從無人機的動力來源、飛行方式看對續航的影響

影動航空 發佈 2020-01-19T16:39:47+00:00

很久沒更新,今天和大家聊一下無人機的續航問題。注意,只談續航,並不是談拉距。外場飛行遇到最多的小白三連「多高多遠多少錢」中,就牽扯到了續航問題。對於行業應用無人機中,最常見的機型就是固定翼無人機、直升機和多旋翼無人機。固定翼無人機多用於長距離巡線、長距離測繪。

很久沒更新,今天和大家聊一下無人機的續航問題。注意,只談續航,並不是談拉距。

外場飛行遇到最多的小白三連「多高多遠多少錢」中,就牽扯到了續航問題。對於行業應用無人機中,最常見的機型就是固定翼無人機、直升機和多旋翼無人機。固定翼無人機多用於長距離巡線、長距離測繪。多旋翼無人機和直升機則多用於航拍、植保。




一、首先我們看一下無人機主要的動力來源

(一)燃油動力

固定翼、直升機多採用這種動力來源。這種動力的主要優勢在於隨著能量的消耗,自身重量會慢慢減輕。所以一般燃油動力機型比其他機型都有更高的續航能力。


燃油動力有普通燃油發動機和渦噴發動機。渦噴發動機一般配備矢量噴口,可以調整噴射角度,動力足,但是效率不高,適合大機動飛行,但是續航不是強項。



(二)電池供電

電池供電的種類也不少,比如18650電池和聚合物鋰電池。18650電池在少部分固定翼無人機中會使用,主要缺點是放電能力差,大電流放電時壓降比較厲害。

對於一些放電要求不高的機型還是可以使用的,比如大疆新出的御mini無人機,採用的就是兩節18650電池組成的電池組,由於機身輕,放電要求不高,還可以勉強使用。放電較多的機型一般使用聚合物鋰電池。




鋰電池的標稱電壓為3.7v,充滿的情況下為4.2V,高壓鋰電池的標稱電壓是3.8V,充電截止電壓是4.35V,理論上認為電壓到3.0v的時候,電池就已經沒電了。真正使用中一般會將報警電壓設置到3.5v。

二、飛行方式對於續航時間的影響

(一)固定翼飛行器的飛行方式

固定翼飛行器的動力輸出主要負責一個向前的拉力,升力由機翼切割空氣產生。這樣就使得它只需要一個很低的動力輸出就可以帶動整個機身的飛行。



固定翼機型最低可使用0.3的推重比(推力和重量的比值)就可以維持正常的飛行狀態。所以固定翼機型的續航時間普遍要高於其他機型。

但是固定翼飛機對場地需求比較高,特別是大型固定翼航測機,起飛多使用彈射起飛,如果沒有合適的跑道則需要傘降,極少數軍用機會採用網降。而且固定翼的飛行方式也決定了它只能一直運動,不能隨時懸停對某點進行懸停觀測。


(二)直升機、多旋翼飛行器的飛行方式

直升機和多旋翼飛行器首先需要與動力相等的拉力,才能保持無人機懸停。而飛行器的前後左右飛行動作,則需要調整飛行器的拉力角度,分出一個分力,為無人機的水平方向移動提供動力。


所以這些機型的飛行時間要短於其他機型,但是多旋翼和直升機有固定翼飛行所不能比擬的懸停優勢,可以定點進行觀測和拍攝。在起飛場地的需求上也要遠遠低於固定翼的需求,例如不需要長距離跑道等等。

(三)混合飛行方式

最近兩三年,垂起固定翼漸漸興起,結合了上述兩種飛行的優勢。垂起固定翼起飛是使用多旋翼無人機的飛行模式,通過飛控控制四個螺旋槳垂直起飛。在達到空中指定高度後,動力從垂直工作的螺旋槳切換至固定翼水平動力螺旋槳,通過固定翼的飛行方式進行作業。這樣既解決了起飛降落的場地需求問題,也解決了續航問題。



現在飛行最久的多旋翼和直升機續航時間在一小時左右徘徊,固定翼無人機可以達到2-3小時的續航時間,推重比小和飛行中燃料的消耗是決定性因素。


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