独家解密：无人机的动力系统之进化实录

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        1712年，英国人托马斯·纽科门发明了蒸汽机，被称为纽科门蒸汽机。

　　1680年，英国科学家牛顿设想了喷气式汽车方案，但未能成型。

　　1769年，法国人N·J·居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车。

　　1794年，英国人斯垂特首次提出把燃料和空气混合，以供燃烧的设想。

　　1828年，由匈牙利工程师阿纽什·耶德利克在实验室完成了电传装置。

　　1832年到1839年间，由美国人安德森制造了全球第一辆电动车。

　　1866年，德国工程师尼古拉斯·奥托试制出立式四冲程内燃机。

　　1885年，德国人G.戴姆勒继把这种内燃机先后装在自行车和四轮马车上。同年，德国人卡尔·本茨把汽油内燃机装上了三轮车……

　　由此可见，动力系统的发明创新在汽车的发展史中扮演了不可替代的角色。动力系统，让车轮滚动起来，同样，也将无人机送上了天。

　　无人机的用途五花八门，形态也千姿百态，为什么有的能高空翱翔，有的只能低空盘旋，有的甚至能静止不前……原来，这背后是千差万别的动力系统。

　　1916年9月12日，第一架无线电操纵的无人驾驶飞机在美国试飞。

　　20世纪80年代，现代技术的发展为无人机更高的飞行性能、更好的可靠性提供了条件，其中包括智能化、高速带宽、更轻的材料和传感器、更强的续航能力等多方面因素。

　　20世纪末，中小型固定翼和旋翼战术无人机系统出现，其体积小、价格更低、机动性好，标志着无人机进入大规模应用时代。

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油动无人机

　　伴随着动力技术的不断发展，无人机燃气动力装置已发展出了包括活塞式发动机、涡喷发动机、涡轴发动机、涡桨发动机、涡扇发动机等几大门类。活塞式发动机只适用于低速、低空及质量轻的无人机;对更大使用范围的无人机而言,燃气涡轮发动机应是首选的动力装置。

　　目前，油动系统产品拥有适用于飞行时间较短的中高空、高速系列，中低空、低速短距系列，高空长航时系列的无人机产品，据悉，油动无人机的续航时间可达30多个小时。对于民用无人机而言，大都采用了中小型燃油发动机。

　　根据燃料的不同，油动无人机可分为甲醇、汽油、重油无人机三种类型。无人机领域专家、北 京红鹏天绘公司总裁徐鹏表示，以甲醇为动力的发动机损耗率高，导致成本较高，基本上已被淘汰，如今只有小型航模级无人机仍会采用。他指出，油动无人机动力系统目前正朝着载人航空飞机动力系统的小型化演变，以提升安全、稳定性。与徐鹏的观点有所不同，北 京韦加天地通公司总工程师杨铭表示，油动系统将向汽车发动机方向发展，逐步发展为汽车上的四冲程发动机系统。

　　应用范围：广泛应用于军事领域，民用领域应用也很普遍，诸如农业植保、航测、环保监测等应用。

　　趋势：推力变化范围大、耗油率低、高空性能好的涡扇发动机,在无人机动力装置中将占有重要地位;以航空重油燃料为动力的无人机将是油动无人机发展的一大趋势;油动无人机的市场份额将面临被电动和混合动力无人机蚕食的局面。

　　优点：抗风能力强，续航能力强，飞行速度快，效率高

　　缺点：

       1. 稳定性差

　　2.操作复杂

　　3.高原性能不足

　　4.场地适应能力差

　　5.震动大

　　6.危险性大

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电动无人机

　　正如电动汽车的出现，电动无人机头顶节能环保、小巧轻便的光环横空出世。由于传统的电机采用的是电池供电，动力不够强劲，一般被用在小型、微型无人机上。备受关注的无人机品牌，诸如大疆创新、零度智控、亿航等都采用的是电动无人机系统。杨铭表示，随着起飞重量逐步降低，电动系统在无人机的占有率逐渐攀升。在7kg以下的小型无人机领域，90%采用的都是电动系统。

