10年大变样!纯电动的无人机,是怎么慢慢治好续航焦虑的?

【环球网无人机频道 记者 赵汗青】手机、笔记本、新能源汽车……各种用锂电池驱动的纯电设备,都绕不开续航问题,电动的无人机更是如此。

与地面上的设备不同,无人机不能靠“堆料”来延长续航,因为单纯加电池会导致重量增加,进而让耗电量大增。例如一型八旋翼无人机,装2组电池与装4组电池,续航是一样的。

但是,最近两年,飞手们普遍感觉到“续航焦虑”不明显了,许多已经不再关心续航。像世面上的主流航拍无人机,最大续航已经从几年前的20分钟出头提高到了30分钟左右,而大疆新一代的Mavic3和Mini3 Pro甚至能飞超过45分钟。这让“老司机”可以一口气拍出更多镜头,也让“萌新”可以慢慢摸索角度,同时也留下了更充裕的备用返航电量。

这也让一起出游的同行者们态度改变。几年前飞无人机时,别人会问“这么快就没电了?再拍下行吗?”而现在,则可能是抱怨——“晒死了,你一定要把它飞没电吗?”

在设施巡检、安防、测绘等行业的运用中,电动无人机续航提高带来的改变更大。以往很多单位不得不采购昂贵的油动无人机,现在用“小四轴”就解决了问题,省钱而且更方便。

那么,电动无人机的“续航”焦虑是怎么治好的呢?业内人士认为,这是多个方面共同作用的结果,是“多点量变堆叠导致的质变”。

一、电池渐进提高

跟多年来都按“摩尔定律”(同样价格下,性能每隔18至24个月提升一倍)进步的CPU相比,锂电池的性能几乎是原地踏步。但是从业者们普遍认为,锂电池的进步幅度也是不可忽视的。

一名不愿透露姓名的初创企业研发人员说,以前无人机都是用4.2v的电池,最近几年动力电池技术突破,普遍使用容量更高的4.35v的高压电池。

北航无人系统研究院工程师杨炯也表示,锂电池没有本质的变化,但是在稳步提升。正常价格的动力电池,10年前能量密度在150Wh/kg左右,5年前提升到约180Wh/kg,今年则普遍达到200到210Wh/kg甚至更高。这个提升的幅度不快,但是10年也提升了30到40%。

二、优化能耗下降

无人机续航提高,也与螺旋桨、电机、电调等部件的优化有关,一项项的优化,使能量的利用效率更高。

杨炯说,多旋翼无人机对电机和动力系统特别敏感,这些方面的进步,对续航的提高有很大影响。

电机的进步是一方面原因。电机的动力越来越强,进而可以驱动更大尺寸的螺旋桨。而多旋翼的动力系统的效率与螺旋桨的尺寸成正比,简而言之,飞机越轻、螺旋桨越大,气动的效率就越高。另外,如今电机也选用直径大、厚度薄的“扁电机”,其扭距大拉力小。这种电机工艺更复杂、但是效率也更高。

另一位业内人士还提到,现在的无人机动力匹配更好了,电调与FOC(磁场导向控制)技术的匹配也更好了,这都降低了能耗。

杨炯说,螺旋桨的进步也带来很大影响。以前的螺旋工艺水平比较差,有塑料的、有碳板层压出来的实心螺旋桨,完全没有截面形状可言,所以效率比较低。而现在设计无人机都会选用高品质的螺旋桨,有精心设计的截面形状,这对提升效率有重大影响。

而在此前,大疆曾官方揭秘Mavic 3续航为何能提升到 46 分钟,其中还提到,外观设计的改变也提升了气动效率。据称,螺旋桨的气流也会冲击到无人机上,形成飞行的阻力。而Mavic 3的机臂、机身和云台外形经过气动优化设计,使风阻变小,进而将飞行功耗降到最低。

三、减重每一克

几位从业者也都提到,无人机续航提高,减重是非常重要一方面的原因。那位不愿意透露姓名的从业者说,全世界的航空工程师都像那句名言所说的一样,“为减轻每一克重量而奋斗”。

他说,如今的无人机的结构都优化了,比如云台和相机等都做得更加轻小,所以使用同样的工程塑料,机身的重量也都变轻了。

而大疆在官方揭秘中也曾提到,重量是影响续航的重要因素,而Mavic 3机臂采用独特的碳纤维增强型材料,变轻的同时,强度和刚度反而更高。这使其有了更高强度的机身,且材料重量和占用体积显著降低,留出了更多空间容纳电池、提升容量,从而提高续航。

总之,这些年来,无人机的电池能量密度提升、动力系统能耗降低、重量下降……单项的进步并不算颠覆性,但在这诸多因素的共同作用下,使得整架无人机的续航有了巨大的飞跃。

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