现在的小型多旋翼无人机为什么都不再使用油料做为能源,而使用电池呢?这样做是否更合理?

现在的小型多旋翼无人机为什么都不再使用油料做为能源,而使用电池呢?这样做是否更合理?_58汽车

汽油作为能源,其能量密度远高于锂电池,理论上更适合作为无人机的动力来源。然而,燃油发动机结构复杂,维护繁琐,且存在安全隐患。相比之下,电池虽然能量密度较低,但放电功率有限制,更适合小型多旋翼无人机的需求。首先,小型无人机的电机结构简单,几乎无需维护,而燃油发动机需要定期保养,增加了使用成本和难度。其次,电池的线性调速更简单,而燃油发动机的油门控制复杂,增加了操作难度。此外,燃油发动机的尺寸和重量也不适合小型无人机。更重要的是,小型多旋翼无人机对电机的灵敏度要求很高,需要快速响应加速和减速。燃油发动机由于惯性大,加速和减速都较慢,影响无人机的控制性能。而电机可以快速调整转速,更好地满足多旋翼无人机的需求。当然,也有尝试将燃油发动机与电池结合的油电混合设计,如Yeair无人机,通过燃油发电驱动电机,实现更长的续航时间。但这种设计仍然存在结构复杂、成本高等问题,尚未成为主流。总之,虽然燃油发动机在能量密度上有优势,但考虑到小型多旋翼无人机的使用场景和需求,电池仍然是更合适的选择。随着电池技术的不断进步,未来无人机的续航能力和性能有望进一步提升。现在的小型多旋翼无人机为什么都不再使用油料做为能源,而使用电池呢?这样做是否更合理?汽油能量密度虽高,但燃油发动机结构复杂、维护繁琐,且存在安全隐患。相比之下,电池放电功率有限制,更适合小型无人机。电机结构简单,几乎无需维护,线性调速简单,更适合多旋翼无人机的高灵敏度需求。虽然油电混合设计值得尝试,但结构复杂、成本高,尚未成为主流。随着电池技术的进步,无人机的续航和性能有望进一步提升。

默认你说的是民用的小型多旋翼无人机。你问的肯定也不是全球鹰捕食者这种。

题主想的这个问题,很多人都想过。

燃油驱动的优点:

汽油能量密度大约是12~17MJ/kg,锂离子电池是0.46~0.72MJ/kg,完全不是一个数量级的。

大家知道,电子产品放电过快会烧毁电池,电池还需要考虑短路保护等问题,所以电池的放电功率是有限制的。但是燃油不需要考虑这一点,燃油能驱动坦克飞机潜艇军舰,现在的电池驱动个汽车都已经很吃力了。

燃油驱动的缺点:

航模无刷电机的定子(图片来自网络)

这是航模无刷电机的定子(固定不动的部分),也就比你拇指粗一点,几根铜线按照规则绕组,外面再套一个按照规则排列有磁铁的转子,就成电机了。

电机的保养很简单:不用保养。

能量转化过程:化学能->电能->机械能

一个“简单”的四冲程单缸航模发动机(图片来自网络)

一个“简单”的四冲程单缸航模发动机(图片来自网络)

光看个图就不用比较了,内燃机结构复杂,保养繁琐,如果普通人买个航拍无人机,还得定期送到航模4S店做保养,自己没事儿还得灌一灌机油,还得定期拆开清洗,这么繁琐,有几个人愿意用?

能量转化过程:化学能->内能(其中大部分作为热量散失)->机械能

对于航模玩家来说,这些都不是问题,因为折腾对于他们是乐趣,但对于一个只想用无人机拍拍风景的人来说,维护这类设备就是折磨。

很多无人机用户也都是摄影爱好者,带着个无人机到处旅游,而航模一般使用甲醇做燃料,要是这群摄影爱好者背着一大瓶甲醇到处跑,不说能不能上飞机/火车,平时使用的安全隐患就不少。

航拍飞行器普及,很大的原因在于使用方便操作简单,没电了充电,开机即飞。想想看如果是油机,你到了景区看到一片风景,现场怼燃料,热发动机,空转一会儿看看工作是否正常,检查的时候差点把眉毛烧着,好不容易怼完燃料,再调一调节流阀,调完了刚飞起来技术不行炸鸡,掉到林子里整出一场大火,消防灭了几天才灭掉。这么繁琐有不安全的东西,普通人能随便用?

非航模玩家对航模或者无人机的尺寸没个感性的认识,先看一张图,你觉得图中的小飞机有多长?

油动航模直升机(图片来自网络)

30厘米?50厘米?

油动航模直升机,与上图中的型号略有差别,但尺寸相同(图片来自网络)

油动航模直升机,与上图中的型号略有差别,但尺寸相同(图片来自网络)

真实尺寸:1米5.一般情况下,内燃机都是用在大尺寸直升机或者大尺寸固定翼飞机上,一般普通人玩的航拍多旋翼轴距30cm-50cm,根本放不下燃油发动机。放下也不是不行,成本翻个十倍,你能接受那样的价格就好。

真实尺寸:1米5.

