Drohnen: Förderung der Wirtschaft in geringer Höhe und des nationalen Wachstums
06 Jun 2024
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Historische Entwicklung von Drohnen
Die Entwicklung von Drohnen begann kurz nach dem Ende des Ersten Weltkriegs. Nach dem Zweiten Weltkrieg bauten viele Militärmächte auf der ganzen Welt unabhängig voneinander verschiedene ausgemusterte Kampfflugzeuge in Zieldrohnen um, eine Aktion, die die moderne Entwicklung von Drohnen einleitete. Mit Fortschritten in der elektronischen Technologie stellten Drohnen zunehmend ihre Überlegenheit bei Aufklärungsmissionen unter Beweis. Während des Vietnamkrieges beispielsweise setzte das US-Militär häufig Drohnen ein, um hochwertige oder stark verteidigte Ziele auf dem Schlachtfeld auszukundschaften.
Aktuelle Entwicklungen in der Branche
Die „2024 8th World Drone Conference and International Low-Altitude Economy and Unmanned Systems Expo / 9th Shenzhen International Drone Exhibition / Autonomous Driving and Unmanned Vehicle Technology Exhibition“ mit dem Motto „Low-Altitude Economy, The Future is Here“ wurde erfolgreich abgeschlossen Ende Mai in Shenzhen, der Drohnenhauptstadt. An der Konferenz nahmen über 10.000 Branchenexperten, Wissenschaftler und Unternehmer aus mehr als 110 Ländern und Regionen teil. Die Veranstaltung umfasste über 30 parallele Foren und mehr als 60 Produkt- und Technologieaustauschtreffen zu Themen wie Drohnen und die Wirtschaft in geringer Höhe, digitaler Transport in geringer Höhe, Flugdienste in geringer Höhe, Innovation und Anwendung der eVTOL-Technologie sowie geringe Höhe Offenheit und Management des Luftraums, Logistik-Notfalldrohnen, KI-Roboter, bemannte unbemannte Luftfahrzeuge, in geringer Höhe fliegende Autos, unbemannte Fahrzeuge mit niedriger Geschwindigkeit und unbemannte Wassersysteme.
Derzeit ist die Drohnenindustrie auch ein neuer High-Tech-Sektor, der zahlreiche Bereiche umfasst, von der Produktforschung und -entwicklung über die Produktion und Fertigung bis hin zur industriellen Nutzung, dem Management und den Dienstleistungen. Die Industriekette umfasst viele High-Tech-Bereiche. Der Upstream umfasst vor allem neue Materialien wie Verbundwerkstoffe für Drohnenkörper, waffentragende Ausrüstung, Steuerungssysteme, Start- und Bergungsgeräte und andere Komponenten. Die nachgelagerten Märkte sind hauptsächlich militärische und zivile Märkte mit Schwerpunkt auf militärischen Anwendungen, umfassen aber auch wissenschaftliche Forschung, Landwirtschaft, Energie, Transport, Meteorologie und viele andere Branchen. Auch im zivilen Bereich besteht großes Entwicklungspotenzial.
Ob es sich um die Zusammenarbeit von DoorDash und Wing bei Drohnenlieferdiensten in Virginia handelt, um die Drohnen-Lichtshow von Lego, die die Entwürfe von Raumfahrzeugen für Kinder vorstellt, um den Plan des Vereinigten Königreichs zum Bau einer Drohnen-„Superautobahn“ oder um die Initiative von Aerodome, Drohnen für die Notfalleinsätze am Tatort einzusetzen – all diese Beispiele zeigen das Immer häufiger werden Drohnen in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Sogar ein brutaler Zusammenstoß zwischen zwei Ländern des Nahen Ostens im Jahr 2020 hat die bedeutende Rolle von Drohnen deutlich gemacht, da unzählige Umstehende anhand verschiedener Plattformberichte erkannten, dass die Essenz der zukünftigen Entwicklung in Drohnen liegt: Wer Drohnen kontrolliert, wird dominieren! Es wird erwartet, dass die nächsten 10 bis 20 Jahre eine goldene Zeit für die Drohnenentwicklung sein werden, da die Marktnachfrage steigt und kontinuierliche Durchbrüche in der Spitzentechnologie ein immenses Wachstumspotenzial bieten.
