EN
Pikkmaaajaga dronibaterid: tuua välja tuumenergia efektiivseks lendamiseks
Lennuaeg on üks olulisemaid droni jõudluse näitajaid – kas õhufotograafia, mõõdistamine, põllumajandus, kontroll, logistika või rekreeruv lennundus. Kauem kestev dronibateri võimaldab dronil pikemat aega õhus viibida, parandab ülesannete efektiivsust, vähendab naaskeste arvu, suurendab ohutust ning võimaldab dronil keerukamaid ülesandeid täita. Professionaalsete pilootide jaoks tähendab pikendatud aku tööaeg kõrgemat operatiivtõhusust, stabiilsemat andmete kogumist ja usaldusväärsemat lennukäitumist. Pideva aku-tehnoloogia arenguga on muutunud eriti oluliseks mõista, "millisel dronibateril on kõige pikem vastupidavus".
I. Dronibaterid: tuumtoe tagamine lenduenergiaks
Drone'i aku on laaditav energiasüsteem, mis toidab drone'i mootoreid, lennujuhtimissüsteemi, andureid ja kõiki pardal olevaid elektroonilisi seadmeid. See peab omama kõrget energiatihedust, stabiilset pinge väljundit ja ohutuid lahtilaadimisvõimalusi, et tagada stabiilne lend. Hetkel on enamikul peamistel drone'ide akudel liitiumipõhine koostis, mis hõlmab peamiselt kolme tüüpi: polümeer-liitiumakud (LiPo) erinevad kõrge väljaladumisvooluga (C-hinnang), kerge kaaluga ja tugeva võimsuse andmise võimekusega, mistõttu on nad peamiseks valikuks võidusõidudroonide, FPV-süsteemide ja kõrge jõudlusega mitmepalaliste drone'ide puhul; liitiumioonakud (Li-ion) omavad kõrgemat energiatihedust ja sobivad pikkmaa-lendude, lennuki- või fikseeritud tiibade drone'ide ja pikkude missioonide jaoks; liitiumraudfosfaat-akud (LiFePO4) on stabiilsemad, ohutumad ja omavad pikemat tsükkel-eluiga, kuid nende energiatihedus on madalam ning neid kasutatakse peamiselt tööstusliku klassi või eriliste drone'ide puhul.
Akust koosnevad mitu "rakku". Üksiku liitiumioonraku niminaalpinge on 3,6–3,7 V ja liitiumpolümeeraku oma 3,7 V. Pardiaku ühendatakse tavaliselt jadamisi (S) või rööbiti (P), näiteks 3S, 4S, 6S või 12S, et täita vajalikke võimsusnõudeid. Kvaliteetne pardiaku peab saavutama tasakaalu pinge-, tühjendusmahukuse, kaalu-mahukuse suhte, soojusliku stabiilsuse ja tsükkelguruse vahel. Need tegurid määravad koos, kui kaua pardilennuk suudab lennata ning kas selle lendamise jõudlus on stabiilne.
II. Pardiaquad tüübid, millega saavutatakse kõige pikem lendamisaeg
Kõige pikema tööiga dronide akud on tavaliselt kõrge mahutavuse ja kõrge energiatihedusega liitiumioonakupakid, mis on loodud pikaajaliste missioonide jaoks. Nende akude põhiline omadus on nende keskendumine „energiamahtuvusele“ pigem kui „koheks laadimisvõimsuseks“, võimaldades drone’idel lennata pidevalt 1–3 tundi. Praegu on kõige pikema lennuaega andvate akutüüpide hulgas peamiselt: kõrge energiatihedusega 18650/21700 liitiumioonakupakid, mille energiatihedus jõuab 300–350 Wh/kg, mida kasutatakse sageli pika tööiga kaardistusdrone’ides, fikseeritud tiibade või VTOL (vertikaalse stardiga ja maandumisega) drone’ides; hübriid Li-ioon/LiPo moodulakud, mis pakuvad tasakaalu kaalu ja väljalülitamise jõudluse vahel; ning järgmise põlvkonna ultra-kõrge mahutavusega liitiumioonakusüsteemid (paaris efektiivsete toitepuudega), mis suudavad saavutada seni rekordilisi mitme tunni pikkusi lendusid. Tuleb märkida, et kuigi LiPo-akud on võimsad, kasutatakse neid peamiselt kõrge voolu väljundiks ja need ei ole optimaalseim valik kõige pikema lennuaja saavutamiseks. Kokkuvõttes on kõige pikema tööiga dronide akud kõrge energiatihedusega liitiumioonakud.
