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無(wú)人機(jī)整機(jī)
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現(xiàn)在市面上的多旋翼無(wú)人機(jī)大多使用鋰電池作為能源，在生活中，人們常用的手機(jī)電池就屬于鋰電池，因此它采購(gòu)方便，工藝成熟，就連某知名消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)也在使用智能鋰電池組。鋰電池組是由多個(gè)電芯串并聯(lián)而成，電芯的形狀就像一顆一顆的電池。但由于個(gè)體差異，這些電芯無(wú)法做到100%均衡的充放電，而且大功率電池的充電時(shí)間也比較長(zhǎng)。然而最讓人“捉急”的莫過(guò)于鋰電池的續(xù)航時(shí)間了，300克重量的鋰電池理論上只能讓500克重的無(wú)人機(jī)飛行17分鐘，這也是大多數(shù)無(wú)人機(jī)只能走到消費(fèi)級(jí)而無(wú)法再向更高層級(jí)，如工業(yè)級(jí)、軍用級(jí)邁進(jìn)的主要原因之一。
想要突破航程上的瓶頸，就只有從兩個(gè)方面入手，一是改變能源，二是減輕自身重量。采用燃油作為能源的無(wú)人飛行器一直是軍方的選擇，但一方面這類(lèi)飛行器造價(jià)昂貴且多為固定翼，使用時(shí)有場(chǎng)地限制而不夠靈活，另一方面使用燃油也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。在鋰電池技術(shù)早已成熟而無(wú)法有更大突破的今天，唯有從電能入手，選擇其他材質(zhì)的電池，才能既打破無(wú)人機(jī)航程的瓶頸，又能做到綠色環(huán)保。那么，燃料電池就是一種不錯(cuò)的選擇。
其實(shí)，在多旋翼無(wú)人機(jī)之外的其他應(yīng)用領(lǐng)域，燃料電池也已經(jīng)開(kāi)始大顯身手了，例如軍事領(lǐng)域。早期的常規(guī)潛艇使用柴電混合動(dòng)力，在水面依靠柴油機(jī)組提供動(dòng)力，并給蓄電池充電，到水下則依靠蓄電池航行。由于柴油機(jī)組嚴(yán)重依賴(lài)氧氣，所以必須頻繁浮出水面才能給蓄電池充電，也由此而增加了暴露的幾率。不過(guò)，德國(guó)研發(fā)的燃料電池則很好的解決了這一問(wèn)題，潛艇在水下的滯留時(shí)間能達(dá)到兩周以上。
目前在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域使用的燃料電池多以氫燃料為主。在早期的研究中，氫燃料電池并不被看好，研究中也出現(xiàn)過(guò)穩(wěn)定性差，易燃易爆等問(wèn)題。但經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，已經(jīng)有了完整的安全解決方案，并且氫氣很輕，逃逸速度極快，在非密閉空間內(nèi)，就算產(chǎn)生明火也不會(huì)引起爆炸，而且與汽油等不同，氫氣燃燒是向上的，沒(méi)有橫向延展的危險(xiǎn)。目前，氫燃料電池已經(jīng)能在極其穩(wěn)定的情況下為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力：今年2月份，蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會(huì)在蘇格蘭機(jī)場(chǎng)就成功進(jìn)行了第一架使用固態(tài)氫動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)人機(jī)的飛行測(cè)試，起飛10分鐘運(yùn)行200英尺，并平穩(wěn)著陸;另一家新加坡的氫燃料電池?zé)o人機(jī)可空載飛行4小時(shí)，1Kg滿載下還能支撐150分鐘。由此可見(jiàn)，氫燃料電池的續(xù)航已優(yōu)于鋰電池。
而如果要減輕無(wú)人機(jī)重量，則必須從材料入手。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)大量使用塑料和金屬部件，無(wú)人機(jī)產(chǎn)品僅能夠保證“飛”這一單一功能，如果想要非得更高、更遠(yuǎn)、更平穩(wěn)，就必須和航空業(yè)接軌，采用碳纖維航空材料。早在上世紀(jì)80年代，隨著高性能碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)和預(yù)浸料-熱壓罐整體成型工藝的成熟，航空業(yè)已經(jīng)大規(guī)模采用碳纖維材料并將其適用于受力大，尺寸大的主承力結(jié)構(gòu)零件中。相較于傳統(tǒng)的鋁合金材料，碳纖維在重量上要輕2/3，制造工藝也更為簡(jiǎn)潔，在不降低自身強(qiáng)度的同時(shí)，有效的減輕了重量。
相比消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)必須勝任在不同工作環(huán)境下的不同任務(wù)需求，因此對(duì)于機(jī)身材質(zhì)的要求也遠(yuǎn)非普通的塑料和鋁合金就能滿足，采用碳纖維材料不僅有效減輕重量，提高航程，更可以在不增加原有電機(jī)功率的情況下提高無(wú)人機(jī)載重能力。
而如果燃料電池和高強(qiáng)度碳纖維材料相結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生怎樣奇妙的結(jié)果？4月10日，環(huán)球網(wǎng)無(wú)人機(jī)頻道將揭曉科比特的最終答案。
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