Einführung in Drohnen-Hardwarekomponenten und -struktur
1. RahmenDer Rahmen ist das Skelett der Drohne und trägt alle elektronischen Komponenten. Wie im Bild gezeigt, sind alle elektronischen Komponenten am Rahmen befestigt, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Die Größe des Rahmens wird durch den Radstand unterschieden, wobei größere Rahmen stärkere Motoren und größere Propeller erfordern; Andernfalls kann die Drohne nicht starten. Derzeit bestehen Rahmen hauptsächlich aus Kunststoff und Kohlefaser. Kohlefaser hat bessere mechanische Eigenschaften, ist aber teurer.
2. Propeller
Bei Propellern handelt es sich um bestimmte Modelle, und nach physikalischen Prinzipien ist die Rotationsträgheit des Propellers (relativ zur Rotationsachse) ungefähr proportional zur fünften Potenz des Radius. Daher reagieren größere Propeller langsamer und sind weniger in der Lage, ihren Bewegungszustand (also die Drehzahl) zu ändern. Propeller gibt es auch in Rechts- und Linkslaufversionen. Wenn ein einzelner Propeller vom Motor angetrieben wird, erzeugt er eine Kraft, die dazu führt, dass sich die Drohne horizontal entlang der Mittelachse dreht. Um dem entgegenzuwirken, müssen unterschiedliche Propeller so eingestellt werden, dass sie sich in unterschiedliche Richtungen drehen; Andernfalls würde sich eine Multirotor-Drohne nach dem Start kontinuierlich drehen. Basierend auf diesem Prinzip kann jedoch die Rotationsgeschwindigkeit zur Steuerung der Gierbewegung der Drohne genutzt werden. Im Allgemeinen tragen kleinere Propeller mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu einer höheren Stabilität bei und ermöglichen der Drohne einen gleichmäßigeren Flug, allerdings geht dies auf Kosten einer kürzeren Lebensdauer.
3. Motoren
Die in Drohnen verwendeten Motoren sind spezielle bürstenlose Dreiphasenmotoren. Diese Motoren verfügen über drei Anschlüsse (ohne positive oder negative Polarität, sodass durch Vertauschen zweier beliebiger Anschlüsse eine Rückwärtsdrehung möglich ist). Sie drehen sich in eine Richtung, haben eine hohe Leistung, geringe Reibung und können einen erheblichen Auftrieb erzeugen.
Der KV-Wert des Motors gibt die Anzahl der Umdrehungen pro Minute (U/min) an, die der Motor pro Volt macht, wenn er unbelastet ist. Ein 400-KV-Motor bedeutet beispielsweise, dass sich der Motor bei 1 V ohne Last 400 Mal pro Minute dreht.
Bürstenlose Motoren der gleichen Serie und der gleichen Abmessungen weisen je nach Anzahl der Wicklungswindungen unterschiedliche KV-Eigenschaften auf. Motoren mit mehr Wicklungswindungen haben einen niedrigeren KV-Wert, was zu einem geringeren maximalen Ausgangsstrom und einem höheren Drehmoment führt. Umgekehrt haben Motoren mit weniger Wicklungswindungen einen höheren KV-Wert, was zu einem höheren maximalen Ausgangsstrom und einem geringeren Drehmoment führt.
Allerdings bedeutet ein höherer KV-Wert nicht immer eine bessere Leistung. Bei gleicher Leistung bedeutet ein höherer KV-Wert, dass der Motor weniger Drehmoment liefert. Daher werden Motoren mit hohem KV mit kleineren Propellern und Motoren mit niedrigem KV mit größeren Propellern gepaart. Beispielsweise verwendet ein 380-kV-Motor typischerweise einen Propeller mit 16 Zoll Durchmesser, während ein 980-kV-Motor einen Propeller mit 10 Zoll Durchmesser verwendet. Noch höhere KV-Motoren können mit kleinen 6-Zoll- oder 4-Zoll-Propellern ausgestattet oder als Mantelventilatoren verwendet werden (in Starrflügelflugzeugen wie Kampfflugzeugen für den Heckantrieb verwendet).
4. Elektronische Drehzahlregler (ESCs)
Elektronische Drehzahlregler (ESCs) sind elektronische Geräte, die PWM-Steuersignale empfangen und die Drehzahl der Motoren regeln. Sie können PWM-Signale von einem Pixhawk-Flugcontroller oder einem Signalempfänger empfangen und dann die Drehung des Motors steuern. Derzeit verwenden Mehrrotor-Drohnen üblicherweise die Marke Hobbywing, wobei die Letai-Modelle speziell für den Mehrrotor-Einsatz konzipiert sind.
