Южноафриканский инженер и видеоблогер Люк Белл установил неофициальный мировой рекорд продолжительности полета квадрокоптера. Разработанный им дрон провисел в воздухе 3 часа 31 минуту и 6 секунд на одном заряде аккумулятора. Главную роль сыграли тщательно подобранные компоненты: пропеллеры большого диаметра, низкооборотистые электромоторы, легкая рама из углеродного волокна и полутвердотельные аккумуляторы с удвоенной плотностью энергии. Об этом сообщает издание New Atlas.
Одно из главных ограничений полностью электрических дронов-мультикоптеров — продолжительность полета. Типичный квадрокоптер держится в воздухе всего 20–40 минут, хотя существуют и модели-рекордсмены. Например, до недавнего времени рекорд принадлежал дрону Q12 компании SiFly, который продержался в воздухе 3 часа 11 минут и 54 секунды. Причина малого времени полета заключается, как известно, в низкой плотности энергии литий-ионных аккумуляторов. Поэтому единственный путь к более длительной автономности при нынешнем уровне технологий в области источников питания заключается в снижении энергопотребления через установку более эффективных электромоторов и пропеллеров, а также оптимизации массы и аэродинамики дрона.
По этому пути пошел южноафрикансий инженер Люк Белл, который построил квадрокоптер, неофициально установивший новый рекорд по продолжительности полета. Винты дрона-рекордсмена имеют диаметр 101 сантиметр. Выбор столь больших пропеллеров обусловлен тем, что с увеличением длины лопастей снижается необходимое количество оборотов для создания той же подъемной силы, а вместе с этим уменьшается и расход энергии. Электромоторы с показателем количества оборотов в минуту на один вольт напряжения 90 KV были выбраны как самые легкие и компактные, способные вращать лопасти такого размера с нужной скоростью. Длина лучей рамы — 800 миллиметров — подобрана с помощью аэродинамических расчетов таким образом, чтобы минимизировать взаимное влияние воздушных потоков от винтов. Провода, общая длина которых составила 11 метров, выбирались с учетом компромисса между сопротивлением и массой.
Главным компонентом, подвергнувшимся оптимизации, стал аккумулятор. Дрон использует полутвердотельную батарею с плотностью энергии около 320 ватт-час на килограмм, что вдвое больше, чем у обычного литий-полимерного элемента той же массы. Электролит в такой батарее представляет собой гель. При этом более низкий, чем у литий-полимерных батарей пиковый ток разряда не играет роли, так как изначально предполагается, что винты дрона будут вращаться с невысокой частотой. Белл также дополнительно облегчил батарею, сняв часть защитной упаковки и сэкономив при этом целых 360 граммов — примерно столько же, сколько весит вся рама. В режиме висения потребление составило около 400 ватт, а при медленном горизонтальном полете снижалось до 250.
В результате дрон продержался в воздухе 3 часа 31 минуту и 6 секунд, побив рекорд модели Q12 компании SiFly на 19 минут. При этом через два часа и 14 минут полета у дрона оставалось еще 33 процента заряда. Сам Белл не ожидал такого результата и заранее не организовал официальную фиксацию, поэтому рекорд пока остается неофициальным.
Для более длительного полета применяют гибридные силовые установки. В них за вращение винтов отвечают электромоторы, но получают электричество они за счет двигателя внутреннего сгорания. Например, в 2020 году гибридный дрон испанской компании Quaternium Technologies продержался в воздухе 10 часов и 14 минут.