无人机为什么最爱多旋翼？原来优点这么多
更新时间： 11:40:49 来源：今日头条 字号：
　　以目前常见的电动的固定翼、直升机和多旋翼为例比较：
　　1、在操控性方面，多旋翼的操控是最简单的
　　它不需要跑道便可以垂直起降，起飞后可在空中悬停。它的操控原理简单，操控器四个遥感操作对应飞行器的前后、左右、上下和偏航方向的运动。在自动驾驶仪方面，多旋翼自驾仪控制方法简单，控制器参数调节也很简单。相对而言，学习固定翼和直升机的飞行不是简单的事情。固定翼飞行场地要求开阔，而直升机飞行过程中会产生通道间耦合，自驾仪控制器设计困难，控制器调节也很困难
　　2、在可靠性方面，多旋翼也是表现最出色的
　　若仅考虑机械的可靠性，多旋翼没有活动部件，它的可靠性基本上取决于无刷电机的可靠性，因此可靠性较高。相比较而言，固定翼和直升机有活动的机械连接部件，飞行过程中会产生磨损，导致可靠性下降。而且多旋翼能够悬停，飞行范围受控，相对固定翼更安全
　　3、在勤务性方面，多旋翼的勤务性是最高的
　　因其结构简单，若电机、电子调速器、电池、桨和机架损坏，很容易替换。而固定翼和直升机零件比较多，安装也需要技巧，相对比较麻烦
　　但多旋翼也有其自身的不足，比如在承载性能方面，多旋翼弱于固定翼，并且它的运动和简单结构都依赖于螺旋桨及时的速度改变，以调整力和力矩，该方式不宜推广到更大尺寸的多旋翼：
　　第一，桨叶尺寸越大，越难迅速改变其速度
　　正是因为如此，直升机主要是靠改变桨距而不是速度来改变升力。
　　第二，在大载重下，桨的刚性需要进一步提高
　　螺旋桨的上下振动会导致刚性大的桨很容易折断，这与我们平时来回折铁丝便可将铁丝折断同理。因此，桨叶的柔性是很重要的，它可以减少桨叶来回旋转对桨叶根部的影响。正因为如此，为了减少桨叶的疲劳，直升机采用了一个容许桨叶在旋转过程中上下运动的铰链。如果要提供大载重，多旋翼也需要增加活动部件或加入涵道和整流片。这相当于一个多旋翼含有多个直升机结构。这样多旋翼的可靠性和维护性就会急剧下降，优势也就不那么明显了。当然，另一种增加多旋翼载重能力的可行方案便是增加桨叶数量，增至18个或32个桨。但该方式会极大地降低可靠性、维护性和续航性。种种原因使人们最终选择了小型多旋翼。
　　在续航性能方面，多旋翼的表现也明显弱于固定翼，其能量转换效率低下，目前解决多旋翼的续航问题，主要有四种方式：
　　①新型电池：比如最近风头正热的氢燃料电池，国内外已经有公司进行投入使用，2015年，来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司采用燃料电池的四旋翼进行了2小时12分钟续航飞行。此外，石墨烯、铝空气、纳米点这三项电池技术将成为未来电池世界的三大奇兵。这些新兴材料如果能运用到多旋翼上可以对续航能力有一个大大的提升
　　②混合动力：这个大家了解较多，在此不赘述
　　③地面供电：通过电缆将电能源源不断输送给多旋翼，目前多用在大型集会时候的安防无人机供电需要
　　④无线充电：来自德国柏林的初创公司 SkySense在无人机户外充电方面提供了一种解决方案，他们研发出一块可以为无人机进行无线充电的平板。如果能够缩短充电时间，那么无线充电技术将会极大地帮助多旋翼进行长途飞行
　　对于这三种机型，操控性与飞机结构和飞行原理相关，是很难改变的。在可靠性和勤务性方面，多旋翼始终具备优势。随着电池能量密度的不断提升、材料的轻型化和机载设备的不断小型化，多旋翼的优势将进一步凸显。因此，在大众市场，&刚性&体验最终让人们选择了多旋翼。
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*航校名称：
广州穗联直升机通用航空
中国南方航空西澳飞行学院
亚太通用航空有限公司
南航珠海直升机公司
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河南安阳国家体委航校
中国飞龙专业航空公司
北京华教通用航空公司
上海和利通用航空
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假如想不断推动无人机飞翔功能的开展，电池的体积有必要越来越小，重量有必要越来越轻。当涉及到功率密度时，能够看出我们现已达到了必定的约束。锂聚合物(Li-Po)和锂离子电池(Li-ion)的体积现已变得很小，报价也在人们承受规模以内，这主要是手机职业带动的结果。因此这类的电池被广泛运用，如今能够公平地说，绝大多数（96%）的无人机运用电池作为动力源。