Wie im Bild gezeigt, verfügt der Regler über drei Arten von Kabeln. Die drei schwarzen Rundstecker (bekannt als Bananenstecker, wie im zweiten Bild oben gezeigt) werden unabhängig von der Polarität an den bürstenlosen Motor angeschlossen; Durch die Umkehrung zweier beliebiger Anschlüsse wird die Drehrichtung des Motors umgekehrt. Die langen, dicken schwarzen und roten Drähte werden an die Stromversorgung angeschlossen, wobei der schwarze Draht mit Masse (negativ) und der rote Draht mit Vcc (positiv) verbunden ist. Es ist wichtig, diese Anschlüsse nicht zu vertauschen, da sonst der Regler beschädigt wird, wenn Strom angelegt wird.
Die verdrillten schwarzen und weißen Drähte schließlich sind die Signaldrähte, die Steuersignale empfangen und den Strom regeln. Das schwarze Kabel ist die Masse und das weiße Kabel ist die Signalleitung, die mit dem Signalempfänger oder dem Ausgangsende des Flugreglers verbunden ist.
5. Stromsensor
Ein Stromsensor ist nicht nur ein Gerät, das den aktuellen Wert anzeigt; Es handelt sich um ein Modul, das den Flugregler mit Strom versorgt. Es wird an Hochspannungs-Lithiumbatterien angeschlossen und gibt eine stabile Spannung zum Antrieb des Flugreglers aus. Der Stromsensor für den Pixhawk 4 (wie im Bild gezeigt) integriert noch mehr Funktionen und dient als Hub für die Stromversorgung der ESCs (funktioniert wie eine Stromverteilungsplatine) und als Adapterplatine für den Flugcontroller (verlängert mehrere Pins). vom Flugcontroller, um seine Größe zu reduzieren).
6. Batterie
Der Akku ist die Stromquelle der Drohne und wurde speziell für eine hohe Entladeleistung und Effizienz entwickelt. „1S“ gibt eine einzelne Lithiumbatteriezelle in Reihe an (Drohnen verwenden in Reihe geschaltete Lithiumbatterien). Eine 3S-Batterie besteht beispielsweise aus drei in Reihe geschalteten Lithiumzellen. Je größer die Drohne, desto höher ist die erforderliche Spannung. Beispielsweise verwendet eine Drohne der Größe 450 normalerweise eine 3S- oder 4S-Lithiumbatterie, eine Drohne der Größe 680 verwendet eine 6S-Lithiumbatterie und sehr große Drohnen (mit einem Radstand von über 1000 mm) verwenden möglicherweise eine 12S-Lithiumbatterie.
Jede Lithiumbatteriezelle hat eine Vollladespannung von 4,2 V und eine Nennspannung von 3,7 V. Wenn der Akku seine maximale Spannung (4,2 V pro Zelle) erreicht, ist er daher vollständig geladen, und wenn er seine minimale Spannung (3,7 V pro Zelle) erreicht, sollte er nicht mehr verwendet werden, um Schäden zu vermeiden.
Zukünftige Trends von Drohnen
1.Logistik und LieferungVon der schnellen Lieferung alltäglicher Waren über den rechtzeitigen Transport medizinischer Notfallvorräte bis hin zur Tätigkeit als „romantische Boten“, die Überraschungen und Wärme überbringen – die Drohnenlogistik- und -lieferbranche hat sich still und leise in das tägliche Leben der Menschen integriert. Unternehmen wie DoorDash und Wing haben beispielsweise bereits damit begonnen, Drohnenlieferdienste zu testen, um Geschwindigkeit und Effizienz zu verbessern. In Zukunft könnten Drohnen zu gängigen Werkzeugen für Expresslieferungen werden, insbesondere in städtischen Umgebungen und schwer erreichbaren Gebieten. ( Homepage | Defensebridge )
2. Öffentliche Sicherheit und Strafverfolgung
Auch die Anwendung von Drohnen in der öffentlichen Sicherheit und bei der Strafverfolgung nimmt zu. Polizeidienststellen können Drohnen zur Überwachung, Verfolgung und Notfallreaktion einsetzen. Aerodome hat beispielsweise damit begonnen, Drohnen an Tatorten einzusetzen, um Video- und Datenunterstützung in Echtzeit bereitzustellen. Diese Technologie kann die Effizienz und Sicherheit von Strafverfolgungsbehörden verbessern. ( MIT News ) ( Pilot Institute )
Drohnen bieten großes Potenzial für die Überwachung und Wartung von Infrastrukturen. Sie können zur Inspektion von Brücken, Pipelines, Stromleitungen und Gebäuden eingesetzt werden und bieten so effiziente und kostengünstige Lösungen. In Großbritannien gibt es beispielsweise Pläne zum Bau einer Drohnen-„Autobahn“, um den Einsatz von Drohnen in der Logistik und der Infrastrukturüberwachung zu unterstützen. ( MIT News )
Ein weiterer wichtiger Bereich für Drohnenanwendungen ist die Landwirtschaft. Drohnen können zur Pflanzenüberwachung, Schädlingsbekämpfung und Präzisionsdüngung eingesetzt werden. Sie sind in der Lage, hochauflösende Bilder und Daten bereitzustellen und so Landwirten dabei zu helfen, ihre Erträge zu steigern und die Ressourcenverschwendung zu reduzieren.
