歲啟新章，春祺送暖！值此辭舊迎新之際，哈工大鄭高院以“科技賀歲 成果拜年”為序，向各界朋友致以最誠(chéng)摯的新春祝福！作為地方重要的創(chuàng)新中心，我院始終立足科技前沿、深耕產(chǎn)業(yè)沃土。為搭建我院科研與省市產(chǎn)業(yè)的對(duì)接橋梁，讓創(chuàng)新活力轉(zhuǎn)化為地方發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)能，春節(jié)期間，我們將陸續(xù)呈現(xiàn)一批優(yōu)質(zhì)科研成果，歡迎聯(lián)系合作。

本期為您帶來(lái)的是新能源車(chē)輛先進(jìn)動(dòng)力與能源研究所研發(fā)的面向低空經(jīng)濟(jì)的無(wú)人機(jī)無(wú)線充電技術(shù)。

一 、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

新能源車(chē)輛先進(jìn)動(dòng)力與能源研究所圍繞無(wú)人機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間自主作業(yè)過(guò)程中普遍面臨的續(xù)航受限、人工值守依賴(lài)高以及多機(jī)型適配困難等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，構(gòu)建了一套以磁耦合無(wú)線電能傳輸為核心的無(wú)人機(jī)無(wú)線補(bǔ)能體系。

系統(tǒng)將高頻無(wú)線充電技術(shù)、自動(dòng)歸中?？拷Y(jié)構(gòu)以及遠(yuǎn)程通信控制模塊進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)，使無(wú)人機(jī)在完成既定任務(wù)后能夠自主降落并完成免接觸補(bǔ)能，從而實(shí)現(xiàn)“降落即補(bǔ)能、補(bǔ)能即再起飛”的連續(xù)作業(yè)模式。

該體系并非單一設(shè)備，而是一種融合能源傳輸、結(jié)構(gòu)機(jī)械與數(shù)據(jù)通信能力的綜合基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)，在保證充電效率與環(huán)境適應(yīng)能力的同時(shí)，大幅降低人工參與度與運(yùn)維復(fù)雜度。

▲成果介紹

▲無(wú)人機(jī)無(wú)線充電原理圖

▲無(wú)線充電停機(jī)坪/機(jī)庫(kù)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案

二、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在性能表現(xiàn)方面，該系統(tǒng)在高效率能量傳輸與結(jié)構(gòu)輕量化之間取得了較為均衡的工程效果，使其既能夠滿足工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)的補(bǔ)能需求，又不會(huì)對(duì)飛行平臺(tái)本身形成明顯負(fù)載壓力。

實(shí)際測(cè)試中，無(wú)線充電效率可穩(wěn)定維持在90%以上，在部分工況下峰值效率可進(jìn)一步提升；充電功率覆蓋數(shù)百瓦至千瓦級(jí)區(qū)間，能夠支撐中大型多旋翼無(wú)人機(jī)的快速補(bǔ)能需求。

與此同時(shí)，機(jī)載接收端重量控制在百克量級(jí)，對(duì)飛行姿態(tài)與續(xù)航時(shí)間的影響極小。在環(huán)境適應(yīng)能力方面，系統(tǒng)整體防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP56標(biāo)準(zhǔn)，可在戶(hù)外雨雪、沙塵及高濕環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行。

與目前部分依賴(lài)觸點(diǎn)接觸式充電或機(jī)械換電結(jié)構(gòu)的同類(lèi)產(chǎn)品相比，本系統(tǒng)在適配范圍與運(yùn)維可靠性方面表現(xiàn)出更為明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。

一方面，其無(wú)線補(bǔ)能方式避免了觸點(diǎn)氧化、機(jī)械磨損等問(wèn)題，長(zhǎng)期穩(wěn)定性更高；另一方面，在機(jī)型兼容層面可覆蓋市面上絕大多數(shù)主流工業(yè)無(wú)人機(jī)，而不局限于單一品牌或?qū)Ｓ眯吞?hào)。在功率輸出能力上，常規(guī)工作區(qū)間明顯高于部分以百瓦級(jí)為主的競(jìng)品設(shè)備，同時(shí)在防護(hù)等級(jí)上也優(yōu)于部分僅適用于半室內(nèi)環(huán)境的產(chǎn)品形態(tài)。

