多旋翼无人机续航时间解析

多旋翼无人机续航时间解析

 　　多旋翼无人机存在着续航时间短的问题，象航拍无人机这样任务载荷很轻的多旋翼，一般也只有30分钟左右的续航时间，应用受到很大的制约。

　　多旋翼是使用电池作为能源的纯电动无人机，续航时间短的根本原因在于目前电池容量密度过低。

　　根据相关技术原理能够得到下列公式：

　　起飞重量 = 空机重量 + 载荷重量 + 电池重量

　　起飞重量 = 升功比 × 平均功率

　　电池电量 = 容量密度 × 电池重量

　　电池电量 = 平均功率 × 续航时间

　　电池重量比 = 电池重量 / 起飞重量

　　经整理得到：

　　续航时间（H）= 电池重量比× 升功比（KG/KW）× 容量密度（KWH/KG）

　　以目前能达到的0.5的电池重量比，5KG/KW的升功比，0.2KWH/KG的容量密度带入公式，续航时间等于0.5小时。这说明了现在多旋翼航拍机续航时间都在30分钟左右的原因。

　　从续航时间公式看，续航时间与起飞重量是没有直接关系的。这可以解释为，增大起飞重量需要更大的平均功率，需要使用更多的电量，因此也就需要增加电池电量，增加电池重量，在电池重量比不变的情况下，增加的电池重量抵消了增大的起飞重量。增加的电池电量并没有为增加续航时间做出贡献。

　　要增加续航时间，虽然可以分别通过提高电池重量比、升功比和容量密度三种途径来实现。但靠提高电池重量比显然是没有出路的。即使多旋翼没有任务载荷，电池重量比最多也就能达到2/3，并不能使续航时间有根本性的提高。靠提高升功比效果比较有限。升功比是旋翼类航空器的一个基本性能参数，一般实用的经验数值在5～10 KG/KW范围，而且起飞重量越大，升功比会越小。提高升功比在技术有很大的难度，成本会增加很多。靠提高电池容量密度也不现实。目前电池容量密度在0.2 KWH/KG左右，在短时间内很难有较大的提高。以电池作为能源的纯电动多旋翼面临着续航时间短的技术瓶颈。

　　解决续航时间短的途径是采用油电混合能源作为多旋翼的动力源。近年来，分布式油电混合电推进技术有较大发展，所采用的油电混合电力系统是用燃油发动机直接发电，用电能传导方式驱动旋翼电机。燃油能量密度为12 KWH/KG，油电混合电力系统效率可达70%，等效下来有效容量密度为8.4KWH/KG。这比电池容量密度要高出40多倍。从续航时间公式看，燃料有效容量密度值要远大于燃料重量比值和升功比值，1KG燃油相当于40KG电池所产生的电量，可以有效解决多旋翼无人机续航时间短的技术瓶颈。