Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Исследование устройств для зарядки БПЛА и способов ее реализации
Жуков Д.Р. студент 2 курса, напр. «Электроэнергетика и электротехника»
Михайлов В.А. студент 2 курса, напр. «Электроэнергетика и электротехника»
г. Казань, Россия
Аннотация
В данном научном обзоре рассмотрена тема зарядки беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Представлены различные устройства и способы зарядки, их изображения, тенденции дальнейшего развития.
Ключевые слова: зарядная станция, БПЛА, аккумулятор, автоматическая зарядка, источник энергии.
Abstract
Zhukov D.R.
Kazan National Research Technical University (Kazan, Russia)
Mikhailov V.A.
Kazan National Research Technical University (Kazan, Russia)
DEVICE RESEARCH FOR CHARGING UAV AND METHODS ITS IMPLEMENTATION
This scientific review discusses the topic of charging unmanned aerial vehicles (UA Vs). Various devices and charging methods, their images, and trends in further development are presented.
Keywords: charging station, aerial vehicle, battery, automatic charging, source of energy.
Базовая станция.
Сегодня БПЛА -- это очень практичные и нужные устройства, однако они имеют несколько основных недостатков:
быстрая разрядка батареи,
долгая зарядка,
постоянное участие человека при работе с агрегатами.
В 21 веке человечество решило две проблемы из трёх путем создания зарядной станции для дронов, и наравне с этим было написано программное обеспечение для БПЛА.
Высокое потребление энергии двигателями БПЛА вынуждает использования батарей немаленькой емкости, которые чаще всего обладают большим весом и не позволяют проводить долгое время в полете. Так, с увеличением длительности полетных заданий, использование надежной и достаточно распределенной системы станций подзарядки представляет одну из главных ролей при обеспечении автономной работы БПЛА.
Блок автоматической зарядки аккумуляторов БПЛА интегрирован с системой автоматизированного управления и предназначен для автоматической подзарядки БПЛА во время их хранения.
Если система определяет необходимость подзарядки аккумуляторов, БПЛА перемещается на поворотной платформе в зону хранения. Далее система регулирует климат для обеспечения оптимальной температуры для подзарядки. После этого блок автоматизированного управления запускает процесс подзарядки аккумуляторов БПЛА.
Рисунок 1. Базовая станция.
Рассмотрим такую станцию зарядки на рисунке 1:
Короб,
Поворотный механизм,
Поворотная платформа,
БПЛА,
Узел автоматизированного управления,
Средства обслуживания.
Основные положения поворотной платформы показаны на рисунке 2, где схематично изображены:
а) Положение хранения БПЛА - «в коробе»,
б) Положение старта БПЛА - «снаружи».
а) 6)
Рисунок 2. Основные положения платформы.
Стандартная базовая станция может быть не всегда удобна. Иногда ее характеристики не подходят под заданные условия. По этой причине было разработано еще несколько видов зарядки для БПЛА. Мы рассмотрим такие как: зарядка от провода воздушной ЛЭП, автономная зарядная станция и беспроводная зарядка.
Зарядка от провода воздушной линии электропередачи (ЛЭП)
БПЛА приземляется на специальную платформу, расположенную на высоковольтной линии электропередачи. На внешней поверхности БПЛА находится размыкаемый кольцевой магнитопровод. При контакте магнитопровода с проводами линии электропередачи переменного тока во вторичной катушке магнитопровода индуцируется ЭДС, которая используется для зарядки аккумуляторов БПЛА.
На рисунке 3 представлено устройство такой станции:
Рисунок 3. Устройство зарядки от провода воздушной ЛЭП.
Зарядная станция,
Воздушная ЛЭП,
Основание,
Посадочная платформа,
БПЛА,
Рама для посадочной платформы,
Места крепления оборудования,
Многогранная воронка для установки БПЛА,
Плоская катушка индуктивности с воздушным сердечником,
Генератор знакопеременных импульсов,
Приемная катушка индуктивности,
Направляющие,
Адаптер беспроводной зарядки,
Рейки,
Устройство отбора мощности,
Аккумуляторная батарея,
Выпрямитель,
Система заряда и защиты аккумуляторных батарей,
Преобразователь напряжения,
Дополнительная нагрузка,
Крепления.
Автономная зарядная станция.
Зарядная станция для БПЛА будет использовать солнечную энергию в качестве источника питания. Зарядка с помощью этой станции будет осуществляться автоматически, без участия человека.
Станция будет оснащена фотоэлектрической панелью и специальной площадкой. Соответственно, БПЛА должны быть оборудованы специальными опорами с электрическими контактами для прямой зарядки.
Рисунок 4. Изображение автономной зарядной станции.
Беспроводная зарядка.
Данный способ зарядки осуществляется при помощи явления магнитного резонанса. Система подзарядки состоит из двух магнитных катушек: одна установлена на зарядной станции, а другая -- на борту БПЛА. Когда БПЛА приближается к станции, катушка на ней резонирует с катушкой БПЛА, индуцируя в ней электрическое напряжение. Полученное напряжение может быть использовано для питания бортовых систем или зарядки аккумулятора БПЛА.
Рисунок 5. Изображение беспроводной зарядки.
Заключение
Таким образом, мы смело можем сказать, что с каждым годом разработки БПЛА будут становиться лишь востребованнее и полезнее, а развитие технологий зарядки будет продолжаться в следующих направлениях: зарядка беспилотный летательный электропередача
Повышение автономности и удобства,
Более быстрые и эффективные методы зарядки,
Интеграция с другими технологиями, такими как искусственный интеллект и машинное обучение.
Список литературы
1. Патент № 2811167. Устройство для зарядки БПЛА от провода воздушной линии электропередачи: № 2023123267: заявл. 07.09.2023: опубл. 11.01.2024 / П.Е. Камнев, В. А. Кинер, А. В. Лемех [и др.], заявитель, патентобладатель ООО «Лаборатория будущего» // Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU: [сайт].
2. Патент № 185019. Базовая станция с функцией зарядки батареи беспилотного летательного аппарата: № 2018124543: заявл. 05.07.2018: опубл. 19.11.2018 / А.В. Пилюгин, заявитель, патентобладатель ПАО «МРСК Центра» // Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU: [сайт].
3. Березина, Л.С. Автономная зарядная станция для беспилотных летательных аппаратов / Л.С. Березина, Н.Э. Никитин - Текст: электронный // - 2020.-Т.17, №2 - 1 (20). -С.17-19.
4. Патент № 2775272. Автономная зарядная станция для беспилотных летательных аппаратов: № 2021129445: заявл. 08.10.2021: опубл. 29.06.2022 / А.Е. Шайдеров, заявитель, патентобладатель ООО «Империус Групп» // Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU: [сайт].
5. Фетисов, В.С. Зарядный терминал для беспилотных летательных аппаратов на основе матрицы контактных площадок / В.С. Фетисов, Ш.Р. Ахмеров, А.И. Мухаметзянова - Текст: электронный // -2012.- №11 (66). -С.206- 208.