Drönarnas historiska utveckling
Utvecklingen av drönare började kort efter första världskrigets slut. Efter andra världskriget konverterade många militära makter runt om i världen självständigt olika pensionerade stridsflygplan till måldrönare, en åtgärd som inledde den moderna utvecklingen av drönare. Med framsteg inom elektronik visade drönare alltmer sin överlägsenhet i spaningsuppdrag. Till exempel använde USA:s militär under Vietnamkriget ofta drönare för att spana på högt värderade eller tungt försvarade mål på slagfältet.
Senaste branschutvecklingen
"2024 års 8:e världskonferens för drönare och internationella lågflygande ekonomi- och obemannade systemmässa / 9:e Shenzhen internationella drönarutställning / utställning för autonom körning och obemannad fordonsteknologi," med temat "Lågflygande ekonomi, framtiden är här," avslutades framgångsrikt i slutet av maj i Shenzhen, drönarhuvudstaden. Konferensen samlade över 10 000 branschexperter, forskare och entreprenörer från mer än 110 länder och regioner. Evenemanget innehöll över 30 parallella forum och mer än 60 produkt- och teknikutbytesmöten, med ämnen som drönare och lågflygande ekonomi, lågflygande digital transport, lågflygande flygtjänster, eVTOL-teknologisk innovation och tillämpning, öppenhet och förvaltning av lågflygande luftrum, logistiknöddrönare, AI-robotar, bemannade obemannade luftfarkoster, lågflygande flygande bilar, låg-hastighets obemannade fordon och vattenbaserade obemannade system.
För närvarande är drönarindustrin också en ny högteknologisk sektor som involverar många områden, från produktforskning och utveckling, produktion och tillverkning, till industrianvändning, förvaltning och tjänster. Industrikedjan spänner över många högteknologiska områden. Uppströms inkluderar främst nya material såsom kompositmaterial för drönarkroppar, vapenbärande utrustning, styrsystem, start- och återvinningsanordningar samt andra komponenter. Nedströmsmarknaderna är huvudsakligen militära och civila, med fokus på militära tillämpningar, men inkluderar även vetenskaplig forskning, jordbruk, energi, transport, meteorologi och många andra branscher. Det finns stor utvecklingspotential även inom den civila sektorn.
Oavsett om det är DoorDash och Wings samarbete om drönarleveranser i Virginia, Legos drönarljusskådespel som visar barns rymdfarkostdesigner, Storbritanniens plan att bygga en drönar-"motorväg" eller Aerodomes initiativ att använda drönare för nödsituationer vid brottsplatser, visar alla dessa exempel den alltmer utbredda användningen av drönare inom olika områden. Även en brutal konflikt mellan två mellanöstliga länder 2020 belyste drönarnas betydande roll, då otaliga åskådare genom olika plattformsrapporter insåg att framtidens utveckling ligger i drönare: de som kontrollerar drönare kommer att dominera! De kommande 10-20 åren förväntas bli en gyllene period för drönarutveckling, med ökande marknadsefterfrågan och kontinuerliga genombrott inom högteknologi, vilket erbjuder enorm tillväxtpotential.
Introduktion till drönarens hårdvarukomponenter och struktur
1. Ram
Ramen är drönarens skelett och stödjer alla elektroniska komponenter. Som visas på bilden är alla elektroniska komponenter fastsatta på ramen för att fungera korrekt. Ramens storlek skiljs åt av hjulbasen, där större ramar kräver kraftfullare motorer och större propellrar; annars kan inte drönaren lyfta. För närvarande är ramar huvudsakligen gjorda av plast och kolfiber. Kolfiber har bättre mekaniska egenskaper men är dyrare.
2. Propellrar
Propellrar är av specifika modeller, och enligt fysikaliska principer är propellerns rotationsineria (relativt rotationsaxeln) ungefär proportionell mot radien upphöjt till femte potens. Därför svarar större propellrar långsammare och har mindre förmåga att ändra sitt rörelsetillstånd (dvs. rotationshastighet). Propellrar finns också i medurs och moturs versioner. När en enda propeller drivs av motorn genererar den en kraft som får drönaren att rotera horisontellt längs den centrala axeln. För att motverka detta måste olika propellrar ställas in att rotera i olika riktningar; annars skulle en multirotor-drönare kontinuerligt rotera efter start. Men baserat på denna princip kan rotationshastigheten användas för att kontrollera drönarens yaw-rörelse. Generellt bidrar mindre propellrar med hög rotationshastighet till ökad stabilitet, vilket gör att drönaren kan flyga mer stadigt, men detta sker på bekostnad av kortare uthållighet.
