Майбутнє електричної тяги в БПЛА

Літальні апарати без екіпажу (БПЛА) (також відомі як Uncrewed) з кожним роком стають все більш популярними, а отже, попит на електричні силові установки зростає. Виробникам і розробникам потрібні надійні компоненти, щоб забезпечити належне пересування та мобільність своїх пристроїв у повітрі. 

Крім того, електродвигуни зараз є важливими в промисловості. Безпілотники зі звичайними двигунами або занадто дорогі, або важкі, або і те, і інше, що робить пристрої з живленням від акумулятора нормою, особливо в мікро-, малому та середньому сегментах. Навіть там, де потрібні двигуни внутрішнього згоряння, гібридні варіанти сприяють повсюдному поширенню електроенергії.

Однак останнім часом електричні силові установки зазнали додаткових змін. Виробники творять все більш досконалі системи які пропонують ще більшу ефективність, продуктивність і сталість, що дозволяє більш практичне застосування БПЛА. До них належать точне землеробство, перевірка інфраструктури, пошуково-рятувальні операції та моніторинг навколишнього середовища, і це лише деякі з них.

Як розвивався електричний двигун БПЛА

Багато коментаторів вважають, що електродвигуни — це, по суті, згорнутий мідний дріт, який створює обертальний рух, коли через нього проходить струм. І, звичайно, це правда: саме так працюють системи. 

Однак удосконалення електричних двигунів протягом багатьох років були відчутними. Дизайни не є статичними, а постійно розвиваються, щоб відобразити нові знання та практику. 

Наприклад, перші електродвигуни мали низьку вихідну потужність через матовий дизайн, де вугільні щітки створювали електричний контакт з обертовим комунікатором, дозволяючи струму протікати через обмотки. 

Навпаки, більшість сучасних програм використовують безщіточні електродвигуни з електронними сигналами для керування полярністю магнітного поля. Це усуває потребу у фізичних щітках для передачі струму, що призводить до довговічності пристроїв. 

Попит на електродвигуни також суттєво зріс за останні роки, оскільки застосування легких силових агрегатів зростає. Раніше вас зацікавили розробники моделей залізниці та відділи шкільної електроніки. Проте галузь оборони, логістики, спостереження та комерційних послуг потребує цих двигунів зараз. 

Ключові досягнення в електричних двигунах БЛА

Отже, які досягнення відбуваються прямо зараз і чому вони мають нас хвилювати?

Більш високе співвідношення потужності до ваги

Однією з провідних розробок є постійне покращення співвідношення потужності до ваги. Електродвигуни стають дедалі потужнішими, їх легше піднімати над землею. 

Наприклад, безщітковий двигун Sparrow Series APM30 Kv300, доступний на ePropelled, може виробляти понад 380 Вт потужності, але важить лише 125 г, приблизно стільки ж, скільки велика сумка Doritos. 

Крім того, він невеликий, його діаметр становить лише 41,8 мм, а тяга становить 2,2 кг завдяки використанню високоефективних матеріалів. 

Основні компоненти та конструкція подібні до попередніх ітерацій, наприклад магніти, обмотки та підшипники, але пристрій виготовлено з вищою якістю. Таким чином, він служить довше, що робить його більш придатним для промислового застосування. 

Краще охолодження та керування температурою

Електродвигуни також виграють від чудового охолодження та керування температурою. Виробники впроваджують передові матеріали з підтвердженою репутацією в цих програмах. 

Наприклад, безщітковий двигун Sparrow Series APM80 Kv230 має постійні магніти та підшипники для більш тривалого терміну служби. Ця міцна конструкція дозволяє йому працювати протягом тривалого часу в суворих умовах, зберігаючи довгострокову продуктивність. 

Ці зміни відбуваються швидше, ніж гадали багато галузевих коментаторів. Електричні силові установки стають джерелом прогресу в матеріалознавстві та експериментів. 

Оптимізована ефективність

Виробники також вирішують питання ефективності електродвигунів. Інженери переосмислюють конструкції з перших принципів, запитуючи, чи фундаментальні зміни можуть дати кращі пристрої. 

Одним із підходів було вдосконалення конфігурації магнітного полюса. Виробники шукають способи збільшити кількість полюсів (щоб зменшити засмічення) і використовувати масиви Halbach, які підсилюють сусіднє магнітне поле з одного боку, скасовуючи іншу. 

Оптимізація щілинно-полюсного співвідношення статора є частиною цього процесу. Інженери вважають, що вдосконалення цих механізмів може підвищити ефективність за рахунок зменшення коливань крутного моменту. 

Нарешті, динамічне балансування відіграє роль в оптимізації ефективності. Ці системи дозволяють безпілотникам зберігати тягу навіть при зміні напрямку без значних втрат енергії. 

Чудове керування батареєю

Електричні силові установки БПЛА також стають свідками вдосконалення управління батареями. Інженери досліджують спеціальні методи підвищення ефективності, одночасно зменшуючи витрати тепла. 

Вивчаються батареї з більшою щільністю енергії (наприклад, літій-сірчані та твердотільні). Теоретично вони можуть перевищувати щільність енергії звичайних літій-іонних, відкриваючи нові рівні ефективності. 

Однак сам мотор теж зазнає модернізації. Наприклад, у багатьох зараз є інтелектуальні системи керування батареями, які оптимізують розподіл електроенергії між обмотками. 

Деякі також мають адаптивні системи розподілу потужності, що дозволяють змінювати в реальному часі енергію, що надходить до двигуна, залежно від динаміки польоту. Компанії досліджують інтелектуальні системи, щоб зменшити споживання електроенергії, коли це не потрібно під час польоту. 

