Drones: De lage-altitude economie en nationale groei aansteken
06 Jun 2024
0 Opmerkingen
Historische Ontwikkeling van Drones
De ontwikkeling van drones begon kort na het einde van de Eerste Wereldoorlog. Na de Tweede Wereldoorlog hebben veel militaire machten over de hele wereld onafhankelijk verschillende gepensioneerde gevechtsvliegtuigen omgebouwd tot doeldrones, een actie die de aanzet gaf tot de moderne ontwikkeling van drones. Met de vooruitgang in de elektronische technologie demonstreerden drones steeds meer hun superioriteit bij verkenningsmissies. Tijdens de Vietnamoorlog gebruikte het Amerikaanse leger bijvoorbeeld vaak drones om waardevolle of zwaar verdedigde doelen op het slagveld te verkennen.
Recente ontwikkelingen in de industrie
De ‘8e Wereld Drone Conferentie en Internationale Low-Altitude Economy en Unmanned Systems Expo 2024 / 9e Shenzhen International Drone Exhibition / Autonomous Driving and Unmanned Vehicle Technology Exhibition’, met als thema ‘Low-Altitude Economy, The Future is Here’, werd met succes afgesloten op de eind mei in Shenzhen, de drone-hoofdstad. De conferentie werd bijgewoond door meer dan 10.000 experts uit de industrie, wetenschappers en ondernemers uit meer dan 110 landen en regio's. Het evenement omvatte meer dan 30 parallelle forums en meer dan 60 product- en technologie-uitwisselingsbijeenkomsten, met onderwerpen als drones en de economie op lage hoogte, digitaal transport op lage hoogte, vluchtdiensten op lage hoogte, eVTOL-technologie-innovatie en -toepassing, Openheid en beheer van het luchtruim, logistieke nooddrones, AI-robots, bemande onbemande luchtvoertuigen, vliegende auto's op lage hoogte, onbemande voertuigen met lage snelheid en onbemande watersystemen.
Momenteel is de drone-industrie ook een nieuwe hightechsector die tal van terreinen omvat, van productonderzoek en -ontwikkeling, productie en productie tot industrieel gebruik, management en diensten. De industriële keten omvat veel hightechgebieden. De upstream omvat voornamelijk nieuwe materialen zoals composietmaterialen voor drone-lichamen, wapenuitrusting, controlesystemen, lanceer- en herstelapparatuur en andere componenten. De stroomafwaartse markten zijn voornamelijk militair en civiel, met een focus op militaire toepassingen, maar omvatten ook wetenschappelijk onderzoek, landbouw, energie, transport, meteorologie en vele andere industrieën. Ook in de civiele sector is er een enorm ontwikkelingspotentieel.
Of het nu gaat om de samenwerking van DoorDash en Wing op het gebied van drone-bezorgdiensten in Virginia, de drone-lichtshow van Lego waarin de ontwerpen van ruimtevaartuigen voor kinderen worden getoond, het Britse plan om een drone-supersnelweg te bouwen of het initiatief van Aerodome om drones te gebruiken voor noodhulp op plaats delict, al deze voorbeelden demonstreren de de steeds wijdverbreidere toepassing van drones op verschillende terreinen. Zelfs een brutale botsing tussen twee landen uit het Midden-Oosten in 2020 benadrukte de belangrijke rol van drones, toen talloze omstanders zich via verschillende platformrapporten realiseerden dat de essentie van toekomstige ontwikkeling in drones ligt: degenen die drones besturen, zullen domineren! De komende 10 tot 20 jaar zullen naar verwachting een gouden periode zijn voor de ontwikkeling van drones, met een groeiende marktvraag en voortdurende doorbraken op het gebied van geavanceerde technologie, die een enorm groeipotentieel bieden.