盘点：无人机的九大动力体系
假如仅仅是为无人机体系增加电池数量，这并不能延伸其飞翔时刻以及扩展其负载能力。鉴于特定动力的现状，想实现更高的有效载荷和更长的飞翔时刻需要考虑到一些事情：质量比能（每单位质量所具有的能量）和体积比能（每单位体积所具有的能量）。
仅仅考虑能量源并不是正确的方法，因为全部体系（动力+推动体系）都会影响飞翔的功能。假如推动体系（如涡轮或燃料电池）十分沉重，具有极高能量密度的源（如煤油或H2）并不会起到什么作用。
推动体系的功率要素也有很大的不一样：电池供电体系将73%的能量转化为动力，燃料电池将44%的能量转化为动力，而焚烧发动机仅有39%的能量转化为动力。
另一个影响动力用途的要素是其预期的任务。无人机应该飞翔的时刻更长还是带着更高的负荷？无人机应该在有限的半径内飞翔还是在遥远的云层之上飞翔？这些问题对动力的用途有很大的影响，不一样的操作计划要选择不一样的能量源。
当考虑到推动体系、任务和增加能量密度的需求时，我们要重新回到源。下图显现了双对数尺度上每个源的具体的能量密度：
对，又是电池。电池有很多优势：能够在任何地方充电、在大多数情况下能够没有约束条件地进行运输、没有溢出或发热的情况，通过更换电池块能够很容易地完结能量弥补。
关于无人机来说，Li-Po和Li-Ion是*常见的源，但这并不意味着完毕。锂亚硫酰氯电池（Li-SOCl2）与Li-Po电池相比，每千克的能量密度是Li-Po的2倍多，而锂空气电池（Li-air）每千克的能量密度是其7倍多。而这两种电池却没有得到广泛的运用，归其原因是报价太高。锂硫电池（Li-S）可能会被Li-ion电池接替，因为Li-ion的高能量密度，同时还能够减少硫的运用成本。
二、氢燃料电池
燃料电池有很多优点：没有直接污染、没有声音，这种电池是由十分强大的源H2供给能量。将液态H2与锂离子电池的能量密度相比较，它们之间的系数是150！仅此一点足以使氢燃料无人机推向市场。
燃料电池开发商巴拉德动力体系的子公司Protonex希望使用这些时机。近来，该公司向美国航天巨头波音公司的子公司Insitu供给了他们的质子交流膜（PEM）燃料电池，波音公司生产了军用级和工业级的长航时固定翼无人机，如“Phantom Eye” 和 “ScanEagle”。
FSTD Singapore现已在固体氢的需求动力体系领域获得了打破。机器人技术开发商H3 Dynamics也发布了其手动发射的固定翼无人机“Hywings”，这款无人机能够飞翔10个小时，飞翔规模可达500km。
Horizon Unmanned System公司发布的Hycopter无人机能够在零负载的情况下飞翔4个小时，在负载两磅的情况下飞翔2.5个小时。这款无人机使用其“中空”的构造以氢气代替空气贮存能量，从而消除了动力贮存量。
MicroMulticopter Aero Technology（MMC）公司专门为无人机推出商业化氢燃料电池“H-1燃料电池”。此外，MMC设计和制作了世界上*个氢动力无人机“HyDrone 1550”。
Korean Hylium Industries公司正在开发飞翔时刻可达4小时的无人机；蒙特利尔的EnergyOr“H2Quad-1000”在有效载荷1公斤的情况下能够飞翔2小时。
Intelligent Energy也在销售燃料电池动力无人机被声称：“Intelligent Energy的风冷燃料电池体系在氢气和环境空气的根底上运转，发生清洁直流电源，而电池本身构造简略、重量轻但很坚固，并具有成本效益。这种电池要比电池为根底的体系的能量质量比更高，而且能够在几分钟内充满电。”
Urban Aeronautics的子公司Metro skyways在2017年4月宣告，该公司正在开发一款能够乘坐四人的氢动力垂直起降飞翔车“CityHawk”。
三、汽油、煤油、甲醇、乙醇、液化石油气丙烷
目前有很多老练可用的汽油动力解决计划，其中的一些也具有卓越的飞翔功能。UAV Factory公司的“Penguin C”固定翼无人机在油箱加满时能够飞翔超过20小时，Siebel的“CAMCOPTER S-100”在油箱装满时能够飞翔6个小时.
