Droners historiske udvikling
Udviklingen af droner begyndte kort efter afslutningen af Første Verdenskrig. Efter Anden Verdenskrig omdannede mange militærmagter rundt om i verden uafhængigt forskellige pensionerede kampfly til måldroner, en handling der igangsatte den moderne udvikling af droner. Med fremskridt inden for elektronikteknologi viste droner i stigende grad deres overlegenhed i rekognosceringsmissioner. For eksempel brugte det amerikanske militær under Vietnamkrigen ofte droner til at spejde efter højt værdifulde eller stærkt befæstede mål på slagmarken.
Seneste brancheudviklinger
"2024 8. Verdens Dronekonference og Internationale Lavtliggende Økonomi og Ubemandede Systemer Expo / 9. Shenzhen Internationale Droneudstilling / Uafhængig Kørsel og Ubemandet Køretøjsteknologiudstilling," med temaet "Lavtliggende Økonomi, Fremtiden er Her," blev med succes afsluttet i slutningen af maj i Shenzhen, dronehovedstaden. Konferencen blev deltaget af over 10.000 brancheeksperter, forskere og iværksættere fra mere end 110 lande og regioner. Begivenheden omfattede over 30 parallelle fora og mere end 60 produkt- og teknologibytte-møder, der dækkede emner som droner og lavtliggende økonomi, lavtliggende digital transport, lavtliggende flyvetjenester, eVTOL-teknologiinnovation og anvendelse, åbenhed og styring af lavtliggende luftrum, logistik-nød-droner, AI-robotter, bemandede og ubemandede luftfartøjer, lavtliggende flyvende biler, lavhastigheds ubemandede køretøjer og akvatiske ubemandede systemer.
I øjeblikket er droneindustrien også en ny højteknologisk sektor, der involverer mange områder, fra produktforskning og udvikling, produktion og fremstilling til industriel anvendelse, ledelse og service. Industrikæden spænder over mange højteknologiske områder. Opstrøms omfatter primært nye materialer som kompositmaterialer til dronelegemer, våbenbærende udstyr, kontrolsystemer, opsendelses- og genvindingsenheder samt andre komponenter. Nedstrømsmarkederne er hovedsageligt militære og civile, med fokus på militære anvendelser, men også inkluderende videnskabelig forskning, landbrug, energi, transport, meteorologi og mange andre industrier. Der er også et stort udviklingspotentiale i den civile sektor.
Uanset om det er DoorDash og Wings samarbejde om droneleveringstjenester i Virginia, Legos drone-lysshow, der viser børns rumfartøjsdesigns, Storbritanniens plan om at bygge en drone "motorvej" eller Aerodomes initiativ til at bruge droner til nødhjælp ved gerningssteder, demonstrerer alle disse eksempler den stadig mere udbredte anvendelse af droner på tværs af forskellige områder. Selv en brutal konflikt mellem to mellemøstlige lande i 2020 fremhævede droners betydelige rolle, da utallige tilskuere gennem forskellige platformrapporter indså, at fremtidens udvikling ligger i droner: dem, der kontrollerer droner, vil dominere! De næste 10-20 år forventes at blive en gylden periode for droneudvikling, med stigende markedsefterspørgsel og kontinuerlige gennembrud inden for højteknologi, hvilket giver enorme vækstmuligheder.
Introduktion til dronehardwarekomponenter og struktur
1. Ramme
Rammen er dronens skelet og understøtter alle de elektroniske komponenter. Som vist på billedet er alle elektroniske komponenter fastgjort til rammen for at fungere korrekt. Rammes størrelsesangivelse sker ved hjulbasen, hvor større rammer kræver kraftigere motorer og større propeller; ellers kan dronen ikke lette. I øjeblikket er rammer hovedsageligt lavet af plastik og kulfiber. Kulfiber har bedre mekaniske egenskaber, men er dyrere.
2. Propeller
Propellerne er af specifikke modeller, og ifølge fysiske principper er propellens rotationsinerti (i forhold til rotationsaksen) omtrent proportional med radius i femte potens. Derfor reagerer større propeller langsommere og har mindre evne til at ændre deres bevægelsestilstand (dvs. rotationshastighed). Propeller findes også i både med- og modurs versioner. Når en enkelt propeller drives af motoren, skaber den en kraft, der får dronen til at rotere horisontalt omkring den centrale akse. For at modvirke dette skal forskellige propeller indstilles til at rotere i forskellige retninger; ellers ville en multirotor-drone fortsætte med at rotere efter start. Men baseret på dette princip kan rotationshastigheden bruges til at kontrollere dronens yaw-bevægelse. Generelt bidrager mindre propeller med høje rotationshastigheder til øget stabilitet, hvilket gør det muligt for dronen at flyve mere stabilt, men det sker på bekostning af kortere udholdenhed.