3. Motorer
Motorerna som används i drönare är specialiserade trefas borstlösa motorer. Dessa motorer har tre terminaler (utan positiv eller negativ polaritet, vilket möjliggör omvänd rotation genom att byta plats på två terminaler). De roterar i en riktning, har hög effekt, låg friktion och kan ge betydande lyftkraft.
Motorns KV-värde anger antalet varv per minut (RPM) som motorn gör per volt när den är utan belastning. Till exempel betyder en 400KV-motor att vid 1V kommer motorn att snurra 400 varv per minut utan någon belastning.
Borstlösa motorer av samma serie och fysiska dimensioner uppvisar olika KV-egenskaper beroende på antalet lindningsvarv. Motorer med fler lindningsvarv har ett lägre KV-värde, vilket resulterar i en lägre maximal utgångsström och högre vridmoment. Omvänt har motorer med färre lindningsvarv ett högre KV-värde, vilket ger en högre maximal utgångsström och lägre vridmoment.
Men ett högre KV-värde betyder inte alltid bättre prestanda. Med samma effekt innebär ett högre KV-värde att motorn ger mindre vridmoment. Därför paras motorer med högt KV med mindre propellrar, och motorer med lågt KV paras med större propellrar. Till exempel använder en 380KV-motor vanligtvis en propeller med 16 tum i diameter, medan en 980KV-motor använder en propeller med 10 tum i diameter. Ännu högre KV-motorer kan utrustas med små propellrar på 6 tum eller 4 tum, eller användas som ducted fans (används i flygplan med fast vinge, som stridsflygplan, för bakåtdrivning).
4. Elektroniska hastighetsregulatorer (ESC)
Elektroniska hastighetsregulatorer (ESC) är elektroniska enheter som tar emot PWM-styrsignaler och reglerar motorernas hastighet. De kan ta emot PWM-signaler från en Pixhawk-flygkontroller eller en signalmottagare och sedan styra motorns rotation. För närvarande använder multirotor-drönare vanligtvis märket Hobbywing, med Letai-modellerna specifikt designade för multirotoranvändning.
Som visas på bilden har ESC tre typer av kablar. De tre svarta cirkulära kontakterna (kända som bananpluggar, som visas på den andra bilden ovan) ansluts till borstlösa motorn utan hänsyn till polaritet; att byta plats på två av anslutningarna kommer att vända motorns rotationsriktning. De långa, tjocka svarta och röda kablarna ansluts till strömkällan, där den svarta kabeln är jord (negativ) och den röda kabeln är Vcc (positiv). Det är avgörande att inte byta plats på dessa anslutningar, eftersom det kommer att skada ESC:n när strömmen slås på.
Slutligen är de tvinnade svarta och vita kablarna signalkablar, som tar emot styrsignaler och reglerar strömmen. Den svarta kabeln är jord, och den vita kabeln är signallinjen, som ansluts till signalmottagaren eller utgången på flygkontrollern.
5. Strömsensor
En strömsensor är inte bara en enhet som visar strömvärdet; det är en modul som förser flygkontrollern med ström. Den ansluts till högspänningslitiumbatterier och ger en stabil spänning för att driva flygkontrollern. Strömsensorn för Pixhawk 4 (som visas på bilden) integrerar ännu fler funktioner, fungerar som en nav för att förse ESC:erna med ström (likt en strömfördelningsplatta) och som en adapterplatta för flygkontrollern (förlänger flera stift från flygkontrollern för att hjälpa till att minska dess storlek).
6. Batteri
Batteriet är drönarens strömkälla, speciellt utformat för hög urladdningseffekt och effektivitet. "1S" indikerar en enda litiumbattericell i serie (drönare använder litiumbatterier kopplade i serie). Till exempel består ett 3S-batteri av tre litiumceller i serie. Ju större drönaren är, desto högre spänning krävs. Till exempel använder en drönare i storlek 450 vanligtvis ett 3S- eller 4S-litiumbatteri, en drönare i storlek 680 använder ett 6S-litiumbatteri, och mycket stora drönare (med hjulbas över 1000 mm) kan använda ett 12S-litiumbatteri.
Varje litiumbattericell har en full laddningsspänning på 4,2 V och en nominell spänning på 3,7 V. Därför, när batteriet når sin maximala spänning (4,2 V per cell), är det fulladdat, och när det når sin minimala spänning (3,7 V per cell) bör det inte längre användas för att förhindra skador.
