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設(shè)備與工具二、電動(dòng)無人機(jī)
正如電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，電動(dòng)無人機(jī)頭頂節(jié)能環(huán)保、小巧輕便的光環(huán)橫空出世。由于傳統(tǒng)的電機(jī)采用的是電池供電，動(dòng)力不夠強(qiáng)勁，一般被用在小型、微型無人機(jī)上。備受關(guān)注的無人機(jī)品牌，諸如大疆創(chuàng)新、零度智控、億航等都采用的是電動(dòng)無人機(jī)系統(tǒng)。楊銘表示，隨著起飛重量逐步降低，電動(dòng)系統(tǒng)在無人機(jī)的占有率逐漸攀升。在7kg以下的小型無人機(jī)領(lǐng)域，90%采用的都是電動(dòng)系統(tǒng)。
電動(dòng)系統(tǒng)主要包含電機(jī)、電調(diào)、螺旋槳以及電池。無人機(jī)電機(jī)可分為有刷和無刷兩種，市面上主要以無刷電機(jī)為主，一頭固定在機(jī)架力臂的電機(jī)座，一頭固定螺旋槳，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向下的推力。不同大小、負(fù)載的機(jī)架，需要配合不同規(guī)格、功率的電機(jī)，但并不代表電機(jī)越大越好，效率才是王道。
據(jù)悉，電池依然是小型、微型無人機(jī)最常用也是最現(xiàn)實(shí)的動(dòng)力源，在鎳鎘電池、鎳鋅電池、鋰電池、固態(tài)氧化物燃料電池中，要屬鋰離子聚合物電池的應(yīng)用范圍更為普遍，但它每次充電只能達(dá)到40分鐘的續(xù)航時(shí)間。鋰離子聚合物電池不能充分滿足無人機(jī)對(duì)持久動(dòng)力的需要，高能電池的需求迫在眉睫，因此，新能源動(dòng)力系統(tǒng)問世。
徐鵬認(rèn)為，電動(dòng)無人機(jī)使用的是清潔能源，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，事故率低，但他更看好燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，只是以此動(dòng)力的無人機(jī)尚未發(fā)展成熟。縱觀全球，許多國家都在積極致力于燃料電池?zé)o人機(jī)的研發(fā)，他相信，未來一年內(nèi)，以氫氣為動(dòng)力的無人機(jī)產(chǎn)品將有望從實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品變成工業(yè)化成熟產(chǎn)品。
三、固態(tài)氧化物燃料無人機(jī)
2012年，由同濟(jì)大學(xué)十余名研究生、本科生于參與的“飛躍一號(hào)”，翼展5米，起飛重量20公斤，有效載荷1公斤，巡航速度為30公里每小時(shí)，采用的正是一個(gè)1千瓦的質(zhì)子交換膜燃料電池作為動(dòng)力。
甚至，核動(dòng)力也一度成為無人機(jī)的發(fā)展方向。2012年，美國科學(xué)家開始研發(fā)核動(dòng)力的無人機(jī)，但具體進(jìn)展并未向外界透露。
2014年，波音公司及其合作伙伴研制的續(xù)航時(shí)間可達(dá)10天的高空長航時(shí)無人機(jī)(HALEUAV) ，正是采用了氫燃料，實(shí)際上，無人機(jī)還可充入普通空氣或氦氣作為動(dòng)力源。
2015年，一家名為HUS的無人機(jī)研發(fā)公司推出了使用氫動(dòng)力的新一代無人機(jī)，標(biāo)志著以固態(tài)氧化物燃料電池為動(dòng)力源的民用無人機(jī)時(shí)代已經(jīng)到來。
四、太陽能無人機(jī)
與此同時(shí)，太陽能無人機(jī)也取得了突破性進(jìn)展。2007年，由英國防務(wù)公司吉內(nèi)蒂克(Qinetiq)研制的西風(fēng)號(hào)太陽能無人機(jī)已取得14天飛行航時(shí)記錄。如今，空客防務(wù)與空間公司正與之合作，聯(lián)合開展對(duì)西風(fēng)號(hào)太陽能無人機(jī)的改造工作。
2015年，谷歌公司開展的 “泰坦”無人機(jī)項(xiàng)目測(cè)試失敗，一架大型太陽能無人機(jī)Solara 50在新墨西哥州墜毀，盡管如此，谷歌依舊期望通過使用太陽能驅(qū)動(dòng)無人機(jī)為偏遠(yuǎn)地區(qū)居民提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。此前，北京普洛特飛行器科技有限公司總裁李強(qiáng)也曾在接受3sNews采訪時(shí)表示，正與其它客戶合作研發(fā)太陽能無人機(jī)。
其實(shí)，太陽能無人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)有兩種：一是要有效地將太陽能收集起來，并高效地轉(zhuǎn)換為電能；二是解決夜間和太陽光微弱時(shí)的能源供應(yīng)。它主要在20～30km高空飛行，仍然是大氣層內(nèi)飛行。陽光雖然比地表強(qiáng)烈得多，但仍然受到大氣影響，比外層空間弱得多。由于從地面起飛，陽光受到大氣層的影響更大。要想在這種條件下收集太陽能，必須要有高效的太陽能電池，此后，將太陽能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，一般采用的是無刷電動(dòng)機(jī)。