3. Motorer
Motorerne, der bruges i droner, er specialiserede trefasede børsteløse motorer. Disse motorer har tre terminaler (uden positiv eller negativ polaritet, hvilket tillader omvendt rotation ved at bytte to terminaler). De roterer i én retning, har høj effekt, lav friktion og kan levere betydelig løft.
Motorens KV-værdi angiver antallet af omdrejninger pr. minut (RPM), som motoren vil lave pr. volt, når den er uden belastning. For eksempel betyder en 400KV-motor, at ved 1V vil motoren dreje 400 gange pr. minut uden nogen belastning.
Børsteløse motorer af samme serie og fysiske dimensioner vil udvise forskellige KV-karakteristika afhængigt af antallet af viklingsomgange. Motorer med flere viklingsomgange har en lavere KV-værdi, hvilket resulterer i en lavere maksimal udgangsstrøm og højere drejningsmoment. Omvendt har motorer med færre viklingsomgange en højere KV-værdi, hvilket resulterer i en højere maksimal udgangsstrøm og lavere drejningsmoment.
En højere KV-værdi betyder dog ikke altid bedre ydeevne. Med samme effekt betyder en højere KV-værdi, at motoren leverer mindre drejningsmoment. Derfor parres motorer med høj KV med mindre propelstørrelser, og motorer med lav KV parres med større propelstørrelser. For eksempel bruger en 380KV-motor typisk en propel med 16 tommers diameter, mens en 980KV-motor bruger en propel med 10 tommers diameter. Endnu højere KV-motorer kan være udstyret med små propeller på 6 eller 4 tommer eller bruges som ducted fans (bruges i fastvingede fly, såsom jagerfly, til bagudrettet fremdrift).
4. Elektroniske hastighedsregulatorer (ESC'er)
Elektroniske hastighedsregulatorer (ESC'er) er elektroniske enheder, der modtager PWM-styringssignaler og regulerer motorernes hastighed. De kan modtage PWM-signaler fra en Pixhawk-flyvekontroller eller en signalmodtager og derefter styre motorens rotation. I øjeblikket bruger multirotor-droner ofte mærket Hobbywing, hvor Letai-modellerne er specielt designet til multirotorbrug.
Som vist på billedet har ESC'en tre typer ledninger. De tre sorte runde stik (kendt som bananstik, som vist på det andet billede ovenfor) forbindes til børsteløse motorer uden hensyn til polaritet; hvis to forbindelser byttes om, vil motorens rotationsretning blive omvendt. De lange, tykke sorte og røde ledninger forbindes til strømforsyningen, hvor den sorte ledning forbindes til jord (negativ) og den røde ledning til Vcc (positiv). Det er afgørende ikke at bytte disse forbindelser, da det vil beskadige ESC'en, når strømmen tilsluttes.
Endelig er de snoede sorte og hvide ledninger signalledninger, som modtager kontrolsignaler og regulerer strømmen. Den sorte ledning er jord, og den hvide ledning er signalledningen, som forbindes til signalmodtageren eller udgangssiden af flyvekontrolleren.
5. Strømsensor
En strømsensor er ikke bare en enhed, der viser strømværdien; det er en modul, der leverer strøm til flyvekontrolleren. Den forbindes til højvolts lithiumbatterier og leverer en stabil spænding for at drive flyvekontrolleren. Strømsensoren til Pixhawk 4 (som vist på billedet) integrerer endnu flere funktioner, idet den fungerer som en hub til at forsyne ESC'erne med strøm (virker som et strømfordelingskort) og som et adapterkort til flyvekontrolleren (udvider flere pins fra flyvekontrolleren for at hjælpe med at reducere dens størrelse).
6. Batteri
Batteriet er dronens strømkilde, specielt designet til høj afladningseffekt og effektivitet. "1S" angiver en enkelt lithiumbattericelle i serie (droner bruger lithiumbatterier forbundet i serie). For eksempel består et 3S-batteri af tre lithiumceller i serie. Jo større dronen er, desto højere spænding kræves. For eksempel bruger en drone i størrelse 450 typisk et 3S- eller 4S-lithiumbatteri, en drone i størrelse 680 bruger et 6S-lithiumbatteri, og meget store droner (med en akselafstand på over 1000 mm) kan bruge et 12S-lithiumbatteri.
Hver lithiumbattericelle har en fuld opladningsspænding på 4,2V og en nominel spænding på 3,7V. Derfor, når batteriet når sin maksimale spænding (4,2V pr. celle), er det fuldt opladet, og når det når sin minimale spænding (3,7V pr. celle), bør det ikke længere bruges for at undgå skader.
