美軍無人機 資料圖片/版權(quán)屬于原作者
2017年2月，美國空軍實驗室(AFRL)發(fā)布安全、結(jié)構(gòu)可集成的新型電池信息征詢書(RFI)，旨在發(fā)展一款小無人機新型電池，實現(xiàn)小無人機的電池-機體結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，同時續(xù)航能力提升50%。
新型電池的功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，使得小無人機機架、機翼可被一個安全、結(jié)構(gòu)可集成的新型電池代替，可使無人機的質(zhì)量減小，續(xù)航能力及能量利用率大幅度提高。如電池機翼一體化，要求機翼在滿足飛行強度及氣動要求的同時，還要充當(dāng)無人機電池，具備儲電能力。
新型電池面臨三方面挑戰(zhàn)：①耐用性，在力學(xué)應(yīng)變作用下，電化學(xué)性能退化最低;②安全性，為確保安全，電池結(jié)構(gòu)需具備可靠的機械魯棒性;③與SUAS的彈性組合和集成，包括SUAS表面的電線電極固化、電池的裝配封裝。SUAS需輕量化，用較高強度材料設(shè)計，便于組裝和拆卸。
最高目標(biāo)：①通過開發(fā)薄膜式、可再充電的、高能量存儲的電池(>300 Wh/kg))，增加Group 1 SUAS續(xù)航能力，例如RQ-20A“美洲獅”的續(xù)航能力增加50%;②高度集成，通過結(jié)構(gòu)覆蓋或結(jié)構(gòu)替換，實現(xiàn)高能量存儲電池與機翼的一體化設(shè)計;③新型電池需滿足Group 1 SUAS飛行時的機械強度要求。
AFRL向工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、智庫等征詢信息，以幫助此領(lǐng)域未來的投資。歡迎響應(yīng)者回答以下提出的問題：
● 多功能電池需要權(quán)衡什么性能?
● 多功能一體化電池需要權(quán)衡什么性能?
● 新型電池在小無人機不同部位的機械極限是多少?
● 有沒有已完成的小無人機/飛機電池或相關(guān)電源的機械載荷模型?
● 以前關(guān)于太陽能機翼的工作有什么可用于新型電池?
● 新型電池可能帶來的環(huán)境影響是什么?
● 哪種現(xiàn)有小無人機的材料可與安全電池結(jié)合?
● 功能結(jié)構(gòu)一體化電池預(yù)期的重量和體積?
● 非國防領(lǐng)域(海洋、汽車、風(fēng)力)有加工方法可以支持這個概念嗎?如果有，是否知道使用此種工藝用在飛行器上對重量和成本的影響?
● 如何調(diào)整傳統(tǒng)航空航天加工方法，用于這種新的設(shè)計和維護環(huán)境?
● 有沒有現(xiàn)成的成本模型用于準(zhǔn)確地給出新加工和組裝工藝對系統(tǒng)成本的影響?如果沒有，建議如何研究此類成本工具?
● 有什么方法可以權(quán)衡系統(tǒng)的可靠性、安全性和成本?如果沒有，什么研究可以實現(xiàn)這些權(quán)衡?
● 使用了功能結(jié)構(gòu)一體化電池的小無人機例如RQ-20A“美洲獅”預(yù)期可提升多少續(xù)航時間?
● 如何進(jìn)行集電器和電池管理/監(jiān)測?
結(jié)語
AFRL一直致力于小無人機功能結(jié)構(gòu)一體化的研發(fā)。2012年，AFRL將太陽能電池安裝在“大烏鴉”無人機的上翼表面，使其動力增加90%，飛行續(xù)航能力提高60%。2016年，AFRL將50根噴涂天線用于“虎鯊”無人機，使其與機身一體化。此外，AFRL已利用碳納米管研發(fā)出人造發(fā)絲傳感器，這種傳感器可以嵌入無人機的外殼中，讓無人機感受到周圍的氣流——提供一種被稱為“憑著感覺飛行”的能力。
功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計可解決小型空中無人平臺續(xù)航時間短、航程近、有效載荷搭載能力不足等現(xiàn)實問題，從平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計層面，滿足無人機“蜂群”作戰(zhàn)對小無人機發(fā)展的需求，促進(jìn)“蜂群”作戰(zhàn)能力的形成。2016年DARPA發(fā)布了小無人機“綜合射頻技術(shù)”(CONCERTO)項目，旨在集成子系統(tǒng)功能，減少成本、質(zhì)量、體積、功耗，提高機體空間利用率。未來，功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計是小無人機發(fā)展的重要方向，值得進(jìn)一步關(guān)注。
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