應(yīng)用范圍：覆蓋民用領(lǐng)域的方方面面，諸如其中，太陽能無人機(jī)主要應(yīng)用于資源勘察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通監(jiān)管、通信平臺(tái)、國界巡邏等多個(gè)領(lǐng)域。
趨勢(shì)：以太陽能、氫氣等新能源為動(dòng)力源的無人機(jī)將會(huì)層出不窮，續(xù)航時(shí)間將大大延長，穩(wěn)定性也將逐步提升。
優(yōu)點(diǎn)：
1.安全，可靠性高，震動(dòng)小；
2.使用維護(hù)簡單，輕便靈活；
3.使用成本低；
4.高原性能優(yōu)越；
5.清潔能源。
缺點(diǎn)：
1.續(xù)航能力弱(針對(duì)當(dāng)前普遍采用的鋰電池?zé)o人機(jī))；
2.載重重量少；
3.高空低溫的條件下有時(shí)不能正常工作，還有高空結(jié)冰等問題(針對(duì)太陽能無人機(jī))。
五、混合動(dòng)力無人機(jī)
混合動(dòng)力無人機(jī)，是一種新型雙動(dòng)力無人機(jī)。其動(dòng)力系統(tǒng)由電驅(qū)動(dòng)和常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)良好的起飛、爬升性能和靜音、超長航時(shí)的結(jié)合。其動(dòng)力系統(tǒng)由電驅(qū)動(dòng)(太陽能或蓄電池)和常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)(噴氣或螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī))兩種動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)良好的起飛、爬升性能和靜音、超長航時(shí)的結(jié)合。
徐鵬表示，起飛降落的時(shí)候，宜采用油動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，飛行過程中，能源消耗需求不大，宜采用電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。混合動(dòng)力系統(tǒng)能夠克服單一動(dòng)力系統(tǒng)的缺陷，融合了二者的優(yōu)勢(shì)，取長補(bǔ)短，將是未來無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。
混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理是：由汽油發(fā)電機(jī)為電池充電、電池再發(fā)動(dòng)電力引擎。動(dòng)力可來自電池、汽油發(fā)電機(jī)、或者由兩者同時(shí)提供，比單一的汽油引擎更小型、更高效。但它不像混合動(dòng)力汽車一樣，能從剎車中收集能量。
2010年，由臺(tái)灣成功大學(xué)航天工程學(xué)系賴維祥教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“灰面鷲號(hào)”，就采用了1千瓦燃料電池與5400mAh鋰電池混合動(dòng)力，試飛成功。2015年3月，Draper實(shí)驗(yàn)室和MIT的研究人員成立的Top Flight公司研制出了一種混合動(dòng)力無人機(jī)，可以飛行兩個(gè)半小時(shí)、約160公里的距離，最高負(fù)重達(dá)20磅其飛行時(shí)間是無線電控制、汽油發(fā)動(dòng)的小型直升機(jī)的兩倍，比目前市場(chǎng)上最流行的四旋翼無人機(jī)多出數(shù)倍。
應(yīng)用范圍：軍事上可用于邊界巡邏和國內(nèi)安全警戒、搜索救援、可見光/熱輻射偵察和前沿空中控制等場(chǎng)合，其潛在民用領(lǐng)域則包括災(zāi)害監(jiān)測(cè)、自然資源勘探、空中執(zhí)法、運(yùn)輸管道和電力線路巡視、廣域氣候監(jiān)控、空中攝像、通信和數(shù)據(jù)中繼。
趨勢(shì)：作為動(dòng)力系統(tǒng)的集大成者，未來終將無人機(jī)市場(chǎng)的占據(jù)大半壁江山。
優(yōu)點(diǎn)：
1.電機(jī)更為小型化
2.效率高
3.航時(shí)長
4.起飛便捷
5.爬升性能強(qiáng)
缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，尚未投入大規(guī)模使用，但未來終將無人機(jī)市場(chǎng)的占據(jù)大半壁江山。
結(jié)語
一如汽車的發(fā)展史，無人機(jī)也在時(shí)間的車輪下滾滾前進(jìn)，不斷發(fā)展演變。據(jù)說，林林總總的無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，都能歸入到這三大類之中。
發(fā)稿之前，筆者忽然腦洞大開，想到這世上會(huì)不會(huì)存在其他的無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)——空氣動(dòng)力無人機(jī)，說白了，就是無動(dòng)力無人機(jī)。但是，卻有幸被專家告知，無人機(jī)是要用來操作，以實(shí)現(xiàn)某種目的的飛行器，不是毫無目的漂浮的氣球?？v然，這世上沒有永動(dòng)機(jī)，但真的沒有能夠無需借助動(dòng)力系統(tǒng)，漂浮在空中，又能受人指揮的無人機(jī)嗎？我們還是保留一絲想象吧……
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