III. Uurimisakude "kahekordne eluiga": üksiku lendamise aeg ja tsüklikestus
Uurimisaku eluiga jaguneb kaheks osaks: üksiklendamise aeg (kui kaua see suudab ühe laadimisega lennata) ja tsükliiga (mitu korda seda saab laadida ja tühjendada). Tüüpilised üksiklendamise ajad on järgmised: mänguasjuuurid 5–10 minutit, tarbijate taseme õhufotograafiauurid 20–40 minutit, professionaalsed kaardistusuurid 45–60 minutit, püsitiibade vastupidavusuurid 90–180 minutit ning hübridsüsteemid (gaasi-elektri hübrid) saavutavad 2–5 tundi või rohkem. Tsükliigalt võttes on LiPo liitiumpolümeerakudel umbes 150–300 tsüklit, Li-ion liitiumioonakude 300–500 tsüklit ja LiFePO4 liitiumraudfosfaat-akudel üle 1000 tsükli. Tsükliiga on samuti märkimisväärselt sõltuv laadimismeetodist, hoiustuspingest ja temperatuurist.
IV. Uurid, millega saab lennata kõige kauem
Praegu on turul kõige pikema lendamisajaga droonid peamiselt tiibdroonid ja vertikaalselt startivad ning maandumise teostavad (VTOL) pika tööiga droonid, mida kasutatakse peamiselt professionaalsetes valdkondades nagu õhupildistus, patrullimine ja põllumajandus. Tüüpilised maksimaalsed lendamisajad on järgmised: professionaalsed tiibdroonid 120–180 minutit, VTOL pika tööiga droonid 90–150 minutit ning hübriddroonid 4–6 tundi või rohkem. Tarbijaturul (näiteks kokkupandavate õhupildistusdroonide puhul) on maksimaalne lendamisaeg üldiselt 40–50 minutit, mille saavutatakse peamiselt kõrge energiatihedusega Li-ioonakude ja kergete konstruktsioonide abil.
V. Peamised tegurid, mis mõjutavad drooni lendamisaja
Drooni lendamisaega ei määra ainult aku maht, vaid mitme teguri kogumõju. On kuus peamist mõjutustegurit:
1. Akumaht (mAh/Wh): mida suurem on maht, seda pikem on teoreetiline lendamisaeg, kuid ka kaal suureneb;
2. Drooni kaal (koorma kaasa arvatud): mida raskem on lennuk, seda suurem on mootori võimsusnõue ja seda kiiremini tarbitakse energiat;
3. Mootori efektiivsus ja propelleri sobivus: efektiivne võimsussüsteem võib märkimisväärselt parandada sõidukestust;
4. Keskkonnamõjud (tuul, temperatuur): madalad temperatuurid võivad põhjustada pinge langust ja tugev tuul suurendab mootorikoormust;
5. Lennurežiim ja lennukiirus: suurkiiruseline lend või sagedased manöövrid lühendavad märkimisväärselt lendamise aega;
6. Lennuki konstruktsioon (mitmehelilise vs. tiiblennuk): mitmehelilised toetuvad täielikult mootoritele tõusu saamiseks, samas kui tiiblennukid suudavad libiseda, mistõttu neil on pikem sõidukestus.
