از باتری های لیتیومی تا انرژی هیدروژنی: چگونه مشکل استقامت هواپیماهای بدون سرنشین را حل کنیم؟

News Detail

همانطور که همه ما می دانیم، امروزه هواپیماهای بدون سرنشین به طور فزاینده ای همه کاره شده اند. آنها را می توان در همه جا مشاهده کرد، وظایفی مانند تحویل، بازرسی، نقشه برداری، حفاظت از گیاهان کشاورزی و نجات اضطراری را انجام می دهند. با این حال، بسیاری از مردم همین تصور را دارند: در حالی که هواپیماهای بدون سرنشین با باتری های لیتیومی بسیار راحت هستند، به نظر می رسد همیشه زمان پرواز کوتاهی دارند.

پس چگونه می توانیم این مشکل را حل کنیم؟ بسیاری از مردم به طور طبیعی با یک ایده می‌آیند - به سادگی باتری‌های لیتیومی بیشتری نصب کنید تا زمان پرواز خود را افزایش دهید. این منطقی به نظر می رسد، اما همه چیز آنقدر که در عمل به نظر می رسد ساده نیست. امروز، بر اساس یک مطالعه تحقیقاتی مرتبط، این موضوع را توضیح خواهیم داد.

1. آیا هواپیماهای بدون سرنشین می توانند صرفاً با نصب باتری های بزرگتر به زمان پرواز طولانی تری دست یابند؟

پاسخ قطعا خیر است. برخلاف وسایل نقلیه زمینی، پهپادها برای پرواز طراحی شده اند. و هر هواپیما با یک محدودیت اساسی مواجه است: حداکثر وزنی وجود دارد که می تواند در ارتفاع حمل کند.

این وزن محدود باید بین اجزای مختلف توزیع شود: بدنه هواپیما، موتورها و ملخ‌ها، سیستم‌های کنترل، محموله‌های ماموریت و سیستم‌های قدرت. مشکل اصلی اینجاست. برای افزایش زمان پرواز پهپاد، باید منابع انرژی بیشتری حمل شود. با این حال، منابع انرژی اضافی به وزن کلی هواپیما می افزایند که به نوبه خود مصرف انرژی را افزایش می دهد.

این یک دوراهی دشوار ایجاد می کند. در حالی که حمل انرژی بیشتر به منظور طولانی‌تر کردن مدت پرواز است، وزن اضافه‌شده در عوض باعث کاهش آن می‌شود. صرف نصب یک باتری بزرگتر نمی تواند این مشکل را حل کند.

در اصل، راه اندازی یک پهپاد مانند حل یک مشکل تخصیص منابع با وزن کل ثابت است. بدنه هواپیما، محموله، نیرو و سیستم های پیشرانه همگی باید این محدودیت وزنی را به اشتراک بگذارند. عملکرد یک هواپیما اساساً به توزیع وزن، پیکربندی انرژی و بازده کلی سیستم بستگی دارد.

افزایش ظرفیت محموله به معنای کاهش فضا برای منابع تغذیه است. برای دستیابی به زمان پرواز طولانی تر، مهندسان باید انرژی قابل استفاده بیشتری را در بودجه وزن محدود قرار دهند. برای دستیابی به هر دو هدف به طور همزمان، یک طراحی کلی پیچیده تر و کارآمدتر ضروری است.

به طور خلاصه، این مؤلفه ها مستقل از یکدیگر نیستند، بلکه متقابلاً محدود کننده هستند. سیستم محرکه یک پهپاد در اصل سیستمی است که برای معاوضه ساخته شده است. همیشه تضادهای ذاتی بین استقامت پرواز، ظرفیت بار، وزن و کارایی عملیاتی وجود دارد.

آخرین اخبار شرکت از باتری های لیتیومی تا انرژی هیدروژنی: چگونه مشکل استقامت هواپیماهای بدون سرنشین را حل کنیم؟ 0

2. مزایای پهپادهای هیدروژنی دقیقا چیست؟

با قضاوت از عملکرد پهپادهای تجاری فعلی، باتری های لیتیومی کاملاً خوب کار می کنند و می توانند خواسته های اکثر سناریوها را برآورده کنند. پس چرا هنوز در مورد انرژی هیدروژن تحقیق می کنیم؟ برای شروع با نتیجه گیری: باتری های لیتیومی به هیچ وجه پایین نیستند. آنها بالغ، کاربر پسند و دارای هزینه های نسبتا قابل پیش بینی هستند و امروزه رایج ترین منبع انرژی برای پهپادهای تجاری هستند.

با این وجود، آنها یک اشکال اجتناب ناپذیر دارند. هنگامی که مدت ماموریت طولانی می شود، باتری های لیتیومی مستعد رسیدن به حد استقامت پرواز هستند. برای افزایش استقامت با باتری‌های لیتیومی، پهپادها به طور کلی نیاز به حمل سلول‌های باتری بیشتری دارند که به ناچار وزن بیشتری را اضافه می‌کند. افزایش وزن به نوبه خود کارایی پرواز را کاهش می دهد و بهبود بیشتر زمان پرواز را به طور فزاینده ای دشوار می کند.

اینجاست که پیل های سوختی هیدروژنی نقاط قوت خود را نشان می دهند. بزرگترین مزیت آنها سازگاری با محیط زیست نیست، بلکه توانایی ارائه انرژی بیشتر در واحد وزن، به لطف چگالی انرژی برتر هیدروژن است.

