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油电混合技术:从竞争到协作的发展历程

【摘要】:电动很适合,但是续航成为明显的缺陷;油动可以延长续航时间,但是控制上总是有问题。这就产生了油电混合多旋翼无人机。油电混合多旋翼无人机主要有两种形式,一种是油发电直驱的多旋翼无人机;另一种是油电双模多旋翼无人机,油机负责产生升力,电动机用来控制姿态。而第三个难点就是发电机输出功率与动力系统的需求相比差强人意。因此油发电多旋翼无人机至少在目前还不是一个很好的选择。

读了前面的文章我们知道一点,油动还是电动,对于直升机来说只有油动一种选择;在固定翼无人机上则分工明确,根据飞机对续航能力和总重的区别就能轻易做出抉择;但是在多旋翼无人机上这个事情似乎不那么容易。电动很适合,但是续航成为明显的缺陷;油动可以延长续航时间,但是控制上总是有问题。那么把油动和电动结合在一起会有什么结果呢?这就产生了油电混合多旋翼无人机。油电混合多旋翼无人机主要有两种形式,一种是油发电直驱的多旋翼无人机;另一种是油电双模多旋翼无人机,油机负责产生升力,电动机用来控制姿态。以这种方式让两个争权夺利的伙伴在一起工作。但是强扭的瓜不甜,至今没有成熟产品面世,都存在各种缺陷。

油发电的多旋翼无人机最先离开人们的视线,甚至都没有人见过实验样机。它的原理是使用发动机带动发电机发电,再供给电动机驱动飞行器。因为这种飞行器计算下来重量都会很大,所以必须使用比较复杂的大功率发动机,发动机维护的复杂性就不容乐观。前面说过了,国内能够熟悉大功率航空汽油发动机全套使用流程的民间公司凤毛麟角,这就成为一个难点。第二个难点是重量,目前的技术情况下,对于几十公斤的飞行器来说,小型汽油活塞发动机加上发电机重量相当重,实际上降低了飞行器的载荷能力,延长续航时间也就无从谈起。而第三个难点就是发电机输出功率与动力系统的需求相比差强人意。因此油发电多旋翼无人机至少在目前还不是一个很好的选择。

油电双模无人机,理论上具有很多优点。首先两个系统独立工作,在一架飞机上各司其职,一个强悍负责提供升力,一个细腻用于控制。其次当汽油机意外熄火,无法继续工作的时候,电动机可以勉强接过全部工作,让飞机安全回收。但是它的缺陷也是很明显的,汽油发动机的工作环境就不容乐观,如果使用涵道设计,动力效率较低是一个很大的问题,涵道占地面积太大,无法很好地安装机载设备;如果使用类似直升机的设计,突出飞行器顶端,那么会增加系统复杂程度,还会降低安全性,还有机身对螺旋桨造成遮挡降低效率;再就是全机振动较大,靠近中心有汽油机振动,靠外缘电动机在振动,所以这种油电混合布局,如何安装机载设备成了难点。如果无人机只能飞是不行的,还要完成任务,对干活的设备如此不友好,这些问题实在需要解决。