Молодой ученый Научно-исследовательской лаборатории цифровой обработки сигналов Новгородского университета разработал бесконтактное зарядное устройство для беспилотных летательных аппаратов. Устройство сможет заряжать дрон в любую погоду без постоянного человеческого вмешательства и увеличит его автономность и эффективность в длительных миссиях.
Разработку изначально предполагалось использовать с беспилотными летательными аппаратами мультикоптерного типа (например, квадрокоптерами). Она помогла бы решить проблему низкой автономности дронов, требующей частой подзарядки или смены аккумуляторов. Впоследствии оказалось, что использовать такое устройство можно и для беспилотников с вертикальными взлетом и посадкой (в том числе и самолетного типа), чтобы увеличить их автономность и эффективность в длительных миссиях.
— В обычных бытовых квадрокоптерах средняя продолжительность полета составляет примерно 30 минут, — прокомментировал разработчик устройства, инженер Научно-исследовательской лаборатории цифровой обработки сигналов НовГУ Виталий Зубов. — Мое устройство никак его не продлевает, но оно позволяет не возвращаться к оператору для зарядки, а осуществлять ее в удалении. Для этого дрон должен находиться рядом с зарядной станцией или на ней.
Как работает бесконтактная зарядка?
В зарядной станции установлена передающая катушка, которая подключена к источнику питания и образует контур, настроенный на определенную резонансную частоту. При подаче переменного тока на эту катушку создается переменное магнитное поле. На беспилотник устанавливается принимающая катушка, настроенная на ту же резонансную частоту, что и передающая. Переменное магнитное поле, созданное передающей катушкой, индуцирует переменный ток в принимающей катушке. Если принимающая катушка находится в зоне действия этого магнитного поля и настроена на ту же резонансную частоту, она начинает резонировать и принимает ток.
Конкурентное преимущество
Идея сделать такое зарядное устройство родилась из необходимости повышения автономности БПЛА для их использования в длительных миссиях без постоянного вмешательства человека. Например, в сельском хозяйстве (мониторинге посевов, опыление), инспекции инфраструктуры (нефтепроводов, газопроводов, ЛЭП), в охране периметра и безопасности или наблюдении за состоянием лесов, водоемов.
Аналоги такого устройство уже существуют. Например, бесконтактное зарядное устройство делает компания Wibotic производства США, которое сегодня сложно поставить в Россию из-за санкций. Или отечественные разработки, но при их использовании есть минусы: необходимо либо защищать контакты от климатических условий, либо закрывать саму посадочную площадку. В разработанном устройстве таких недостатков нет, отметил разработчик.
За счет того что у зарядки нет контактных элементов, которые нужно постоянно подключать, устройство может работать в любых погодных условиях. При этом индуктивная зарядка обеспечивает достаточно высокую эффективность передачи энергии без необходимости физического контакта. В результате снижается износ компонентов, исключаются проблемы с окислением и загрязнением контактных элементов и как следствие отпадает необходимость в частом обслуживании БПЛА.
Факты — план
На данный момент разработаны структурные и принципиальные схемы зарядного устройства, печатные платы, планируется сборка прототипа с его последующими испытаниями. Все это стало возможным на средства гранта “Умник”, который выиграл Виталий в 2021 году с проектом “Разработка бесконтактной зарядной станции для беспилотных летательных аппаратов”.
В планах разработчика также подать проект на «Студенческий стартап»: в случае победы средства гранта помогут наладить выпуск коммерческого устройства или пилотной партии. А в перспективе — расширить функционал устройства за счет его интеграции с GNSS-модулем. Он позволит повысить автономность и точность позиционирования БПЛА в пространстве.
