Недавно инженер и авиационный энтузиаст Люк Белл из Южной Африки установил новый рекорд по времени полета среди квадрокоптеров: его самодельный дрон провел в воздухе 3 часа, 31 минуту и 6 секунд без посадки и подзарядки что примерно на 19 % больше предыдущего результата. При этом в середине испытания оставалось более трети заряда батареи, что говорит об огромном запасе эффективности.
Как устроен дрон-рекордсмен
В основе конструкции лежит одна простая идея: максимально снизить энергопотребление во всех компонентах, даже если это требует нетривиальных инженерных решений.
Самый заметный элемент это огромные винты с углеродным лопастями диаметром 101 см. Большие винты создают нужную подъемную силу при гораздо меньшей частоте вращения, что резко снижает расход энергии на поддержание висения.
Двигатели специально выбрали лёгкие и компактные модели с оптимальным коэффициентом которые развивают достаточную тягу, но весят меньше аналогов. Геометрия рамы и длина ручек квадрокоптера были подтверждены пятью итерациями гидродинамического моделирования, чтобы минимизировать взаимное влияние потоков воздуха от всех винтов.
Даже проводка моторов тщательно оптимизирована: инженеры нашли оптимальный баланс между сопротивлением и весом, чтобы ничего не тратить впустую. Центральный узел конструкции дважды перерабатывали, сбросив лишние граммы.
Но ключевым компонентом стала батарея - полутвердотельная литий-метал-оксидная ячейка с плотностью энергии около 320 Втч/кг, что примерно вдвое выше популярных LiPo-батарей. Такие батареи позволяют переносить больше энергии при том же весе.
Сколько энергии потребляет аппарат
В режиме зависания потребление энергии составляло около 400 Вт, а при медленном горизонтальном полете примерно 250 Вт. Это очень низкие значения для квадрокоптера такого размера, и именно это позволило установить рекорд по продолжительности в воздухе.
Почему электрические батареи всё ещё отстают
Отец Люка, Майк Белл, честно говорит, что даже самые современные батареи всё ещё не могут конкурировать с авиационным керосином по плотности энергии: топливо дает примерно в 50 раз больше энергии на килограмм. Для сравнения: коммерческий авиалайнер может лететь 20 часов на одной заправке, а эквивалентная батарея даст чуть более 20 минут в полете, даже в теории.
Это объясняет, почему батарейная электрическая авиация с длинными перелётами пока остается недостижимой мечтой. Для реального прорыва в коммерческих полетах потребуются совсем иные технологии.
Этот рекорд не единственный успех семьи Белл. Они также владеют официальным рекордом скорости для радиоуправляемых квадрокоптеров: их дрон развивал скорость более 408 миль в час (около 656 км/ч) на специально сертифицированном заезде.
Соревнование за скорость в этой нише остается жарким: недавно австралийский аэрокосмический инженер Бенджамин Биггс достиг 411 миль в час (661 км/ч) без официальной сертификации.
Майк Белл говорит, что команда продолжит работать над следующими версиями дронов, стремясь к новым рекордам, как по дальности, так и по скорости, хотя главный предел сейчас это эффективность пропеллеров и ограничения батарей.
Источник: New Atlas