这种能量源的优势在于高质量比能[Wh/kg]和容积比能的结合[Wh/l]。与Li-Po电池相比，汽油的质量密度是其48倍，而容积密度是其13X倍。此外，内燃机坚固、小巧、重量轻，具有良好的耗油率。
当谈到耐力时，汽油动力无人机的另一个优势是随着时刻的推移，重量的刚强，使渠道更轻，从而增加了飞翔规模。
四、气电混合物
总部位于安大略滑铁卢的Pegasus Aeronautics公司和德国柏林YEAIR公司的商品是气电混合引擎*的例子。两家公司将电动机的快速反应和汽油动力飞翔的优点相结合。社会化媒体
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转藏至我的藏点浅析无人机智能锂电池【钜大锂电】
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特种锂离子电池工程研究院是我司与中南大学、华南理工大学和东莞理工学院联合创办，拥有低温充放电技术、低温高倍率放电技术、锂电池快充技术、防爆技术等成熟特种锂离子电池解决方案，可满足客户特殊环境、特殊性能和特殊用途的需求。
浅析无人机智能锂电池
来源：钜大LARGE &&
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　　从商业格局上讲，无人机智能化，是一个不错的发展方向和存在形式。反过来讲，这种形式也令商业模式更具有赢利潜能。在我们身边，智能锂已随处可见，笔记本电脑、手机，以及众多移动设备，均已采用了智能锂电池。无人机的，也正在向智能锂电池过渡。不过本文，不讲这个发展趋势，我们要讲无人机智能锂电池给用户带来的喜与悲。　　是的，你没看错，&悲&——在一个能令企业获得巨大赢利潜能的模式下，用户要为高昂的制造成本买单，同时还要承担的更多其他隐形成本，例如由于产能不足带来的等候时间。为了讲清楚这个问题，笔者先来和大家分享一下&电池&与&智能&是如何沟兑到一块儿的。　　一、普通电池是如何智能起来的　　电池，大家并不陌生，不管是普通的五号圆柱形电池，还是汽车蓄电池，以及锂电池，不管是采用什么技术、什么材质制造的电池，它的实质仅仅是一个电能的存储介质。电能通过电池的两极来与负载（用电设备）进行能量交换（使用电设备做功）——接上灯泡，它就亮了；接上电机，它就转了；接上收音机，它就响了。一次性电池没电了，设备就需要换上新电池；可充电电池没电了，充好电可继续使用。根据应用的需要，通过串联获得符合要求的工作电压，通过并联获得符合要求的电池容量。　　是的，就是这么简单。这就是笔者要揭示给你的有关电池应用的原生形态！然而，当应用条件日趋复杂化后，这种简单的电池供电形式就不再那么令人感到满意了！可以让电池工作得更靠谱一些吗？　　1.解决过放电问题催生智能电池　　对于非一次性电池，也就是可充电电池，过放电是最令人懊恼的事。过放意味着电池性能的下降，甚至报废。为了避免过放电，人们在电池组里增加了过放电保护电路，当放电电压降到预设电压值时，电池停止向外供电。然而实际的情况还要更复杂一些，比如笔记本电脑、无人机、电动汽车，如果因避免电池过放电而立即停止供电，那么电脑就会立即关机，很多数据来不及保存；无人机，就会从天上直接掉下来；电动汽车就会在毫无征兆的情况下抛锚。因此，智能电池的放电截止只是电池自我保护的最后一道防线，在此之前，管理电路还要计算出末端续航时间，来为用户提供预警，以便用户有足够的时间来采取相应的安全措施。　　对于续航时间的计算，在小电流设备上处理起来要简单得多，例如：笔电本电脑、手机等。