پهپادهای هیدروژنی می توانند به افزایش قابل توجهی در استقامت پرواز بدون اضافه کردن وزن کلی بیش از حد دست یابند. در شرایط کنونی فناوری تجاری، محلول‌های پیل سوختی هیدروژنی معمولاً زمان پرواز طولانی‌تری نسبت به باتری‌های لیتیومی دارند. نیروی هیدروژن به‌ویژه برای مأموریت‌هایی که به پرواز طولانی‌مدت و توقف‌های سوخت‌گیری کمتر در هوا نیاز دارند، بسیار خوب عمل می‌کند.

برای پهپادهای چند روتور، نیروی هیدروژن دوام پروازی چند ساعته را ممکن می‌سازد، تقریباً دو تا سه برابر پهپادهای با باتری لیتیومی با همان وزن. برای پلتفرم‌هایی که برای ماموریت‌های طولانی‌مدت مناسب‌تر هستند، مانند هواپیماهای بدون سرنشین با بال مرکب و هواپیماهای بدون سرنشین با بال ثابت برخاستن و فرود عمودی، لبه استقامت طولانی انرژی هیدروژن برجسته‌تر می‌شود.

آخرین اخبار شرکت از باتری های لیتیومی تا انرژی هیدروژنی: چگونه مشکل استقامت هواپیماهای بدون سرنشین را حل کنیم؟ 1

(الف)氢动力六旋翼；(ب)锂电池动力六旋翼；(c)氢动力垂直起降固定翼；(د)锂电池动力垂直起降固定翼.

آنچه سزاوار توجه بیشتر است این است که پهپادهای هیدروژنی هنوز فضای قابل توجهی برای بهبود عملکرد در آینده دارند. چرا اینطور است؟ زیرا می‌توان آن‌ها را در چندین جنبه بهینه‌سازی کرد: بدنه هوای سبک‌تر، روش‌های ذخیره‌سازی هیدروژن کارآمدتر، و سلول‌های سوختی سبک‌تر و قدرتمندتر.

فن آوری ذخیره سازی هیدروژن به عنوان یک عامل بسیار مهم برجسته می شود. هنگامی که صحبت از حمل هیدروژن برای پرواز می شود، ذخیره هیدروژن مایع دارای چگالی انرژی به طور قابل توجهی بالاتر از ذخیره سازی هیدروژن گازی فعلی است. این بدان معناست که رقابت پهپادهای هیدروژنی نه تنها در استقامت طولانی مدت آنهاست، بلکه در پتانسیل آنها برای پیشرفت بیشتر در روزهای آینده نیز نهفته است.

3. آیا همه پهپادها باید در آینده به انرژی هیدروژنی سوئیچ شوند؟

بستگی دارد. سناریوهای کاربردی مختلف الزامات مختلفی را بر پهپادها تحمیل می کنند. با گسترش سناریوهای کاربردی، استقامت پرواز و ظرفیت بار به طور فزاینده ای به عوامل کلیدی تبدیل شده اند که محدوده عملیاتی، مدت زمان کار و کاربرد عمیق پهپادهای تجاری را تعیین می کنند.

به عنوان مثال، حمل و نقل لجستیکی مسافت های طولانی پرواز و ظرفیت حمل بار قوی را در اولویت قرار می دهد. عملیات کشاورزی بیشتر بر کارایی کار مداوم متمرکز است. بازرسی و نظارت اهمیت زیادی به استقامت و پایداری پرواز می دهد. درک محیطی بر سازگاری کار تأکید دارد، در حالی که نجات اضطراری بر برخاستن سریع و اجرای مداوم کار تأکید دارد.

هنگام انتخاب یک سیستم قدرت، نمی‌توانیم به سادگی بپرسیم که باتری‌های لیتیومی یا انرژی هیدروژن کدام پیشرفته‌تر است. در عوض، ما باید الزامات وظیفه را در نظر بگیریم.
برای کارهای کوتاه مدت که قابلیت اطمینان، راحتی و هزینه های عملیاتی پایین را در اولویت قرار می دهند، باتری های لیتیومی معمولاً گزینه بهتری هستند. اگر یک کار به برد طولانی‌تر، توقف سوخت‌گیری کمتر و طولانی‌تر شدن زمان کارکرد مداوم نیاز دارد، قدرت هیدروژن ارزش توجه دارد.
به طور خلاصه، باتری‌های لیتیومی برای کارهای کوتاه‌مدت مناسب هستند در حالی که انرژی هیدروژن برای کارهای بلندمدت مناسب است. آنچه واقعاً مهم است این نیست که کدام فناوری کاملاً برتر است، بلکه این است که کدام راه حل برای سناریوهای خاص کاربرد بیشتری دارد.

با ادامه توسعه اقتصاد در ارتفاعات پایین، دیگر نیازی به هواپیماهای بدون سرنشین نیست که در هوا به پرواز درآیند. در عوض، آنها باید "پرواز پیوسته، مدت طولانی تری در ارتفاع بمانند و به طور مداوم کار کنند". در مقابل این پس‌زمینه، انتخاب سیستم‌های قدرت دیگر فقط یک جزئیات فنی نیست، بلکه یک مسئله حیاتی است که دامنه کاربرد و توسعه صنعتی را شکل می‌دهد.

در آینده، توسعه سیستم های قدرت پهپاد به احتمال زیاد یک مسیر غالب را دنبال نخواهد کرد. در عوض، باتری‌های لیتیومی، انرژی هیدروژن و مجموعه‌ای از راه‌حل‌های جدید دیگر، هر کدام از نقاط قوت خود برای سناریوهای کاربردی متنوع استفاده می‌کنند. این شاید قابل توجه ترین جنبه باشد زیرا فناوری ها به سمت استقرار عملی در دنیای واقعی حرکت می کنند.

قبلی

بعد