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Motoren und Antriebssysteme

Caroline Rees

Aktualisiert:

Antriebssysteme für unbemannte Fahrzeuge, UAVs und Drohnen
Antriebssysteme für UAVs (unbemannte Luftfahrzeuge) und andere unbemannte Systeme wie UGVs (unbemannte Bodenfahrzeuge), AUVs (autonome Unterwasserfahrzeuge) und USVs (unbemannte Oberflächenfahrzeuge) basieren in der Regel entweder auf einer Kraftstoffquelle oder einer elektrischen Batteriequelle. Bei unbemannten Luft- und Wasserfahrzeugen treibt diese Energiequelle einen oder mehrere Propeller oder Mantelstromventilatoren an, die den Schub für die Vorwärtsbewegung oder das Schweben liefern. UGVs werden von herkömmlichen Motoren, elektrischen Systemen oder einer Kombination aus beiden angetrieben.

Elektromotoren für UAVs

Batteriebetriebene elektrische Antriebssysteme verwenden einen Motor zum Antrieb von Propellern, Ventilatoren oder Rädern. Drohnenmotoren finden sich in Multirotor-Drohnen, Starrflügel-UAVs, die auf Vorwärtsflug angewiesen sind, sowie in unbemannten Oberflächen-, Boden- und Unterwasserfahrzeugen. Elektromotoren für UAVs und andere unbemannte Fahrzeuge können bürstenbehaftet sein, was sie einfacher, aber auch lauter und verschleißanfälliger macht, oder bürstenlos, was sie effizienter, aber oft auch teurer macht.

Elektromotoren für UAVs

Elektrische Antriebseinheiten (EPU) von CR Flight

Elektrische Antriebssysteme sind für Multirotor-UAVs unerlässlich, da sie eine präzisere Steuerung und Reaktionszeit erfordern, um die für den Schwebeflug erforderliche Differenzschubsteuerung anzupassen. Aufgrund der relativen Sperrigkeit und des zusätzlichen Gewichts von Motoren und Flüssigtreibstoff eignen sie sich besser für kleinere Flugzeuge und sind zudem zuverlässiger.

Der Nachteil von elektrischen Antriebssystemen besteht darin, dass Batterien ein geringeres Energie-Gewichts-Verhältnis als Kraftstoff bieten und daher deutlich kürzere Flugzeiten ermöglichen. Das Aufladen von Batterien nimmt zudem Zeit in Anspruch, sodass die Vorbereitung auf nachfolgende Missionen länger dauert als das einfache Nachfüllen eines Kraftstofftanks, wenn nicht mehrere Batterien verfügbar sind.

UAV-Motoren

SkyPower 2-Zylinder-Gas-UAV-Motor

SkyPower 2-Zylinder-Gas-UAV-Motor

UAV-Motoren können kolbenbetriebene Verbrennungsmotoren, Rotationsmotoren oder Gasturbinentriebwerke sein. UAV-Motoren verfügen häufig über Systeme wie fortschrittliche Kraftstoffeinspritzsysteme und Motormanagementsysteme, um eine höhere Effizienz zu erzielen.

Rotations-UAV-Motoren, darunter auch Wankelmotoren, nutzen einen Rotor in einem Gehäuse, um den Verbrennungszyklus durchzuführen. Sie erzeugen weniger Vibrationen als kolbenbetriebene Motoren und zeichnen sich durch ein günstiges Leistungsgewicht aus, sind jedoch möglicherweise weniger wirtschaftlich und erfordern mehr Wartung. Gasturbinentriebwerke sind zuverlässiger und bieten ein besseres Leistungsgewicht als Kolben- und Rotationsmotoren, sind jedoch in der Entwicklung teurer und derzeit nur für größere UAVs geeignet.

Hybridantriebssystem für UAVs von Northwest

Hybridantriebssystem für UAVs von Northwest

Hybrid-UAV-Motoren

Es wurden hybride gas-elektrische Drohnen entwickelt, die sowohl einen Verbrennungsmotor als auch Batterien nutzen. Die Energiebelastung wird zwischen den beiden Systemen aufgeteilt, sodass ein kleinerer, effizienterer Motor verwendet werden kann.

Diese Hybridsysteme bieten im Vergleich zu rein batterie- oder kraftstoffbetriebenen Drohnen ähnlicher Größe eine längere Flugzeit und ermöglichen so Anwendungen wie die autonome Paketzustellung sowie verbesserte Überwachungs- und Inspektionsmissionen.

Weitere Antriebsmethoden für unbemannte Flugzeuge und Drohnen:

Wasserstoff-Brennstoffzellen für Drohnen und UAVs

Brennstoffzellenantrieb für Drohnen

Brennstoffzellenmodule von Intelligent Energy

Brennstoffzellenantriebstechnologien werden auch für UAVs und UGVs entwickelt. Brennstoffzellen nutzen Wasserstoff zur Erzeugung von elektrischem Strom, der zum Antrieb eines Motors verwendet werden kann. Wasserstoff hat eine höhere Energiedichte als die derzeitige Batterietechnologie und erzeugt als Emission lediglich Wasser. Allerdings ist die Technologie derzeit noch sehr kostspielig, und Wasserstoff kann schwierig zu lagern und zu transportieren sein.