但是对于像无人机、电动汽车等，这类工作电流大，电流变化大，工况复杂的系统来说，需要动态计算续航时间，那情况就变得复杂得多了。　　以大疆精灵3为例，它采用的智能锂电池在与飞控数据融合后可实现三级电压预警保护措施。　　第一级：当检测到电量剩余30%时，开始报警，提示用户应该注意剩余电量，提前做好返航准备；第二级：当检测到剩余电量仅够维持返航时，开始自动执行返航；而这个时间点的把握，与飞行距离、高度有关，是智能电池数据与无人机飞控数据融合后实时计算出来的。　　第三级：当检测到剩余电量都不足以维持正常返航时（例如返航途中遇到逆风，则有可能超出预估的返航时间），则执行原地降落，以最大限度避无人机因缺电导致坠毁。　　续航时间的计算结果与飞行距离、飞行高度、当前电机输出功率等因素有关。笔者提醒各位看官，这些因素都是动态变化的，而且变化幅度有可能很大，所有数据都需要实时计算，这对于智能锂电池管理芯片、算法设计都会提出极高的要求。　　2.解决充电和保存问题催生智能电池　　目前锂电池已经大行其道。众所周知，锂电池充电，是有特殊要求的。如果读者感兴趣，可以查阅相关资料，这里不再赘述，当然这只是其一。其二是，目前大量采用了多电芯串并形式，由于电芯个体差异，导致充电和放电不可能做到100%均衡，因此一套完善的充电管理电路就显得尤为必要了。而这，就是智能锂电池要具备的第二项功能——对锂电池组进行完善的充电管理，以及放电管理。　　以大疆精灵3的智能锂电池为例。　　功能之一：该智能锂电池实际上已内置了一个锂电池的专用充电管理电路，并且能够对电芯单体进行电压均衡管理。故而，对于充电器（电源适配器）的要求就并不那么高了，只要提供合适的充电电压和充电电流，就能够对该智能锂电池进行充电。因此精灵3所搭配的所谓充电器，其实质只是一个电源适配器，真正的充电管理电路在电池里面。　　功能之二：该智能锂电池具有自放电功能。当电池电量大于65%无任何操作放置10天后，电池会启动自放电程序，将电量放到65%,以便于锂电池长时间保存。自放电时间间隔还能通过App进行设置。　　3.解决电池电量检测问题催生智能电池　　传统的电池要检测电压，需要额外连接检测装置，比如电压表等等，而且这种检测不能在飞行过程中实时进行。有没有更方便更直观的方式，来让用户知晓电池的实时剩余电量以及其他讯信呢？是的，这就需要电池管理电路来完成了。　　以大疆Inspire1的智能锂电池为例。　　功能之一：检测剩余电量。通过4颗LED灯直观提示用户电池的当前剩余电量，实时显示，在飞行过程中也能显示。　　功能之二：通过数字图传，实时回传电压数据，甚至能够在APP里查看电池组单体的电压。　　功能之三：记录电池历史数据，比如：使用次数，异常次数，电池寿命等。　　功能之四：提示电池异常。能够通过LED灯提示各种电池异常，例如：短路、充电电流过大、电压过高、温度过高、温度过低等。　　4.解决电极触点电腐老化问题催生智能电池　　也许你还有印象，当我们把电池连接到无人机上的那一瞬间，插头冒出火花，并伴随打火的响声。时间一长，插头的连接可靠性就降低了，会导致插头发热，甚至空中熔解。因插头老化问题导致无人机坠毁的案例并不少见。为了解决这个问题，锂电池智能管理电路又要发挥作用了。　　以大疆精灵3的智能锂电池为例。　　当你把该电池安装到飞行器上时，电极触点并不会真正放电，因此不会产生火花，也不会产生电蚀现象，这样一来，接触点的寿命就能获得前所未有的提升。通过点按电池上的轻触开关按钮，电池才会真正进入电力输出状态，当然，关闭电池时，也是通过轻触开关按钮来执行的。　　5.