uavの9つの電力システムを分析します

ドローンが飛行性能を改善し続けるためには、バッテリーをより小さく、より軽くする必要があります。電力密度に関しては、一定の限界に達していることがわかります。 Li-poおよびli-ionバッテリーは、主に携帯電話業界の結果として、小型で手頃な価格になっています。その結果、このようなバッテリーは広く使用されており、今日のドローンの大多数（96％）がバッテリーを電源として使用していると言っても過言ではありません。

ドローンシステムにバッテリーを追加するだけでは、飛行時間やペイロード容量は延長されません。特定のエネルギー源の最新技術を考えると、より高いペイロードとより長い飛行時間を達成するには、質量比エネルギー（単位質量あたりのエネルギー）と体積比エネルギー（単位体積あたりのエネルギー）という多くの考慮事項が必要です。

システム全体（エネルギー+推進システム）が飛行性能に影響を与えるため、エネルギー源について考えるだけでは正しい方法ではありません。タービンや燃料電池などの推進システムが非常に重い場合、灯油やH2などの非常に高いエネルギー密度のソースはほとんど効果がありません。

推進効率の要因も大きく異なります。バッテリー駆動のシステムは、エネルギーの73％を電力に変換し、燃料電池は44％、燃焼機関は39％しか変換しません。

エネルギー使用に影響を与えるもう1つの要因は、期待される使命です。ドローンはより長く飛ぶべきですか、それともより高い負荷を運ぶべきですか？ドローンは限られた半径内または遠くの雲の上を飛ぶべきですか？これらの問題は、エネルギーの使用、さまざまなエネルギー源を選択するためのさまざまな運用スキームに大きな影響を及ぼします。

推進システム、ミッション、およびエネルギー密度を高める必要性を検討するとき、私たちは源に戻ります。次の図は、各ソースの比エネルギー密度を両対数スケールで示しています。

A、バッテリー

はい、また電池です。バッテリーには多くの利点があります。どこでも充電でき、ほとんどの場合制限なしで輸送でき、オーバーフローや熱を発生させることなくバッテリーブロックを交換することで簡単に補充できます。

Li-poとli-ionはドローンの最も一般的な供給源ですが、それは終わりを意味するものではありません。 li-poバッテリーと比較して、li-socl2バッテリーのエネルギー密度は1キログラムあたり2倍以上ですが、li-airバッテリーのエネルギー密度は1キログラムあたり7倍以上です。どちらのバッテリーも、高価すぎることもあり、広く使用されていません。リチウム電池は、エネルギー密度が高く、硫黄のコストが低いため、リチウムイオン電池に置き換えることができます。

水素燃料電池

燃料電池には多くの利点があります。直接的な汚染や音がなく、非常に強力な電源であるH2を動力源としています。液体水素のエネルギー密度をリチウムイオン電池のエネルギー密度と比較すると、それらの間の係数は150です！それだけで水素ドローンを市場に出すのに十分です。

燃料電池開発者のバラードパワーシステムのユニットであるProtonexは、これらの機会を利用したいと考えています。米国の航空宇宙大手ボーイングの一部門であるInsituは、最近、そのプロトン交換膜（PEM）燃料電池を展示しました。ボーイングは、PhantomEyeやScanEagleなどの軍用グレードおよび工業用グレードの長寿命固定翼ドローンを製造しています。

FSTDSingaporeは、固体水素需要電力システムの分野ですでにブレークスルーを達成しています。ロボット工学の開発者であるH3Dynamicsは、手動で発射する固定翼ドローン、Hywingsも発表しました。これは、最大500kmの範囲で最大10時間飛行できます。

HorizonUnmannedSystemによって発売されたHycopterドローンは、無負荷で最大4時間、2ポンドの負荷で2.5時間飛行できます。ドローンは、その「中空」構造を使用してエネルギーを空気ではなく水素として貯蔵することにより、エネルギー貯蔵を排除します。

無人航空機（uav）向けのMicroMulticopterAeroTechnology社（MMC）は、商用水素燃料電池「燃料電池」H-1を発売しました。さらに、MMCは、世界初の水素駆動ドローン「HyDrone1550」を設計および製造しました。

KoreanHyliumIndustries社は、飛行時間を最大4時間の無人航空機（uav）にできるように開発しています。モントリオールのEnergyOrh2quad-1000は、1キログラムのペイロードで2時間飛行できます。

水素と周囲空気に基づくIntelligentEnergyの空冷燃料電池システムは、クリーンな直流電源を生成するために使用されており、バッテリー自体は構造が単純で、軽量で、丈夫で、コストがかかると主張されています。効果的。バッテリーベースのシステムよりもエネルギーと質量の比率が高く、数分で完全に充電できます。

UrbanAeronauticsの子会社であるMetroskywaysは、2017年4月に、最大4人が使用できる水素を動力源とする垂直離着陸機CityHawkを開発していると発表しました。

ガソリン、灯油、メタノール、エタノール、液化石油ガスプロパン

利用可能な成熟したガソリン駆動のソリューションがいくつかあり、そのうちのいくつかは優れた飛行性能を備えています。 UAVFactoryのペンギン株式会社固定翼ドローンは、タンクがいっぱいになると20時間以上飛行でき、SiebelのCAMCOPTERS100はタンクがいっぱいになると6時間飛行できます。