Auch die Verwendung von Drohnen in Unterhaltungs- und Bildungsbereichen nimmt zu. Lego veranstaltete beispielsweise eine Drohnen-Lichtshow, bei der Kinder-Raumschiffentwürfe präsentiert wurden. Dies demonstriert den kreativen Einsatz von Drohnen in Unterhaltungs- und Bildungsbereichen. ( Homepage | Defensebridge )
Drohnen werden in zukünftigen Smart Cities eine wichtige Rolle spielen. Sie können zur Verkehrsüberwachung, Umweltüberwachung und für öffentliche Dienste eingesetzt werden. Durch die Integration mit Geräten des Internets der Dinge (IoT) können Drohnen Echtzeitdaten liefern, die Stadtmanagern helfen, bessere Entscheidungen zu treffen. ( MIT News )
7. Technologische und regulatorische Entwicklungen
Mit der Weiterentwicklung der Drohnentechnologie werden neue Algorithmen und künstliche Intelligenz die Autonomie und Effizienz von Drohnen weiter verbessern. Beispielsweise können neue Algorithmen, die vom MIT entwickelt wurden, Drohnen dabei helfen, Aufgaben in komplexen Umgebungen effizienter zu bewältigen. ( Pilot Institute ) Darüber hinaus werden mit der Ausweitung der Drohnenanwendungen auch die entsprechenden Vorschriften und Richtlinien weiter verfeinert, um die Sicherheit und den Datenschutz beim Drohnenbetrieb zu gewährleisten.
Drohnen sind zu einer wichtigen Unterstützung für die Entwicklung der Tieflandwirtschaft geworden
Als führende Industrie in der Tiefflugwirtschaft weisen Drohnen eine jährliche Wachstumsrate von über 20 % auf und werden zu einem neuen Wachstumspunkt für die Volkswirtschaft. Sie stellen neue Mittel für soziale öffentliche Dienste bereit und unterstützen wirksam die Modernisierung der staatlichen Governance-Fähigkeiten und -Systeme. Drohnen bieten auch neuen Raum für die regionale Wirtschaftsentwicklung, optimieren die regionale Wirtschaftsstruktur und fördern das dreidimensionale regionale Wirtschaftswachstum.
Die energische Förderung der Entwicklung der Tieflandwirtschaft trägt nicht nur zur Erweiterung des Marktraums bei, sondern erfüllt auch die inhärente Nachfrage nach qualitativ hochwertiger Entwicklung. Die Wirtschaft in geringer Höhe übernimmt die traditionellen Modi der allgemeinen Luftfahrt und integriert gleichzeitig neue Produktionsdienste in geringer Höhe, die von Drohnen unterstützt werden. Basierend auf Informations- und digitalen Managementtechnologien bildet es eine äußerst dynamische und kreative umfassende Wirtschaftsform, die eine koordinierte Entwicklung über mehrere Bereiche hinweg ermöglicht und fördert. Um eine bessere Entwicklung der Tieflandwirtschaft zu erreichen, ist die Offenheit in Tieflandgebieten ein unvermeidlicher Trend. Durch den Bau städtischer Luftwege in geringer Höhe, um die groß angelegte und kommerzielle Entwicklung von Drohnenanwendungen zu unterstützen, wird erwartet, dass die durch Drohnen repräsentierte Wirtschaft in geringer Höhe auch zu einem neuen Motor wird, der das soziale und wirtschaftliche Wachstum vorantreibt.