Fremtidige tendenser for droner
1. Logistik og levering
Fra hurtig levering af dagligvarer til rettidig transport af medicinsk nødhjælp og endda som "romantiske budbringere", der leverer overraskelser og varme, har drone-logistik- og leveringsindustrien stille integreret sig i folks dagligdag. For eksempel har virksomheder som DoorDash og Wing allerede begyndt at teste droneleveringstjenester for at øge hastighed og effektivitet. I fremtiden kunne droner blive almindelige værktøjer til ekspreslevering, især i bymiljøer og svært tilgængelige områder. (Homepage | Defensebridge)
2. Offentlig sikkerhed og retshåndhævelse
Anvendelsen af droner inden for offentlig sikkerhed og retshåndhævelse udvides også. Politiafdelinger kan bruge droner til overvågning, sporing og nødsituationer. For eksempel er Aerodome begyndt at bruge droner på gerningssteder for at levere realtidsvideo og datastøtte. Denne teknologi kan øge effektiviteten og sikkerheden for retshåndhævende myndigheder.(MIT News) (Pilot Institute)
3. Infrastrukturovervågning og Vedligeholdelse
Droner har stort potentiale inden for infrastrukturovervågning og vedligeholdelse. De kan bruges til inspektion af broer, rørledninger, kraftledninger og bygninger og levere effektive og omkostningseffektive løsninger. For eksempel er der i Storbritannien planer om at bygge en drone "motorvej" for at støtte brugen af droner i logistik og infrastrukturovervågning.(MIT News)
4. Landbrug
Landbrug er et andet vigtigt område for droneanvendelser. Droner kan bruges til afgrødeovervågning, skadedyrsbekæmpelse og præcisionsgødskning. De er i stand til at levere højtopløselige billeder og data, hvilket hjælper landmænd med at øge udbyttet og reducere spild af ressourcer.
5. Underholdning og Uddannelse
Anvendelsen af droner inden for underholdning og uddannelse stiger også. For eksempel afholdt Lego et drone-lysshow, der viste børns rumfartøjsdesigns. Dette demonstrerer den kreative brug af droner i underholdning og uddannelse.(Homepage | Defensebridge)
6. Smarte Byer
Droner vil spille en vigtig rolle i fremtidens smarte byer. De kan bruges til trafikovervågning, miljøovervågning og offentlige tjenester. Ved at integrere med Internet of Things (IoT)-enheder kan droner levere realtidsdata, der hjælper byledere med at træffe bedre beslutninger. (MIT News)
7. Teknologiske og Regulatoriske Udviklinger
Efterhånden som droneteknologien udvikler sig, vil nye algoritmer og kunstig intelligens-teknologier yderligere forbedre droners autonomi og effektivitet. For eksempel kan nye algoritmer udviklet af MIT hjælpe droner med at håndtere opgaver i komplekse miljøer mere effektivt.(Pilot Institute) Derudover, efterhånden som anvendelserne af droner udvides, vil relaterede regler og politikker fortsat blive finjusteret for at sikre sikkerheden og beskyttelsen af privatlivets fred ved droneoperationer.
Droner er blevet en vigtig støtte for udviklingen af lavtliggende økonomi
Som den førende industri inden for lavtliggende økonomi har droner en årlig vækstrate på over 20 %, hvilket gør dem til et nyt vækstpunkt for den nationale økonomi. De tilbyder nye midler til sociale offentlige tjenester og understøtter effektivt moderniseringen af regeringens styringskapaciteter og systemer. Droner giver også nyt rum for regional økonomisk udvikling, optimerer den regionale økonomiske struktur og fremmer tredimensionel regional økonomisk vækst.
At fremme udviklingen af lavtliggende økonomi kraftigt hjælper ikke kun med at udvide markedets plads, men opfylder også det iboende behov for høj kvalitet i udviklingen. Lavtliggende økonomi arver traditionelle generelle luftfartsformer, samtidig med at den integrerer nye lavtliggende produktionsservices understøttet af droner. Med støtte i informations- og digital styringsteknologi danner den en yderst dynamisk og kreativ samlet økonomisk form, der rummer og fremmer koordineret udvikling på tværs af flere områder. For at opnå bedre udvikling af lavtliggende økonomi er lavtliggende åbenhed en uundgåelig tendens. Opbygning af bymæssige lavtliggende luftveje til at støtte storskala og kommerciel udvikling af droneanvendelser, forventes lavtliggende økonomi repræsenteret ved droner også at blive en ny motor, der driver social og økonomisk vækst.