Також тестується регенеративний спуск. Ці системи дозволяють електричним двигунам заряджати свої батареї, коли БПЛА або дрон втрачає висоту. 

Покращена довговічність

Нарешті, ми бачимо, як інженери розробляють електричні силові установки та віддають перевагу підвищенню довговічності. Нові матеріали та концепції виходять на ринок, що дозволяє БПЛА витримувати суворі умови. 

Наприклад, двигуни Sparrow оснащені двигунами з захистом від проникнення (IP), які стійкі до пилу, води та інших вторгнень, що забезпечує довшу службу пристроїв. Навіть сувора погода та запиленість не впливають на роботу. 

Переваги сучасних електричних рухових систем БПЛА

Переваги використання сучасних електричних силових установок БПЛА значні. Ці пристрої набагато потужніші та потужніші, ніж їхні аналоги лише кілька років тому. Ось три основні переваги: 

Більший час польоту. Більш легкі двигуни означають, що БПЛА можуть залишатися в повітрі довше. Ці триваліші терміни експлуатації відкривають нові можливості для операторів БПЛА. Вони означають, що БПЛА можуть витрачати більше часу на огляд і спостереження та менше часу на перезарядку. 

• Зменшення шуму. Сучасні вдосконалені безщіточні агрегати тихі, дозволяючи більшій частині енергії батареї йти на корисну роботу (тобто підтримання корабля в повітрі). 

• Економічність. Завдяки ефективному електродвигуну, як у Sparrow, літаючі дрони здешевлюються. Вони просто не вимагають так багато зарядки. 

Крім того, нові електродвигуни мають менший викид вуглекислого газу. 

Майбутнє електричних рухових систем БПЛА

Майбутнє електричних двигунів БПЛА виглядає ще більш захоплюючим. Незважаючи на те, що поточні події вражають, вони бліднуть у порівнянні з тим, що могло б виникнути.

Передові акумуляторні технології

Сучасна технологія акумуляторів є одним із захоплюючих досліджень. Виконання цих правил може призвести до значного покращення часу польоту. 

Твердотільні батареї зараз, мабуть, найперспективніші. Вони легші та безпечніші, ніж звичайні літій-іонні, і здатні працювати при вищих температурах. 

Літій-сірка (Li-S) є ще більш перспективною. Ці батареї мають у п’ять разів більшу щільність енергії, ніж літій-іонні, що революціонізує витривалість БПЛА. Сірка у великій кількості міститься в земній корі, що робить її ідеальним матеріалом, якщо дослідники зможуть вдосконалити технологію. 

Водневі паливні елементи є можливістю, пропонуючи довший час польоту порівняно з батареями (тримають БПЛА в повітрі годинами), а не хвилинами. Однак вони можуть збільшити вагу системи, зменшивши її корисність і практичність. 

Двигуни з осьовим потоком

Іншим напрямком досліджень є двигуни з аксіальним потоком. Вони високоефективні та потужні, пропонують великий крутний момент у компактній конструкції. 

Метою цих двигунів є звільнення місця на БПЛА для перевезення більшого корисного вантажу. Чим менше місця займають двигуни, тим більше є для роботи. 

Обмотки вуглецевих нанотрубок

У майбутньому промисловість також може стати свідком розвитку обмоток з вуглецевих нанотрубок. Вони виготовляються шляхом загортання листів графену в трубки на молекулярному рівні, що забезпечує чудовий дизайн. 

Обмотки вуглецевих нанотрубок захоплюють, оскільки вони легші та більш провідні, ніж звичайна мідь. Отже, вони можуть запропонувати краще співвідношення потужності та ваги, ніж існуючі системи, використовуючи при цьому дешевий і поширений матеріал (вуглець). Додавання їх до електродвигунів може ще більше покращити їхні магнітні поля, дозволяючи їм працювати з меншим енергоспоживанням. 

Надпровідні двигуни

Іншою можливістю є надпровідні двигуни. Вони використовуватимуть спеціальні матеріали та магніти для подальшого зменшення тертя та підвищення ефективності. 

Фізики давно знають про надпровідність, але досягти її за кімнатної температури було складно. Однак спеціальні матеріали можуть перетворювати майже 100% вхідної електричної енергії в механічну силу, зменшуючи непотрібне навантаження на акумулятор, якщо вчені зможуть виявити їх і виробляти в масштабі. 

Системи, керовані ШІ

Моторні системи, керовані ШІ, також можливі. Ймовірно, вони будуть побудовані на основі існуючих адаптивних чіпів керування живленням, додаючи до суміші додатковий рівень машинного навчання. Цей підвищений інтелект, ймовірно, призведе до кращих загальних рішень щодо керування живленням, що принесе користь як пристрої, так і власнику. 

Бездротова передача енергії

Нарешті, можна використовувати мікрохвильові або лазерні методи заряджання під час польоту для живлення БПЛА. Ці системи можуть утримувати дрони в повітрі довше, дозволяючи їм виконувати важливу роботу перед поверненням на базу. 

Така безперервна робота без приземлення корисна для військових застосувань спостереження. Бездротова передача енергії дасть більше часу оперативникам для виконання своєї роботи. 

Спостереження також може відбуватися безперервно без посадки, зменшуючи вимоги до складного обертання БПЛА. Кожен підрозділ мав би свій «діапазон», де він міг контролювати ситуацію та звітувати на базу. Дослідження в цій галузі тривають, але також необхідні подальші дослідження безпеки.

Зрештою, майбутнє електричних двигунів захоплююче, і ePropelled буде на передовій. Наші системи мають міцну та легку конструкцію, щоб довше залишати корабель у повітрі, а наше прагнення до інновацій гарантує, що ми створимо перспективні технології в динамічній та важливій галузі дронів.