美军无人机电池要升级 能者来挑战

美军无人机 资料图片/版权属于原作者

2017年2月，美国空军实验室(AFRL)发布安全、结构可集成的新型电池信息征询书(RFI)，旨在发展一款小无人机新型电池，实现小无人机的电池-机体结构一体化设计，同时续航能力提升50%。

新型电池的功能结构一体化设计，使得小无人机机架、机翼可被一个安全、结构可集成的新型电池代替，可使无人机的质量减小，续航能力及能量利用率大幅度提高。如电池机翼一体化，要求机翼在满足飞行强度及气动要求的同时，还要充当无人机电池，具备储电能力。

新型电池面临三方面挑战：①耐用性，在力学应变作用下，电化学性能退化最低;②安全性，为确保安全，电池结构需具备可靠的机械鲁棒性;③与SUAS的弹性组合和集成，包括SUAS表面的电线电极固化、电池的装配封装。SUAS需轻量化，用较高强度材料设计，便于组装和拆卸。

最高目标：①通过开发薄膜式、可再充电的、高能量存储的电池(>300 Wh/kg))，增加Group 1 SUAS续航能力，例如RQ-20A“美洲狮”的续航能力增加50%;②高度集成，通过结构覆盖或结构替换，实现高能量存储电池与机翼的一体化设计;③新型电池需满足Group 1 SUAS飞行时的机械强度要求。

AFRL向工业界、学术界、智库等征询信息，以帮助此领域未来的投资。欢迎响应者回答以下提出的问题：

● 多功能电池需要权衡什么性能?

● 多功能一体化电池需要权衡什么性能?

● 新型电池在小无人机不同部位的机械极限是多少?

● 有没有已完成的小无人机/飞机电池或相关电源的机械载荷模型?

● 以前关于太阳能机翼的工作有什么可用于新型电池?

● 新型电池可能带来的环境影响是什么?

● 哪种现有小无人机的材料可与安全电池结合?

● 功能结构一体化电池预期的重量和体积?

● 非国防领域(海洋、汽车、风力)有加工方法可以支持这个概念吗?如果有，是否知道使用此种工艺用在飞行器上对重量和成本的影响?

● 如何调整传统航空航天加工方法，用于这种新的设计和维护环境?

● 有没有现成的成本模型用于准确地给出新加工和组装工艺对系统成本的影响?如果没有，建议如何研究此类成本工具?

● 有什么方法可以权衡系统的可靠性、安全性和成本?如果没有，什么研究可以实现这些权衡?

● 使用了功能结构一体化电池的小无人机例如RQ-20A“美洲狮”预期可提升多少续航时间?

● 如何进行集电器和电池管理/监测?

结语

AFRL一直致力于小无人机功能结构一体化的研发。2012年，AFRL将太阳能电池安装在“大乌鸦”无人机的上翼表面，使其动力增加90%，飞行续航能力提高60%。2016年，AFRL将50根喷涂天线用于“虎鲨”无人机，使其与机身一体化。此外，AFRL已利用碳纳米管研发出人造发丝传感器，这种传感器可以嵌入无人机的外壳中，让无人机感受到周围的气流——提供一种被称为“凭着感觉飞行”的能力。

功能结构一体化设计可解决小型空中无人平台续航时间短、航程近、有效载荷搭载能力不足等现实问题，从平台的结构设计层面，满足无人机“蜂群”作战对小无人机发展的需求，促进“蜂群”作战能力的形成。2016年DARPA发布了小无人机“综合射频技术”(CONCERTO)项目，旨在集成子系统功能，减少成本、质量、体积、功耗，提高机体空间利用率。未来，功能结构一体化设计是小无人机发展的重要方向，值得进一步关注。