解决电池版（Li）权（Yi）问题催生智能电池　　智能锂电池使电池版权得到了很好的保护，一方面只能使用原厂提供的锂电池，电池品质能够得到比较好的保证，一致性也较好，可靠性理论上也更好；另一方面，我们家的无人机，从此只能用我们自家的锂电池了！别家的，我不给你钥匙，就算你放进来了，也不给你工作。有人也试图破解智能锂电池的加密措施，然而一旦无人机升级了固件，那些被破解的数据有可能失效，造成一大波副（Shan）厂（Zhai）电池不能正常使用。　　以上五点，使电池管理电路（电池智能管理模块）与原生态电池紧密的联系在了一起，变成了我们常见的各种形式的智能锂电池。智能锂电池的优势非常多，但我们在享受这些&智能化&带来的可靠性、易用性的同时，也在为此付出更大的代价。　　二、智能锂电池不得不说的伤痛　　1.智能电池成本大幅度增加　　智能锂电池的核心是管理电路，这部分电路由主板、管理芯片、单片机、MOS管等主要零件构成。这样一个电池管理模块，是以每一个电池组为单位一一对应配套的，也就是说，每一个锂电池组都需要附加上这么一块相同的管理电路。而这些生产成本的增加，无一例外，都需要用户来买单。可能你已经注意到了当前流行的两款无人机的智能锂电池价格并不便宜，因为在它们的智能电池里都有一套独立的充放电管理电路，以及其它附加功能。　　2.智能电池良品率及产能降低　　由于当前并没有专门为无人机而开发锂电池智能管理芯片，因此你很容易想到这些正在使用的管理芯片来源于何处。很显然，这些芯片应付低电流放电完全没有问题，然而众所周知，无人机需要锂电池进行大电流放电。面对使用条件的特殊性，这些智能芯片有可能就会&傻掉&.这种情况往往出现在电芯品质差异较大的情况下，当工作电流发生巨烈变化时（飞行时的突然爬升或降落），电压检测就可能不会那么准确了。为了避免这些情况的发生，在生产过程中就需要花更多的时间来进行检测和挑选。检测所花费的时间会造成产能的下降，而良品率更会影响到最终的产能，不合格的产品加剧了生产成本！笔者再次提醒各位，所有的成本增加，最终都需要由用户买单。　　3.加密的智能锂电池使用户饱受垄断之苦　　众所周知，厂家为了维护自身利益对智能锂电池采取加密手段，使飞行器不兼容其他锂电池。经过精良设计的加密手段，不仅破解难度极高，一旦固件升级，破解就有可能失效。厂家构筑的技术壁垒，使之可以安稳享受技术红利，然而用户却要承担高昂的价格以及面临一货难求的局面。笔者认为，这一情况，会随着整机用户的增加，而越发严重，如果厂家不从根本上改善智能锂电池的产能问题，有可能还会搬起石头砸了自己的脚——电池供应问题严重影响到购买者的积极性！没有消费者愿意接受买来的无人机，其配套的电池既昂贵又难买到！　　三、智能锂电池的终极形态探讨　　笔者认为，当前所见无人机智能锂电池并不是终极形态。当前形态，既不利于促进新生代无人机市场繁荣，又无端增加了消费者的经济负单和采购难度。理想中的无人机智能锂电池，应该进一步简化功能，把那些不需要重复制造的模块从智能电池里移出来放进飞行器或放入充电器，例如：放电管理模块、充电管理模块。此举，不仅能在不改变原有功能的前提下降低生产成本，提高产能，在环保方面也具有重要意义，因为不必重复生产那些本可以不必重复存在的电路（将来的电子垃圾）。　　至于智能锂电池加密，笔者认为可以采取由原始厂家授权，多家认证电池企业协作生产的形式。这样既不影响原始厂家的利益，又增大了产能，扩大了用户的选择余地，电池供应充沛了，整机也将更受欢迎，最终获得更大的市场增长动力，以及带来客户满意度的提升。
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无人机电池：这家公司的锂电池技术准备把无人机送到 2 万米的高空