Inleiding tot hardwarecomponenten en structuur van drones
1. FrameHet frame is het skelet van de drone en ondersteunt alle elektronische componenten. Zoals op de afbeelding te zien is, zijn alle elektronische componenten aan het frame bevestigd om goed te kunnen functioneren. De grootte van het frame onderscheidt zich door de wielbasis, waarbij grotere frames krachtigere motoren en grotere propellers vereisen; anders kan de drone niet opstijgen. Momenteel worden frames voornamelijk gemaakt van kunststof en koolstofvezel. Koolstofvezel heeft betere mechanische eigenschappen, maar is duurder.
2. Propellers
Propellers zijn van specifieke modellen en volgens fysieke principes is de rotatietraagheid van de propeller (ten opzichte van de rotatieas) ongeveer evenredig met de vijfde macht van de straal. Daarom reageren grotere propellers langzamer en zijn ze minder goed in staat hun bewegingstoestand (dat wil zeggen rotatiesnelheid) te veranderen. Propellers zijn er ook in versies met de klok mee en tegen de klok in. Wanneer een enkele propeller door de motor wordt aangedreven, genereert deze een kracht die ervoor zorgt dat de drone horizontaal langs de centrale as draait. Om dit tegen te gaan, moeten verschillende propellers zo worden ingesteld dat ze in verschillende richtingen draaien; anders zou een drone met meerdere rotoren na het opstijgen continu roteren. Op basis van dit principe kan de rotatiesnelheid echter worden gebruikt om de gierbeweging van de drone te regelen. Over het algemeen dragen kleinere propellers met hoge rotatiesnelheden bij aan een grotere stabiliteit, waardoor de drone stabieler kan vliegen, maar dit gaat ten koste van een korter uithoudingsvermogen.
3. Motoren
De motoren die in drones worden gebruikt, zijn gespecialiseerde driefasige borstelloze motoren. Deze motoren hebben drie aansluitingen (zonder positieve of negatieve polariteit, waardoor omgekeerde rotatie mogelijk is door twee willekeurige aansluitingen te verwisselen). Ze draaien in één richting, hebben een hoog vermogen, lage wrijving en kunnen een aanzienlijke lift bieden.
De KV-waarde van de motor geeft het aantal omwentelingen per minuut (RPM) aan dat de motor per volt zal maken in onbelaste toestand. Een motor van 400KV betekent bijvoorbeeld dat de motor bij 1V 400 keer per minuut draait zonder enige belasting.
Borstelloze motoren van dezelfde serie en fysieke afmetingen zullen verschillende KV-karakteristieken vertonen, afhankelijk van het aantal wikkelingen. Motoren met meer wikkelingen hebben een lagere KV-waarde, wat resulteert in een lagere maximale uitgangsstroom en een hoger koppel. Omgekeerd hebben motoren met minder wikkelwindingen een hogere KV-waarde, wat resulteert in een hogere maximale uitgangsstroom en een lager koppel.
Een hogere KV-waarde betekent echter niet altijd betere prestaties. Bij hetzelfde vermogen betekent een hogere KV-waarde dat de motor minder koppel levert. Daarom worden motoren met een hoge KV gecombineerd met kleinere propellers, en motoren met een lage KV met grotere propellers. Een motor van 380KV gebruikt bijvoorbeeld doorgaans een propeller met een diameter van 16 inch, terwijl een motor van 980KV een propeller met een diameter van 10 inch gebruikt. Nog hogere KV-motoren kunnen worden uitgerust met kleine propellers van 6 inch of 4 inch, of worden gebruikt als kanaalventilatoren (gebruikt in vliegtuigen met vaste vleugels, zoals straaljagers, voor voortstuwing aan de achterkant).
4. Elektronische snelheidsregelaars (ESC's)
Elektronische snelheidsregelaars (ESC's) zijn elektronische apparaten die PWM-besturingssignalen ontvangen en de snelheid van de motoren regelen. Ze kunnen PWM-signalen van een Pixhawk-vluchtcontroller of een signaalontvanger accepteren en vervolgens de rotatie van de motor regelen. Momenteel gebruiken drones met meerdere rotoren gewoonlijk het merk Hobbywing, waarbij de Letai-modellen speciaal zijn ontworpen voor gebruik met meerdere rotoren.