このエネルギー源の利点は、高い質量比エネルギー[Wh / kg]と体積比エネルギー[Wh / l]の組み合わせです。ガソリンは、リポ電池と比較して、質量密度が48倍、体積密度が13倍です。また、内燃機関は、強力、コンパクト、軽量で、燃費も良好です。

耐久性に関して言えば、ガソリン式ドローンのもう1つの利点は、時間の経過とともに、重量が大きくなるとプラットフォームが軽くなり、航続距離が長くなることです。

ガスと電気の混合物

オンタリオ州ウォータールーを拠点とするPegasusAeronauticsとYEAIRBerlinの製品は、ハイブリッドエンジンの代表的な例です。両社は、電気モーターの迅速な応答とガソリン式飛行の利点を組み合わせています。

V.太陽エネルギー

過去数年間で、太陽電池の効率は10％からほぼ46％に増加し、約175W / m2の電力比に達しました。明らかに、これには、マルチロータードローンのように機能できるように、翼の表面全体を広い面積のソーラーパネルで覆う必要があります。

シリコンバレーのハイテク企業も、太陽光発電ドローンの可能性を模索しています。Facebookは、Aquila（高高度、耐久性の高い）太陽光発電ドローンと、現在は機能していないGoogle XのTitanを使用して、ワイヤレスネットワークを世界の遠隔地に持ち込むことを望んでいます。事業。

エアバスのゼファーは、衛星とドローンの間の能力のギャップを埋めるために設計された高高度疑似衛星（HAPS）です。太陽エネルギーを動力源とするゼファーは、高度70,000フィートで天候や民間航空交通の上空を飛行できます。ボーイングのソーラーホークプログラムは2012年にキャンセルされました。

OpenRobotixLabsは、太陽電池式クワッドコプターである火星xsol-e1を開発しています。ある会社のスポークスマンは、飛行時間は多くの要因に依存すると説明しましたが、一般的に、ソーラーアシスト技術を使用すると、15分の飛行を40〜45分に延長できます。

Vi。太陽エネルギー混合物

ソーラーハイブリッド（ソーラー+セル）の耐久性は驚くべきものです。 AltaDevicesとPowerOasisは、ソーラーシステムとリチウムイオンバッテリー駆動システムを統合した世界初の小型ドローンを開発するために協力していることを発表しました。 uavの参照フレームは2〜4メートルで、USES5s〜7sリチウムイオンバッテリーです。ドローンの計画は2017年後半にリリースされます。

セブン、係留

係留システムは小さな半径内で無期限に飛行できるため、監視や偵察に最適です。 MMCのT1係留は、MMCのTDrone1200、DJI Matrice600、DJI S1000、Yuneec TyphoonH、Intel Falcon8 +、Microdronesmd4-1000などのほとんどのドローンをサポートします。 Bluevigil、Elistair、DroneAviationCorp、SPHEngineeringにも同様のプロジェクトがあります。

スーパーキャパシタ

グラファイトの単原子層は、ウルトラキャパシターを新しい高さに引き上げることができますか？ 2015年2月、geはウルトラキャパシターに関する研究を後援しました。内燃機関、燃料電池、バッテリーなどの一次エネルギー源は、低電力の連続エネルギー源としてはうまく機能しますが、放電と再充電が非常に遅いため、ピーク電力やリサイクルエネルギーを効率的に処理しません。スーパーキャパシターは、ピーク電力需要時にエネルギーの迅速なバーストを提供し、次にエネルギーを迅速に貯蔵し、失われる可能性のある残留電力を捕捉することができます。

コンデンサは、バッテリーのエネルギー密度よりもはるかに遅れているように見えるかもしれませんが、アジャイルハイブリッド構成を改善するための優れた手段のようです。

ナイン、レーザー

LaserMotiveは、レーザー受信機を備えたパワービームドローンであるドローンパワーチェーンテクノロジーを開発しました。 2012年、ロッキードマーティンは、LaserMotiveの支援を受けて、レーザー充電システムの上を48時間飛行する「ストーカー」ドローンを発表しました。 「このような地対空システムにより、ストーカーにほぼ無制限の飛行耐久性を提供し、ストーカーが達成できるミッションプロファイルを拡張できます」とストーカーのプロジェクトマネージャーであるトムクーンスは述べています。

ドイツのAscendingTechnologiesとLaserMotiveは、クワッドで12時間飛行した小さなドローンで、2010年にその効率を実証しました。

最後に

すべてのドローン電源には、特定のミッションで独自の利点があります。ハイブリッドソリューション（ソースおよび推進システム）は、クリーンエネルギーへの移行のニーズを満たします。さて、混合物は長所と短所のバランスをとる別個の技術である可能性があるため、両方の長所を組み合わせるのは賢明な選択のように思えます。特に大量生産とインフラストラクチャの将来のコストを削減することになると、自動車などの他の主要セクターを検討することも賢明な動きです。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。