发布日期：
来源：搜狐
目前，电池领域的创新已经进入了一种挤牙膏的状态，以硅复合材料锂离子电池举例，一般 700Wh/L，300Wh/kg 便已经到顶了，正如 创始人胡启朝所说，&之前比较大的公司每年可以有 5%、7%的进步，但现在已经越来越慢，达到了瓶颈。像三星这样急于冒进，就有可能出安全问题。&然而，电池不仅仅只是电池，它更是电子行业的一个基础，电池瓶颈，已然成了整个电子行业的瓶颈。
如何解决这个问题？显然，已经不能再用以前的锂离子材料，而应该换用新的材料了。于是，胡启朝将眼光投向了锂金属电池上。胡启朝表示，&元素周期表里最轻的金属，用锂金属做电池，可以将电池做到很轻很小且能量密度更大。&据介绍，传统上每克石墨负极仅能存 380mAh 的锂，每克硅与石墨混合负极能够存 700mAh 左右的锂，而每克锂金属负极则能存 3800mAh 的锂，因此，锂金属是锂离子电池最理想的负极材料。
锂金属电池的回归
而实际上，人们很早就意识到了这一点，对于锂金属电池的研究更是最早可以追溯到 1980 年。然而，锂是一种高度活跃的金属，它使用时不太安全，经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况。除此之外，电解液与锂金属的反应还形成不稳定的固体电解质界面层，消耗了电解液与锂，导致很低的效率。同时，为达到可接受的循环寿命（&200），就需要更厚的锂金属负极，会降低能量密度。为此，1991 年，索尼做出了替代锂金属电池的第一代商用锂离子电池，其以石墨为负极材料，锂在锂离子系统中以离子形式存在，而不是金属形式。2007 年，又做出了以硅石墨复合材料为负极的锂离子电池，替代了第一代锂离子电池。
不过，胡启朝告诉动点科技，在人们将注意力转移到锂离子电池的同时，研究人员也并没有放弃对锂金属电池的研究，&2011 年，人们利用固态电解质代替液态电解质从而解决了锂金属电池的安全性问题。&胡启朝如此表示。据了解，固态电解质包括聚合物电解质和陶瓷电解质，非易燃性以及非挥发性使其相比有机碳酸酯液体电解质更加安全。
&然而，固态电池解决了锂电池的安全性问题，但也造成了新问题，或者不能在室温下使用（需要在 80、90 摄氏度以上才能使用），或者就是对生产工艺要求过高，或者只能做微小电池。&&而我们所做的则是首先解决安全性问题，并使用一种新的盐解决室温下的正常使用问题。&胡启朝表示。
SolidEnergy 公司的锂电池使用了薄到可以忽略不计超薄锂金属负极，固体聚合物和离子液体结合的电解液（胡启朝表示在生产质量保证的前提下，即使用明火点也点不着，即使是用很薄的隔膜，电池短路了也不会炸），使得电池能量密度达到了 450Wh/kg 和 1200Wh/L（而第二代硅复合材料锂离子电池一般仅为 700Wh／L、300Wh／kg）， 能量密度比普通电池高近一倍，平均成本（钱除以能量密度）是普通电池的 80%，循环使用寿命更是可达 300 次。
而且值得一提的是，并不像市面上的概念电池，SolidEnergy 的新型电池已经在美国自己的工厂里实现小规模量产了，&我们 2015 年 1 月份便已经将样品寄给电池生产厂家进行检测，到 2016 年 9 月，我们已经可以做到每月 5000 片电池的产量了。&胡启朝告诉动点科技，同时他们还会将新的电池生产技术授权给日韩等老牌电池企业，从而确保自己的轻资产经营优势，利用已建立的生态系统，避免了重资产危机。
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