Drönarnas framtida trender
1. Logistik och leverans
Från snabb leverans av vardagsvaror till snabb transport av medicinska nödförnödenheter, och till och med som "romantiska budbärare" som levererar överraskningar och värme, har drönarlogistik- och leveransindustrin tyst integrerats i människors dagliga liv. Till exempel har företag som DoorDash och Wing redan börjat testa drönarleveranstjänster för att öka hastighet och effektivitet. I framtiden kan drönare bli vanliga verktyg för expressleverans, särskilt i urbana miljöer och svåråtkomliga områden. (Homepage | Defensebridge)
2. Allmän säkerhet och brottsbekämpning
Användningen av drönare inom allmän säkerhet och brottsbekämpning ökar också. Polismyndigheter kan använda drönare för övervakning, spårning och nödsituationer. Till exempel har Aerodome börjat använda drönare vid brottsplatser för att tillhandahålla realtidsvideo och datastöd. Denna teknik kan förbättra effektiviteten och säkerheten för brottsbekämpande myndigheter.(MIT News) (Pilot Institute)
3. Infrastrukturövervakning och underhåll
Droner har stor potential inom infrastrukturövervakning och underhåll. De kan användas för att inspektera broar, pipelines, kraftledningar och byggnader, och erbjuder effektiva och kostnadseffektiva lösningar. Till exempel finns det i Storbritannien planer på att bygga en dron-"motorväg" för att stödja användningen av droner inom logistik och infrastrukturövervakning.(MIT News)
4. Jordbruk
Jordbruk är ett annat viktigt område för dronanvändning. Droner kan användas för grödövervakning, skadedjurshantering och precisionsgödsling. De kan tillhandahålla högupplösta bilder och data, vilket hjälper bönder att öka skördarna och minska resursavfall.
5. Underhållning och utbildning
Användningen av droner inom underhållning och utbildning ökar också. Till exempel höll Lego en dronljusshow som visade barnens rymdfarkostdesigner. Detta visar på kreativ användning av droner inom underhållning och utbildning.(Homepage | Defensebridge)
6. Smarta städer
Droner kommer att spela en viktig roll i framtidens smarta städer. De kan användas för trafikövervakning, miljöövervakning och offentliga tjänster. Genom att integreras med Internet of Things (IoT)-enheter kan droner tillhandahålla realtidsdata för att hjälpa stadens chefer att fatta bättre beslut. (MIT News)
7. Teknologiska och regulatoriska utvecklingar
När drönarteknologin utvecklas kommer nya algoritmer och artificiell intelligens-teknologier ytterligare att förbättra drönarnas autonomi och effektivitet. Till exempel kan nya algoritmer utvecklade av MIT hjälpa drönare att hantera uppgifter i komplexa miljöer mer effektivt.(Pilot Institute) Dessutom, i takt med att drönaranvändningarna expanderar, kommer relaterade regler och policyer att fortsätta förfinas för att säkerställa säkerheten och integritetsskyddet för drönaroperationer.
Drönare har blivit ett viktigt stöd för utvecklingen av lågaltitudekonomin
Som ledande industri inom lågaltitudekonomin har drönare en årlig tillväxttakt på över 20 % och blir en ny tillväxtpunkt för den nationella ekonomin. De tillhandahåller nya medel för sociala offentliga tjänster och stödjer effektivt moderniseringen av regeringens styrningsförmåga och system. Drönare erbjuder också nytt utrymme för regional ekonomisk utveckling, optimerar den regionala ekonomiska strukturen och främjar tredimensionell regional ekonomisk tillväxt.
Att kraftfullt främja utvecklingen av lågaltitudekonomin hjälper inte bara till att utöka marknadsutrymmet utan möter också det inneboende behovet av högkvalitativ utveckling. Lågaltitudekonomin ärver traditionella allmänna flygmetoder samtidigt som den integrerar nya lågaltidutsproduktions tjänster som stöds av drönare. Genom att förlita sig på informations- och digitala hanteringsteknologier bildar den en mycket dynamisk och kreativ omfattande ekonomisk form som rymmer och främjar samordnad utveckling över flera områden. För att uppnå bättre utveckling av lågaltitudekonomin är lågaltitudöppenhet en oundviklig trend. Att bygga urbana lågaltitudflygvägar för att stödja storskalig och kommersiell utveckling av drönaranvändningar förväntas lågaltitudekonomin representerad av drönare också bli en ny motor som driver social och ekonomisk tillväxt.