Zoals te zien is in de afbeelding, heeft de ESC drie soorten draden. De drie zwarte ronde connectoren (ook wel bananenstekkers genoemd, zoals weergegeven in de tweede afbeelding hierboven) worden aangesloten op de borstelloze motor, ongeacht de polariteit; het omkeren van twee willekeurige aansluitingen zal de draairichting van de motor omkeren. De lange, dikke zwarte en rode draden zijn aangesloten op de voeding, waarbij de zwarte draad is aangesloten op aarde (negatief) en de rode draad op Vcc (positief). Het is van cruciaal belang om deze verbindingen niet om te keren, omdat dit de ESC zal beschadigen wanneer er stroom wordt ingeschakeld.
Ten slotte zijn de gedraaide zwart-witte draden de signaaldraden, die stuursignalen ontvangen en de stroom regelen. De zwarte draad is de aarde en de witte draad is de signaallijn, die wordt aangesloten op de signaalontvanger of het uitgangsuiteinde van de vluchtcontroller.
5. Huidige Sensor
Een stroomsensor is niet zomaar een apparaat dat de huidige waarde weergeeft; het is een module die stroom levert aan de vluchtcontroller. Het wordt aangesloten op hoogspanningslithiumbatterijen en geeft een stabiele spanning af om de vluchtcontroller aan te drijven. De stroomsensor voor de Pixhawk 4 (zoals weergegeven in de afbeelding) integreert nog meer functies en dient als een hub voor het leveren van stroom aan de ESC's (die fungeert als een stroomverdeelbord) en als een adapterbord voor de vluchtcontroller (het verlengen van meerdere pinnen van de vluchtcontroller om de omvang ervan te helpen verkleinen).
6. Batterij
De batterij is de krachtbron van de drone, speciaal ontworpen voor een hoog ontladingsvermogen en efficiëntie. "1S" geeft een enkele lithiumbatterijcel in serie aan (drones gebruiken in serie geschakelde lithiumbatterijen). Een 3S-batterij bestaat bijvoorbeeld uit drie lithiumcellen in serie. Hoe groter de drone, hoe hoger de benodigde spanning. Een drone van 450-formaat gebruikt bijvoorbeeld doorgaans een 3S- of 4S-lithiumbatterij, een drone van 680-formaat gebruikt een 6S-lithiumbatterij, en zeer grote drones (met een wielbasis van meer dan 1000 mm) kunnen een 12S-lithiumbatterij gebruiken.
Elke lithiumbatterijcel heeft een volledige laadspanning van 4,2 V en een nominale spanning van 3,7 V. Wanneer de batterij de maximale spanning bereikt (4,2 V per cel), is deze daarom volledig opgeladen en wanneer deze de minimale spanning bereikt (3,7 V per cel), mag deze niet langer worden gebruikt om schade te voorkomen.
Toekomstige Trends van Drones
1.Logistiek en LeveringVan de snelle levering van alledaagse goederen tot het tijdig transporteren van medische noodvoorraden, en zelfs het optreden als "romantische boodschappers" die verrassingen en warmte bezorgen, de dronelogistiek en bezorgindustrie is stilletjes geïntegreerd in het dagelijks leven van mensen. Bedrijven als DoorDash en Wing zijn bijvoorbeeld al begonnen met het testen van dronebezorgdiensten om de snelheid en efficiëntie te verbeteren. In de toekomst zouden drones gangbare hulpmiddelen kunnen worden voor expresbezorging, vooral in stedelijke omgevingen en moeilijk bereikbare gebieden. ( Homepage | Defensebridge )
2. Publieke Veiligheid en Wetshandhaving
De toepassing van drones in de openbare veiligheid en rechtshandhaving breidt zich ook uit. Politieafdelingen kunnen drones gebruiken voor bewaking, tracking en noodhulp. Aerodome is bijvoorbeeld begonnen met het gebruiken van drones op misdaadlocaties om realtime video- en dataondersteuning te bieden. Deze technologie kan de efficiëntie en veiligheid van rechtshandhavingsinstanties verbeteren. ( MIT News ) ( Pilot Institute )
Drones hebben een aanzienlijk potentieel voor infrastructuurmonitoring en -onderhoud. Ze kunnen worden gebruikt om bruggen, pijpleidingen, elektriciteitsleidingen en gebouwen te inspecteren, en bieden efficiënte en kosteneffectieve oplossingen. In het Verenigd Koninkrijk zijn er bijvoorbeeld plannen om een drone-"superhighway" te bouwen ter ondersteuning van het gebruik van drones in logistiek en infrastructuurmonitoring. ( MIT News )
Landbouw is een ander belangrijk terrein voor dronetoepassingen. Drones kunnen worden ingezet voor gewasmonitoring, plaagbestrijding en precisiebemesting. Ze zijn in staat beelden en gegevens met een hoge resolutie te leveren, waardoor boeren hun opbrengsten kunnen verhogen en de verspilling van hulpbronnen kunnen verminderen.