整體來(lái)看，該系統(tǒng)在效率、適配性與環(huán)境可靠性之間形成了較為均衡且實(shí)用的技術(shù)組合，而不是單一指標(biāo)的極端堆疊。團(tuán)隊(duì)在無(wú)線電能傳輸及無(wú)人系統(tǒng)交叉領(lǐng)域已形成持續(xù)性的技術(shù)積累，有多篇相關(guān)專(zhuān)利布局、論文成果，并且本成果已通過(guò)第三方CMA認(rèn)證，有較高的工程化能力與技術(shù)成熟度。

▲關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

▲相關(guān)成果

三、應(yīng)用場(chǎng)景

在應(yīng)用層面，該系統(tǒng)既可服務(wù)于政府及國(guó)企主導(dǎo)的長(zhǎng)周期固定任務(wù)場(chǎng)景，也適用于商業(yè)化高頻次應(yīng)用環(huán)境。

在電力巡檢、邊防巡邏、應(yīng)急監(jiān)測(cè)等任務(wù)中，通過(guò)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布設(shè)無(wú)線充電停機(jī)坪，無(wú)人機(jī)能夠在無(wú)需人工干預(yù)的情況下完成周期性起降與補(bǔ)能，大幅減少值守成本并提高連續(xù)作業(yè)能力。

在商業(yè)應(yīng)用方向，如物流園區(qū)巡查、港口安全巡邏及城市末端配送等場(chǎng)景，多機(jī)協(xié)同與陣列式停機(jī)坪部署方式可以顯著提升作業(yè)頻次與響應(yīng)效率。

在復(fù)雜地域條件下，無(wú)線補(bǔ)能模式相較于傳統(tǒng)人工更換電池方式更具穩(wěn)定性與安全性，尤其在山區(qū)、高寒地區(qū)、海島以及風(fēng)沙環(huán)境中，其減少人工暴露時(shí)間與降低操作風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)勢(shì)更為突出。通過(guò)多節(jié)點(diǎn)接力式部署，可在多個(gè)固定補(bǔ)能點(diǎn)之間形成連續(xù)航線，使無(wú)人機(jī)在執(zhí)行長(zhǎng)距離巡檢或大范圍巡邏任務(wù)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)能與持續(xù)飛行，整體作業(yè)模式由“單次任務(wù)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把h(huán)任務(wù)”，從而顯著延長(zhǎng)有效工作半徑并提升任務(wù)覆蓋效率。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)可接入低空智聯(lián)管理云平臺(tái)，對(duì)無(wú)人機(jī)電量狀態(tài)、飛行姿態(tài)、實(shí)時(shí)位置及飛行路徑進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與可視化調(diào)度，使設(shè)備層能力進(jìn)一步延伸至數(shù)據(jù)管理與任務(wù)統(tǒng)籌層面，形成“補(bǔ)能—飛行—監(jiān)控—再補(bǔ)能”的閉環(huán)“蛙跳”運(yùn)行體系。

▲無(wú)人機(jī)“蛙跳”無(wú)線補(bǔ)能的示意圖

▲無(wú)人機(jī)飛行管理平臺(tái)

四、合作方向

在政府及國(guó)企方向，該系統(tǒng)已具備在電力線路巡檢、城市安防、邊境巡邏及應(yīng)急救援等場(chǎng)景中開(kāi)展示范部署的條件，通過(guò)固定點(diǎn)位停機(jī)坪實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)補(bǔ)能與連續(xù)任務(wù)執(zhí)行，有效降低人工值守需求并提升任務(wù)可靠性。在商業(yè)應(yīng)用方向，物流園區(qū)、工業(yè)園區(qū)及港口巡查等場(chǎng)景中，多機(jī)協(xié)同與共享式停機(jī)坪部署方式可顯著提升作業(yè)密度與運(yùn)營(yíng)效率，使無(wú)人機(jī)真正具備高頻次、規(guī)模化運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。

隨著低空經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施需求的持續(xù)增長(zhǎng)，該系統(tǒng)正逐步從單點(diǎn)設(shè)備供應(yīng)模式向區(qū)域級(jí)補(bǔ)能網(wǎng)絡(luò)解決方案演進(jìn)，體現(xiàn)出良好的工程延展性與產(chǎn)業(yè)化拓展?jié)摿?。在未?lái)應(yīng)用生態(tài)中，其角色將不僅是充電設(shè)施本身，更是無(wú)人機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行體系中的關(guān)鍵能源節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)入口。

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