　　电动系统主要包含电机、电调、螺旋桨以及电池。无人机电机可分为有刷和无刷两种，市面上主要以无刷电机为主，一头固定在机架力臂的电机座，一头固定螺旋桨，通过旋转产生向下的推力。不同大小、负载的机架，需要配合不同规格、功率的电机，但并不代表电机越大越好，效率才是王道。

　　据悉，电池依然是小型、微型无人机最常用也是最现实的动力源，在镍镉电池、镍锌电池、锂电池、固态氧化物燃料电池中，要属锂离子聚合物电池的应用范围更为普遍，但它每次充电只能达到40分钟的续航时间。锂离子聚合物电池不能充分满足无人机对持久动力的需要，高能电池的需求迫在眉睫，因此，新能源动力系统问世。

　　徐鹏认为，电动无人机使用的是清洁能源，电机结构简单，造价低，事故率低，但他更看好燃料电池动力系统，只是以此动力的无人机尚未发展成熟。纵观全球，许多国家都在积极致力于燃料电池无人机的研发，他相信，未来一年内，以氢气为动力的无人机产品将有望从实验室产品变成工业化成熟产品。

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固态氧化物燃料无人机

　　2012年，由同济大学十余名研究生、本科生于参与的“飞跃一号”，翼展5米，起飞重量20公斤，有效载荷1公斤，巡航速度为30公里每小时，采用的正是一个1千瓦的质子交换膜燃料电池作为动力。

　　甚至，核动力也一度成为无人机的发展方向。2012年，美国科学家开始研发核动力的无人机，但具体进展并未向外界透露。

　　2014年，波音公司及其合作伙伴研制的续航时间可达10天的高空长航时无人机(HALEUAV) ，正是采用了氢燃料，实际上，无人机还可充入普通空气或氦气作为动力源。

　　2015年，一家名为HUS的无人机研发公司推出了使用氢动力的新一代无人机，标志着以固态氧化物燃料电池为动力源的民用无人机时代已经到来。

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结语

　　一如汽车的发展史，无人机也在时间的车轮下滚滚前进，不断发展演变。据说，林林总总的无人机动力系统，都能归入到这三大类之中。

　　发稿之前，笔者忽然脑洞大开，想到这世上会不会存在第四种无人机动力系统——空气动力无人机，说白了，就是无动力无人机。但是，却有幸被专家告知，无人机是要用来操作，以实现某种目的的飞行器，不是毫无目的漂浮的气球。纵然，这世上没有永动机，但真的没有能够无需借助动力系统，漂浮在空中，又能受人指挥的无人机吗? 是我的物理学得太差?还是专家们的脑洞不够大? 无解......

matt15

学习了

小菜鸟1号

学习了

xiaofancc

2100748808

感觉自己的原本世界观崩塌了

lx88lx88

考虑永动机 不如考虑更高效的动力电池··石墨  核能  更为实际！

eagler8

matt15 发表于 2015-12-10 19:53
学习了

eagler8

小菜鸟1号 发表于 2015-12-10 20:03
学习了

eagler8

2100748808 发表于 2015-12-10 21:07
感觉自己的原本世界观崩塌了

为什么呢？

eagler8

lx88lx88 发表于 2015-12-10 21:15
考虑永动机 不如考虑更高效的动力电池··石墨  核能  更为实际！

同意

zjs13588

受教了

eagler8

zjs13588 发表于 2015-12-13 21:18
受教了

payne_pan

感谢归纳总结

Salem

固态氧化物电池，实际上就是燃料电池。同济大学的无人机早就不先进了，已经有人做出来了（不过从他的入模时间和内容看应该是商家）。我现在正在研究质子交换膜燃料电池（资料都是闭源的，不少内容得自己研究，累。。。）http://bbs.5imxbbs.com/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=1169601&extra=page%3D1&page=1

还有，＂质子交换膜＂，看上去很先进，实际上不过一层只允许氢离子通过的膜而已，x宝上一平方厘米只要3块5毛钱。燃料电池的难点在于电极。

eagler8

Salem 发表于 2015-12-14 21:42
固态氧化物电池，实际上就是燃料电池。同济大学的无人机早就不先进了，已经有人做出来了（不过从他的入模时 ...

很给力！高科技

a_bc306

让高科技来的更猛烈些吧。。。。。。