Ook de toepassing van drones in entertainment en educatie neemt toe. Zo hield Lego een drone-lichtshow met ontwerpen van ruimteschepen voor kinderen. Dit toont het creatieve gebruik van drones in entertainment en educatie. ( Homepage | Defensebridge )
Drones zullen een belangrijke rol spelen in toekomstige slimme steden. Ze kunnen worden gebruikt voor verkeersmonitoring, milieubewaking en openbare diensten. Door integratie met Internet of Things (IoT)-apparaten kunnen drones realtime gegevens leveren om stadsbestuurders te helpen betere beslissingen te nemen. ( MIT News )
7. Technologische en regelgevingsontwikkelingen
Naarmate dronetechnologie vordert, zullen nieuwe algoritmen en kunstmatige intelligentietechnologieën de autonomie en efficiëntie van drones verder verbeteren. Nieuwe algoritmen die zijn ontwikkeld door MIT kunnen drones bijvoorbeeld helpen taken in complexe omgevingen efficiënter uit te voeren. ( Pilot Institute ) Bovendien zullen, naarmate de toepassingen van drones toenemen, gerelateerde regelgevingen en beleidsmaatregelen verder worden verfijnd om de veiligheid en privacybescherming van droneoperaties te waarborgen.
Drones zijn een belangrijke ondersteuning geworden voor de ontwikkeling van de economie op lage hoogte
Als leidende industrie in de laaggelegen economie hebben drones een jaarlijks groeipercentage van meer dan 20%, wat een nieuw groeipunt voor de nationale economie wordt. Ze bieden nieuwe middelen voor sociale openbare diensten en ondersteunen effectief de modernisering van de bestuurscapaciteiten en -systemen van de overheid. Drones bieden ook nieuwe ruimte voor regionale economische ontwikkeling, optimaliseren de regionale economische indeling en bevorderen driedimensionale regionale economische groei.
Het krachtig bevorderen van de ontwikkeling van de economie op lage hoogte helpt niet alleen de marktruimte uit te breiden, maar komt ook tegemoet aan de inherente vraag naar ontwikkeling van hoge kwaliteit. De economie op lage hoogte erft de traditionele vormen van de algemene luchtvaart, terwijl nieuwe productiediensten op lage hoogte worden geïntegreerd, ondersteund door drones. Het steunt op informatie- en digitale managementtechnologieën en vormt een zeer dynamische en creatieve alomvattende economische vorm die gecoördineerde ontwikkeling op meerdere terreinen mogelijk maakt en bevordert. Om een betere ontwikkeling van de economie op lage hoogte te bereiken, is openheid op lage hoogte een onvermijdelijke trend. Door stedelijke luchtwegen op lage hoogte te bouwen ter ondersteuning van de grootschalige en commerciële ontwikkeling van drone-toepassingen, wordt verwacht dat de economie op lage hoogte, vertegenwoordigd door drones, ook een nieuwe motor zal worden die de sociale en economische groei stimuleert.