一般情况下,内燃机都是用在大尺寸直升机或者大尺寸固定翼飞机上,一般普通人玩的航拍多旋翼轴距30cm-50cm,根本放不下燃油发动机。

放下也不是不行,成本翻个十倍,你能接受那样的价格就好。

四旋翼飞行器不用内燃机,还有更重要的原因。首先思考个问题:为什么航拍无人机都喜欢用四个旋翼?为啥不用5个?不用2个?不用7个?原理这里不解释了,记住这几点:1.一般情况下,旋翼越多,效率越低,同样功率的直升机就比四旋翼效率更好,同样功率的四旋翼比八旋翼效率更好。2.四旋翼是刚好不需要变距,尾翼等方法就能实现平衡和驱动的最少旋翼数量。3.四旋翼的四个旋翼是有程序分别调速的,不是四个电机简单通个电就呜呜转起来了。4.四旋翼的原理,可以简单理解为程序控制四个电机的不同转速,达到调整自身运动状态的目的。跟据第四点,你应该能推理出来,四旋翼对电机的灵敏度很高,说加速就得很快加速,减速就得很快减速,不能拖拖拉拉的。所以四旋翼要求电机的转子尽量轻,桨叶尽量轻,而内燃机很难做到这一点,由于质量大,惯性大,加速太慢,减速也太慢,就像一辆车后备箱塞了两吨铁坨,加速加不起来,减速减不下去,很是危险,这样影响四旋翼的整个控制周期。这是第一个原因。

四旋翼飞行器不用内燃机,还有更重要的原因。

首先思考个问题:为什么航拍无人机都喜欢用四个旋翼?为啥不用5个?不用2个?不用7个?

原理这里不解释了,记住这几点:

1.一般情况下,旋翼越多,效率越低,同样功率的直升机就比四旋翼效率更好,同样功率的四旋翼比八旋翼效率更好。

2.四旋翼是刚好不需要变距,尾翼等方法就能实现平衡和驱动的最少旋翼数量。

3.四旋翼的四个旋翼是有程序分别调速的,不是四个电机简单通个电就呜呜转起来了。

4.四旋翼的原理,可以简单理解为程序控制四个电机的不同转速,达到调整自身运动状态的目的。

跟据第四点,你应该能推理出来,四旋翼对电机的灵敏度很高,说加速就得很快加速,减速就得很快减速,不能拖拖拉拉的。所以四旋翼要求电机的转子尽量轻,桨叶尽量轻,而内燃机很难做到这一点,由于质量大,惯性大,加速太慢,减速也太慢,就像一辆车后备箱塞了两吨铁坨,加速加不起来,减速减不下去,很是危险,这样影响四旋翼的整个控制周期。这是第一个原因。

第二,电机的油门线性很简单,而内燃机的油门线性很复杂,调速程序就得很繁琐。,这样最终的操作就会变得复杂,学习成本转嫁到用户身上,无形中又抬高了无人机的门槛,普通用户就不太愿意买了。第三,大家都知道汽车都是有变速箱的,因为内燃机在最佳输出功率下的行程很窄,需要变速箱改变齿轮配比以适应不同的转速,但是电机的行程很宽,这也决定了一般的四旋翼不需要什么变速结构就能飞得自由自在(据我所知,好像特斯拉汽车好像是没有变速箱的)。有人问,那些油动的航模不也是没有变速箱吗?把它省去不行吗?这么问是有道理,但是,多旋翼的结构决定了,它的每个旋翼的大幅度调速都需要快速的响应,不要变速结构是可以,这样可以学习直升机的变距结构,但是呢,机械结构同样不简单,维护也麻烦。第四,之前说过,四旋翼是四个旋翼分别调速,这决定了它不能用一个内燃机输出动力,将动力分配到四个四个旋翼上的设计,而必须分别用四个内燃机作为动力输出,或者,也可以使用一个内燃机,加上四个变距桨的设计。无论哪一个,机械结构都已经让普通消费者很痛疼了,最终用户会陷入损坏-维修-损坏-维修的折腾中。

第二,电机的油门线性很简单,而内燃机的油门线性很复杂,调速程序就得很繁琐。,这样最终的操作就会变得复杂,学习成本转嫁到用户身上,无形中又抬高了无人机的门槛,普通用户就不太愿意买了。

第三,大家都知道汽车都是有变速箱的,因为内燃机在最佳输出功率下的行程很窄,需要变速箱改变齿轮配比以适应不同的转速,但是电机的行程很宽,这也决定了一般的四旋翼不需要什么变速结构就能飞得自由自在(据我所知,好像特斯拉汽车好像是没有变速箱的)。

有人问,那些油动的航模不也是没有变速箱吗?把它省去不行吗?这么问是有道理,但是,多旋翼的结构决定了,它的每个旋翼的大幅度调速都需要快速的响应,不要变速结构是可以,这样可以学习直升机的变距结构,但是呢,机械结构同样不简单,维护也麻烦。

第四,之前说过,四旋翼是四个旋翼分别调速,这决定了它不能用一个内燃机输出动力,将动力分配到四个四个旋翼上的设计,而必须分别用四个内燃机作为动力输出,或者,也可以使用一个内燃机,加上四个变距桨的设计。

无论哪一个,机械结构都已经让普通消费者很痛疼了,最终用户会陷入损坏-维修-损坏-维修的折腾中。

内燃机结构的四旋翼也是存在的,比如这个Yeair:http://www.yeair.de/准确的说是一种“油电”设计,用油燃烧发电,用电来驱动四旋翼,这种结构值得尝试,据称续航一小时。

内燃机结构的四旋翼也是存在的,比如这个Yeair:

准确的说是一种“油电”设计,用油燃烧发电,用电来驱动四旋翼,这种结构值得尝试,据称续航一小时。

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