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最新消息| 承認吧,你的電源設計并沒有做到最好… | 2022-07-12 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://www.eet-china.com/news/201812270641.html" 在許多較大型的系統設計中，通常存在多種提供基礎電源的可能性和方法。例如，你可以先在電力與碳氫化合物之間做一個初步的選擇，然后再進一步決定細節：搜尋與采集太陽能、風力、天然氣、丙烷、甲烷、壓縮空氣......等等族繁不及備載。然而，假設傳統上使用的電源會是正確的選擇也很正常，特別是當設計團隊擁有采用該方法的一些經驗。然而，成功的系統設計可能還需要確認數字，重新評估情況并保持客觀。如果數字看來并不支持，就必須避免采用一些時下流行或自我感覺良好的解決方案。最近有兩個例子，恰巧都來自美國麻省理工學院(MIT)或許這也并非巧合，均顯示了毫無偏頗的思維如何成功實現創新的系統級設計。第一項設計是無人機，其目標是讓無人機在承載約20磅(9公斤)的正常負重下，持續在高空停留五天。該無人機的設計目的在于作為機載通訊節點，當現有系統因暴風雨、洪水、地震和其他災害而無法運行時，讓無人機承載設備(蜂窩網絡、電話、無線電、互聯網)并停留于空中以建立備援聯機。負責該計劃的MIT研究團隊(圖1)一開始先考慮使用太陽能解決方案。畢竟，這個方法已經成功用于其他長期任務了。然而，當他們真正展開實際操作過程后，他們發現太陽能并不是最佳辦法。以太陽能為基礎的電力系統需要更重的電池來儲存夜間、云端或高緯度部署時的多余電量(如果有的話)。因此，他們最后決定采用約有5匹馬力(hp)引擎的傳統汽油動力途徑。MIT叢林貓頭鷹(JungleHawkOwl)計劃研究團隊展示翼展約24英呎(7.3公尺)寬的輕型滑翔機（來源：MIT）MIT在其發布的《工程師設計可在高空中停留五天的無人機》(Engineersdesigndronesthatcanstayaloftforfivedays)一文中討論到關鍵的設計和模擬工具GPkit，這是由MIT教授WarrenHoburg開發的，讓工程師能夠針對特定限制或任務要求，確定車輛的最佳設計決策或尺寸。該工具也讓研究團隊可以同時考慮大約200種限制和實體模型，并將它們組合在一起打造最佳的飛機設計，并且評估各種主要的設計權衡。該團隊的最終設計出稱為叢林貓頭鷹(JungleHawkOwl)的固定翼無人機，其重量不到150磅(68公斤)，可可松攜帶10-20磅的通訊設備留空長達5天時間(圖2)。這架固定翼無人機是從移動中的車頂起飛。當汽車達到最佳起飛速度時，釋放JungleHawkOwl的夾具后，這架無人機即開始騰空起飛（來源：MIT）MIT叢林貓頭鷹固定翼無人機在2017年5月4日首航…（來源：MIT）另一個例子來自一支從MIT獨立而出的研究團隊TopFlightTechnologies，該公司開發出一款結合不同供電組合的新型無人機，目前并正為其實現商用化。這款新型的無人機設計試圖結合兩種動力世界之最：汽油和電力(圖4)。事實上，研究人員模擬混合動力車(HEV)采用直接混合(straight-hybrid)架構的途徑，即以汽油引擎發電，然后再用于為馬達、電子裝置等各種汽車需求提供動力。(在一些HEV使用更復雜的并聯途徑中，汽油引擎和電動馬達有時可同時用于動力傳動系統，實際情況取決于充電和燃料狀態、負載條件以及其他因素。這種作法可能會更有效率，但也更難以控制而導致機械和重量折衷的問題。）從MIT獨立而出的TopFlightTechnologies開發了混合汽油電力的新型混合動力無人機，其續航力、有效載重以及供電都明顯增加了，并超過僅限使用電池供電的同類產品（來源：TopFlightTechnologies）采用所謂的直接混合架構十分合理，因為它讓馬達進行全電子式智能控制，這部份任務在電力領域中更容易且有效率地完成。當然，它在汽油引擎階段和電力電源軌之間還存在著耗損的權衡，但是，透過更有效控制以及提高純電動驅動的效率，則有助于抵消這些損耗。這樣的工程權衡很有意思，它需要更詳細的系統分析。在MIT發表的《混合動力無人機飛得更遠載重更輕松》(Hybriddronescarryheavierpayloadsforgreaterdistances)中，詳細介紹了關于熱問題的一些有趣觀點。很顯然地，無人機的引擎必須設計得小巧輕便，這為工程師帶來了與過度振動和過熱有關的重大技術挑戰。該研究團隊開發出一種新的引擎變速箱發電機組合，以滿足系統的優先選擇。TopFlightTechnologies共同創辦人、首席執行官兼首席技術官LongPhan說：如果你一直讓它過熱飛行，引擎通常真的會逐漸融化。因此，他解釋，研究團隊為此使用了各種讓熱得以控制或轉移的技術，例如策略性地加進小型風扇、散熱片和橡膠減震器，最終解決了這些問題，并在一般的無人機上打造了一個混合動力引擎原型。根據研究人員的計算后預測，這架混合動力無人機大約可持續飛行一小時，然而，它實際上卻飛行了將近2.5小時，載重約20磅(9公斤)，實際續航力達到100英哩(160公里)。坦白說，對于研究人員作出這樣的預測誤差雖然結果看起來更好讓我深感疑惑。難道是他們在建模時過于謹慎？或者是還有許多不確定因素和容錯造成？我真的想知道更多內幕！對于長程的中型無人機采用汽油引擎還是純動力較優？以及短程的混合動力無人機你有何看法？編譯：SusanHong，EETTaiwan 關鍵字標籤：dc power supply manufacturer |
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