无人机的九大动力系统

如果想不断推动无人机飞行性能的发展，电池的体积必须越来越小，重量必须越来越轻。当涉及到功率密度时，可以看出我们已经达到了一定的限制。锂聚合物(Li-Po)和锂离子电池(Li-ion)的体积已经变得很小，价格也在人们承受范围之内，这主要是手机行业带动的结果。因此这类的电池被广泛使用，如今可以公平地说，绝大多数(96%)的无人机使用电池作为动力源。 

推进系统的效率因素也有很大的不同：电池供电系统将73%的能量转化为动力，燃料电池将44%的能量转化为动力，而燃烧发动机仅有39%的能量转化为动力。
　　另一个影响能源用途的因素是其预期的使命。无人机应该飞行的时间更长还是携带更高的负荷?无人机应该在有限的半径内飞行还是在遥远的云层之上飞行?这些问题对能源的用途有很大的影响，不同的操作方案要选择不同的能量源。
　　当考虑到推进系统、任务和增加能量密度的需求时，我们要重新回到源。下图显示了双对数尺度上每个源的具体的能量密度：
　　一、电池
　　对，又是电池。电池有很多优势：可以在任何地方充电、在大多数情况下可以没有限制条件地进行运输、没有溢出或发热的情况，通过更换电池块可以很容易地完成能量补充。
　　对于无人机来说，Li-Po和Li-Ion是最常见的源，但这并不意味着结束。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使用，归其原因是价格太高。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，同时还可以减少硫的使用成本。
　　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，这种电池是由非常强大的源H2提供能量。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。
　　FSTD Singapore已经在固体氢的需求动力系统领域获得了突破。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”，这款无人机可以飞行10个小时，飞行范围可达500km。
　　Urban Aeronautics的子公司Metro skyways在2017年4月宣布，该公司正在开发一款可以乘坐四人的氢动力垂直起降飞行车“CityHawk”。
　　三、汽油、煤油、甲醇、乙醇、液化石油气丙烷
　　目前有许多成熟可用的汽油动力解决方案，其中的一些也具有卓越的飞行性能。UAV Factory公司的“Penguin C”固定翼无人机在油箱加满时可以飞行超过20小时，Siebel的“CAMCOPTER S-100”在油箱装满时可以飞行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间的推移，重量的坚强，使平台更轻，从而增加了飞行范围。
　　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公司的产品是气电混合引擎最好的例子。两家公司将电动机的快速反应和汽油动力飞行的优点相结合。
　　五、太阳能
　　在过去的几年中，太阳能电池的效率不断增加，从10%到近46%，达到了约175W/m2的功率比。很显然，这需要整个机翼的表面上覆盖大面积的太阳能板，这样就可以和多旋翼无人机一样进行正常的工作。
　　硅谷的高科技公司也在探索太阳能无人机的潜力：Facebook希望通过其 “Aquila” (高空、长航时)太阳能无人机将无线网络带向世界偏僻的角落，以及谷歌X现已解散的Titan项目。
　　OpenRobotix Labs正在开发一款Mars航空车“XSOL-E1”，这是一款以太阳能提供动力的四轴飞行器。公司的一位发言人概述了飞行时间取决于很多因素，但一般来说，我们可以通过太阳能辅助技术将原来的15分钟的飞行扩展到40至45分钟。
　　六、太阳能混合物
　　太阳能混合物(太阳能+电池)的耐力惊人。Alta Devices和PowerOasis已经宣布他们正合作研发世界上第一个集成太阳能和Li-ion离子电池供电系统的小型无人机。无人机的参考架构为2-4米，使用5s-7s锂离子电池。这款无人机的设计图将于2017年末发布。
　　七、系留
　　系留系统可以在一个小半径范围内进行无限期的飞行，是监视和侦查的完美选择。MMC公司的“T1”系留系统可以支持多数无人机，例如MMC的“TDrone 1200”、大疆“Matrice 600”、 DJI “S1000”、 Yuneec“Typhoon H”、Intel “Falcon 8+”、Microdrones的“md4-1000”等等。Bluevigil、 Elistair、 Drone Aviation Corp和SPH Engineering这些公司也有类似的项目。
　　八、超级电容
　　石墨的单原子层会将超级电容带到新的高度?2015年2月，通用电气公司赞助超级电容的研究工作。初级能源，如内燃机、燃料电池和电池作为低功率的持续源可以很工作的很好，但是不能有效地处理峰值功率或回收能源，因为他们放电和充电都十分缓慢。超级电容器在峰值功率需求下可以提供快速爆发的能量，然后迅速存储能量并捕获可能会丢失的剩余动力。
　九、激光
　　Laser Motive公司已经研发出无人机功率链技术，一种配备了激光接收器的功率光束无人机。2012年，洛克希德马丁公司在Laser Motive的协助下，展示了其“Stalker”无人机，这款无人机在激光充电系统的基础上，持续飞行了48小时。德国的Ascending Technologies公司与Laser Motive在2010年通过一架小型无人机证明了这项技术的效率，这架小型四轴飞行器持续飞行了十二小时。