VI. Drooni lendamisaja arvutamise meetod
Lennuaja hinnang aitab pilootidel planeerida missioone, kindlaks teha, kas aku mahub piisavaks, ning hinnata lennu efektiivsust. Seda saab teha nelja etapi arvutusmeetodiga: esiteks kontrollige aku mahtuvust (mAh); teiseks teisendage see amper-tundidesse (Ah), näiteks 6000 mAh = 6 Ah; kolmandaks määrake dronile lennul keskmine voolutarbimine (A); neljandaks kasutage valemit „Lennuaeg (minutites) = (Aku mahtuvus Ah ÷ Vool A) × 60 × Tõhusustegur“, kus tõhusustegur on tavaliselt umbes 0,85. Näiteks kui aku on 6000 mAh (6 Ah) ja lennuvool on 18 A, siis valemi kasutamine annab (6 ÷ 18) × 60 × 0,85 ≈ 17 minutit. VII. Pikaelu akudega drone’ide kasutusvaldkonnad
Järgnevad kuus sektorit sõltuvad otseselt pikaõukese drone’idest, et tagada missioonide pidevus ja andmete terviklikkus:
1. Geodeetilised uuringud ja topograafilised modelleerimistööd: Suuremahulised õhutõstal põhinevad uuringud nõuavad pikaajalist järjepidevat lendamist;
2. Põllumajanduslik taimede kaitse ja põllujärelevalve: Sadade aakrite maapindade jälgimine nõuab pikaehelistel dronide kasutamist, et vähendada aku vahetamise vajadust;
3. Otsing- ja päästetööd (SAR): Pikaehelistel dronidel on võimalik soojuspildistusega otsinguid teostada kauem kõlblivalt;
4. Infrastruktuuri kontroll: Nõutakse pidev järelvalve elektriliinidel, torujuhtedel, raudteedel, sildadel jne;
5. Keskkonna- ja loomade jälgimine: Teaduslik uuring nõuab sageli suuremahulist ja pikaajalist andmekogumist;
6. Logistika ja dronidega kohaletoimetamine: Pikkade vahemaade transpordi tagamiseks on vajalikud tõhusad energiasüsteemid või hübridsüsteemid.
Kohustuslik väljaandmine
Praegu on kõige pikema tööiga dronide akud kõrge energiatihedusega liitiumioonakusüsteemid, mis on loodud pika lennuaja ja professionaalsete ülesannete jaoks. Tarbijadronid lendavad tavaliselt kuni 20–40 minutit, samas kui professionaalsed fikseeritud tiibadega dronid, VTOL-lennukid ja hübriidsüsteemid saavutavad lennuaega 90 minutit kuni mitu tundi või rohkem. Droni akude jõudlust mõjutab mitte ainult keemiline süsteem, vaid ka mahutavus, kaal, võimsüsteemi tõhusus, lennutingimused ja lennustrateegia. Selle mõistmine, millised tegurid mõjutavad sõltumatust ja lennuaegade arvutamise meetodid, aitab pilootidel valida sobivama akusüsteemi ja oluliselt parandada lennujõudlust. Kuna akutehnoloogia jätkab arengut, suudavad dronid teha üha rohkem pikkmaa- ja kõrge efektiivsusega ülesandeid, kus pikaaegsed akud on selle arengu võtmeteguriks.
Kirjeldus
Pikkmaialetoega droonide akud – eriti kõrge energiatihedusega liitiumioonpakid – suurendavad oluliselt lendamisaega, parandavad tõhusust ning toetavad nõudlikke missioone, nagu ülevaatus, põllumajandus, kontroll ja logistika. Akutüüpide, eluea, lendamisaja tegurite ja arvutusmeetodite mõistmine aitab pilootidel valida sobiva toiteallika ning saavutada kauemaaegset, ohutumat ja usaldusväärsemat droonide jõudlust.
