忽視的。

  一名不愿透露姓名的初創企業研發人員說,以前無人機都是用4.2v的電池,最近幾年動力電池技術突破,普遍使用容量更高的4.35v的高壓電池。

  北航無人系統研究院工程師楊炯也表示,鋰電池沒有本質的變化,但是在穩步提升。正常價格的動力電池,10年前能量密度在150Wh/kg左右,5年前提升到約180Wh/kg,今年則普遍達到200到210Wh/kg甚至更高。這個提升的幅度不快,但是10年也提升了30到40%。

  二、優化能耗下降

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  無人機續航提高,也與螺旋槳、電機、電調等部件的優化有關,一項項的優化,使能量的利用效率更高。

  楊炯說,多旋翼無人機對電機和動力系統特別敏感,這些方面的進步,對續航的提高有很大影響。

  電機的進步是一方面原因。電機的動力越來越強,進而可以驅動更大尺寸的螺旋槳。而多旋翼的動力系統的效率與螺旋槳的尺寸成正比,簡而言之,飛機越輕、螺旋槳越大,氣動的效率就越高。另外,如今電機也選用直徑大、厚度薄的“扁電機”,其扭距大拉力小。這種電機工藝更復雜、但是效率也更高。

  另一位業內人士還提到,現在的無人機動力匹配更好了,電調與FOC(磁場導向控制)技術的匹配也更好了,這都降低了能耗。

  楊炯說,螺旋槳的進步也帶來很大影響。以前的螺旋工藝水平比較差,有塑料的、有碳板層壓出來的實心螺旋槳,完全沒有截面形狀可言,所以效率比較低。而現在設計無人機都會選用高品質的螺旋槳,有精心設計的截面形狀,這對提升效率有重大影響。

  而在此前,大疆曾官方揭秘Mavic 3續航為何能提升到 46 分鐘,其中還提到,外觀設計的改變也提升了氣動效率。據稱,螺旋槳的氣流也會沖擊到無人機上,形成飛行的阻力。而Mavic 3的機臂、機身和云臺外形經過氣動優化設計,使風阻變小,進而將飛行功耗降到最低。

  三、減重每一克

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  幾位從業者也都提到,無人機續航提高,減重是非常重要一方面的原因。那位不愿意透露姓名的從業者說,全世界的航空工程師都像那句名言所說的一樣,“為減輕每一克重量而奮斗”。

  他說,如今的無人機的結構都優化了,比如云臺和相機等都做得更加輕小,所以使用同樣的工程塑料,機身的重量也都變輕了。

  而大疆在官方揭秘中也曾提到,重量是影響續航的重要因素,而Mavic 3機臂采用獨特的碳纖維增強型材料,變輕的同時,強度和剛度反而更高。這使其有了更高強度的機身,且材料重量和占用體積顯著降低,留出了更多空間容納電池、提升容量,從而提高續航。

  總之,這些年來,無人機的電池能量密度提升、動力系統能耗降低、重量下降……單項的進步并不算顛覆性,但在這諸多因素的共同作用下,使得整架無人機的續航有了巨大的飛躍。

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