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太阳能四轴无人机飞行关键在于维持电性变动稳定(之二)

  • 黄逸平

台湾大学电资学院特聘教授林清富突破太阳能四轴无人机关键技术,创下最长飞行时间

2017年12月时才飞30几分钟,最主要原因是,当增加电量时,重量就会增加,重量增加同时耗电就会增加,这就是无人机电池遇到的最大挑战。等到它达到一个阶段后,飞行时间不仅没有增加,还会减少。如果只用电池支持无人机的话,通常仅能飞行20几分钟。因此必须再将太阳能比例拉大,当然最直接是把太阳能面积变大,但重量也会增加,有个最好的黄金比例,我们有定量的数学模型可以估算,这对实际制作极有帮助。

另一方面,无人机要能在空中飞行,其姿态,如俯仰角度,左右倾斜角度等,必须一直变动以维持动态平衡,但这会造成电的需求一直改变,对于太阳能电池而言,若是电性变动剧烈,会衍生其它问题,这在短时间内难以发现,一旦时间拉长,就会直接烧掉相关电子零件,这是如新加坡大学等地用太阳能仅飞行几分钟时无法发现的状况,我们能飞数小时,也是因为解决了此剧烈变动的问题,这部分的研发深度与进展,应该是领先全世界。

太阳能无人机未来可能的应用场景为何?若要从事商业应有哪里些瓶颈尚需克服呢?

答:太阳能无人机的应用有几个面向,安全性、方便性和时间,太阳能与电池比燃料安全许多。方便性来说,旋翼比固定翼好,但旋翼机使用电池则无法飞久。利用太阳能能够兼顾安全性、方便性和长时间等。我们预估太阳能无人机在农作物监测的应用很合适,如生长状况、植物病虫害、熟成状况检视等等。载货方面,因为需要能负重,技术上必须克服重量问题,目前承重范围预计在4磅以内应该可以做到。

业余玩家变专家

问:请问开发太阳能无人机最大的挑战是什么?

答:目前最大的瓶颈就是募资,我有信心相关技术问题都可以克服,目前还在找人投资。我们可飞3个多小时,其实还有改善的空间,未来目标是将时间拉长,达6~7小时,可以符合日出而作,日落而息的自然作息。

另一方面,直觉上看,风是无人机的敌人,但我们可以将阻力化成助力。例如老鹰是利用上升气流盘旋,我们的太阳能板就是我们的翅膀,有翅膀就飞得高、飞得远,可以进一步设计成可调整的,用微处理器控制。

问:想请教老师之所以投入太阳能无人机研究的缘起?如今创下纪录心理最有感的是?

答:我原来只是无人机业余玩家,因为电池很容易没电,每次周末去玩都得带一大把电池,后来想想我自己做太阳能研究相当久了,为何不能拿来解决此问题?于是开始估算其可行性。而更早缘起是几年前,有次在校园,理完头发经过大草坪,有人在玩无人机,在旁边看了一阵子后,竟然对方借我玩,我玩了一下,发现没想象中困难,我小时候没有像别人一样玩遥控飞机或遥控车,这次却因此激发了玩遥控飞机的兴趣,于是也去买一台一模一样的无人机。

我本来就是很爱东改西改的人,坏掉了就去买零件修理,也渐渐加入一些无人机社群。结果是「毒瘾」愈来愈凶,本来买几十块,后来愈玩愈大,买几百块的东西,再来到几千元的数量级,后来有了计画支持,更是以万元为单位的花费,我想现在应该是无人机玩家里面花最多钱的人。

玩无人机会上瘾,为什么呢?其实玩无人机要很专心的,因为你会沉浸在里面,没时间去想烦恼事。像有人说面试学生的过程很辛苦,因为学生都讲得大同小异,所以我建议他们利用中间休息时间玩玩无人机,可以让你忘记很多事情,在听第二个学生回答时,就不会记起第一个学生讲过什么,相当于把大脑重设。(黄逸平?专访,赖至巧?整理)

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