从技术实验到落地市场 无人机续航问题仍未解

　　【中国智能制造网 技术前沿】在无人机领域，虽然视觉定位、高清图传、感知壁障等一系列先进技术不断发展，续航这个根本问题却始终没有得到有效解决。那么针对这一痛点，哪一种材料更能解决无人机续航的问题呢?　　
　　无人机的续航时间一直是被人诟病，以目前的技术，无人机续航时间普遍在30分钟内。那么针对这一痛点，哪一种材料更能解决无人机续航的问题呢?
　　
　　在无人机领域，虽然视觉定位、高清图传、感知壁障等一系列先进技术不断发展，续航这个根本问题却始终没有得到有效解决。
　　
　　市面上的消费级无人机续航时间普遍在30分钟以内，如果是经验老道的飞手可能还能比较充分的利用这20多分钟，但是新手如果不能很好的节约能源，从无人机开机到起飞可能就需要好几分钟，再加上返航的时间，无人机根本飞不了多远。
　　
　　电力巡线、警用侦察、搜索救援等工业级无人机对续航时间的要求更高，有业内人士表示，航时是工业级无人机解决一切作业难题的先决条件，一旦解决了航时问题，将会极大地扩展工业级无人机的应用场景和用途。
　　
　　无人机的飞行原理不同于民航客机，客机可以靠机翼上下的空气压强差提供垂直方向的力，实现客机的飞行。大部分无人机是多旋翼飞行器，完全依靠螺旋桨的拉力把机身提起来，属于自己把自己提起来，意味着小小机身却需要大量能量来维持动力。
　　
　　氢燃料电池
　　
　　氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢在阳极变成氢离子(质子)通过电解质转移到阴极，同时放出电子通过外部的负载到达阴极，与氧气发生反应生成水。锂电池是无人机常见的动力来源，可由于能量密度的限制，目前不可能取得大的突破，所以无人机想要解决续航问题，只能从别的方向下手。
　　
　　燃料电池一直以能量密度大着称，目前已经有氢燃料电池应用于无人机。类似于“飞行时间破了记录，把飞手都飞哭了”的事件已经见诸报端。那么，氢燃料电池是不是解决无人机续航的理想方案呢?
　　
　　去年，英国智能能源(IntelligentEnergy)公司宣布创造了一种针对小型无人机的优化燃料电池，通过在典型电池里添加氢燃料电池，公司表示它能够将无人机的飞行时间从20分钟扩展到至少2小时。由于利用压缩氢可以对电池进行充电，因此对耗尽的电池更换新燃料只需几分钟即可完成，相比之下对典型的无人机电池进行再充电需要40分钟至1小时。
　　
　　今年2月份，苏格兰海洋科学协会(SAMS)在苏格兰机场成功进行了架使用固态氢动力系统无人机的飞行测试，起飞10分钟运行200英尺，并平稳着陆。它采用的是Cella公司的氢动力气体发生器和Arcola集成的燃料电池。这个电池的运行原理为：气体发生器使用专有的固态物质，将该物质加热到100℃以上时可将释放出大量的氢气。
　　
　　在国内，武汉众宇动力系统科技有限公司于2014年底就开始尝试在无人机上应用燃料电池技术，2016年3月，搭载众宇动力燃料电池系统HyLite?的六旋翼无人机在野外实际飞行中实现了4小时33分的续航能力。
　　
　　氢燃料的能有目共睹，其发电效率通常能达到32%至70%，所提供的续航能力远超锂电池。但氢燃料电池系统开发成本高、可靠性和耐久性低、供氢系统成本高等，都是掣肘氢燃料电池发展的主要因素。
　　
　　太阳能动力
　　
　　太阳能同样被无人机行业所看好，“动力阳光”使用太阳能作为动力环球飞行的消息更是让航空业为之振奋。无人机界着名的太阳能无人机当属Facebook的联网无人机Aquila，其目标就是在空中持续飞行90天。
　　
　　自上世纪八十年代，人们就开始对太阳能飞机的尝试，其中多款有人驾驶飞机和无人机在航空业上，留下了重要一笔。
　　
　　此外，今年4月，美国AltaDevices公司宣布将太阳能电池转化效率的记录提高到了31.6%，创造世界纪录。这一突破将重新定义太阳能电池的使用，尤其是在无人机市场的使用。据公司介绍，对于典型的高空长航时无人机，AltaDevices的薄膜材料与其它薄膜技术相比，产生相同能量时，所需的面积不到其一半，重量也只有其四分之一。
　　
　　虽然可以大幅延长续航时间，但太阳能无人机过于受到环境影响，且面临着诸多技术瓶颈：1.设计问题,包括适合加载太阳能基材的飞机设计、大展弦比机翼结构设计、无人机控制等等。2动力问题，我国业内对于太阳能电池阵列与系统的耦合研究较少，严重地制约了长航时无人机的电源整体论证，对无人机总体的飞行程序、任务轨迹、飞行动力的确定造成了较大的困难。而且，由于目前太阳能电池的国内转换效率还集中在18.5%-21%，电池的厚度在200—260μm，电池的转换效率和面密度水平有待进一步提升。