Technologie bezprzewodowego przesyłu energii (WPT) umożliwiają dronom i bezzałogowym statkom powietrznym (UAV) odbieranie energii elektrycznej bez fizycznych złączy, co pozwala na autonomiczne ładowanie, wydłużenie czasu trwania misji oraz skrócenie przestojów operacyjnych. Systemy te obejmują ładowanie indukcyjne i rezonansowo-indukcyjne, pojemnościowy transfer energii, przesyłanie energii za pomocą fal radiowych i mikrofalowych, dostarczanie energii za pomocą lasera oraz architektury ładowania oparte na powierzchniach.
Na tej stronie przedstawiono dostawców rozwiązań w zakresie bezprzewodowego przesyłu energii dla dronów, wspierających operacje poza zasięgiem wzroku (BVLOS), ciągły nadzór, inspekcję infrastruktury, logistykę, rolnictwo oraz misje obronne.
Przeczytaj Przegląd technologii
Bezprzewodowe przesyłanie energii radiowej umożliwiające ładowanie bezzałogowych statków powietrznych podczas lotu
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Bezprzewodowe przesyłanie energii (WPT), Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Technologia bezprzewodowego przesyłu energii (WPT) dla dronów stanowi znaczącą zmianę w sposobie dostarczania energii elektrycznej ze stacjonarnego lub mobilnego źródła zasilania do systemu odbiorczego bez fizycznego kontaktu. Dla projektantów i operatorów bezzałogowych statków powietrznych (UAV) wdrożenie systemu bezprzewodowego zasilania stanowi bezpośrednią odpowiedź na główne ograniczenie współczesnych konstrukcji akumulatorów: czas trwania lotu. Dzięki odejściu od mechanicznych połączeń przewodowych lub ręcznej wymiany akumulatorów infrastruktura autonomicznego ładowania umożliwia platformom realizację ciągłych cykli misji przy minimalnym udziale personelu.
W porównaniu z tradycyjnym sprzętem wsparcia naziemnego opartym na kablach zautomatyzowane systemy bezprzewodowego ładowania dronów zapewniają wysoką odporność i gotowość operacyjną w trudnych warunkach środowiskowych. Platformy te można zintegrować z odległymi węzłami czujnikowymi, mobilnymi pojazdami wojskowymi lub miejskimi centrami dronowymi. W miarę jak sektory obronny i komercyjny rozszerzają wykorzystanie systemów bezzałogowych do ciągłego nadzoru, kontroli kluczowych zasobów oraz sieci logistycznych, wdrożenie stabilnych mechanizmów bezprzewodowego dostarczania energii ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia prawdziwej autonomii operacyjnej.
Główne zalety operacyjne technologii bezprzewodowego przesyłu energii dla dronów obejmują:
Bezprzewodowy transfer energii indukcyjnej opiera się na sprzężeniu magnetycznym w polu bliskim pomiędzy ściśle wyrównanymi cewkami nadajnika i odbiornika. Podejście to charakteryzuje się wysoką wydajnością przy niewielkiej odległości i stanowi niezawodne rozwiązanie w przypadku precyzyjnych lądowisk.
Aby zmniejszyć wrażliwość na niedokładności w ustawieniu, rezonansowy indukcyjny bezprzewodowy transfer energii wykorzystuje dostrojone obwody LC zaprojektowane tak, by oscylowały z identycznymi częstotliwościami. Metoda ta znacznie poprawia wydajność transferu przy większych odległościach fizycznych i pozwala na niewielkie odchylenia podczas dokowania, co czyni ją bardzo praktyczną konfiguracją dla autonomicznych platform zewnętrznych.
Bezprzewodowe przesyłanie energii pojemnościowej wykorzystuje pola elektryczne o wysokiej częstotliwości powstające między płytkami przewodzącymi w stacji naziemnej a statkiem powietrznym. Mechanizm ten pozwala na stosowanie niezwykle cienkich i lekkich konstrukcji odbiorników energii bezprzewodowej w dronach. Dzięki zmniejszeniu obciążenia pokładowego układy pojemnościowe pomagają w utrzymaniu krytycznych parametrów rozmiaru, masy i mocy (SWaP) platform bezzałogowych o zmniejszonej skali.
Sieci dystrybucji oparte na powierzchni eliminują konieczność precyzyjnego lądowania w określonym miejscu poprzez zasilanie rozległych siatek przewodzących lub segmentowanych układów. Gdy platforma ląduje w dowolnym miejscu na aktywnej matrycy, system wykrywa jej obecność i kieruje zasilanie konkretnie do tych współrzędnych. Podejście to doskonale sprawdza się w przypadku centrów logistycznych o dużej przepustowości oraz rojów dronów składających się z wielu bezzałogowych statków powietrznych.
Przesył energii RF w polu dalekim wykorzystuje dedykowane nadajniki do wysyłania fal elektromagnetycznych na duże odległości do odległej platformy. Pokładowy nadajnik mocy RF może wysyłać energię do specjalistycznego bezprzewodowego odbiornika mocy, zaprojektowanego do przechwytywania i prostowania czoła fali.
W przypadku zwiększenia mocy do wyższych poziomów transmisja mocy mikrofalowej wykorzystuje wysoce kierunkowe anteny z układem fazowym do kierowania energii bezpośrednio do obiektów powietrznych. Chociaż tłumienie atmosferyczne i zarządzanie granicami bezpieczeństwa stanowią wyraźne przeszkody inżynieryjne, bezprzewodowe zasilanie RF pozostaje głównym kandydatem do zasilania bezzałogowych statków powietrznych (UAV) podczas lotu.
Laserowa transmisja energii polega na kierowaniu ściśle kolimowanej wiązki monochromatycznej energii optycznej na wysokowydajne ogniwa fotowoltaiczne zamontowane na kadłubie drona. Ta wysoce kierunkowa alternatywa bezprzewodowego ładowania radiowego umożliwia śledzenie i zasilanie statków powietrznych na dużych wysokościach. Projektanci systemów muszą uwzględnić turbulencje atmosferyczne, zachmurzenie oraz rygorystyczne warunki dotyczące bezpośredniej widoczności podczas projektowania tych łączy optycznych.
Te wytrzymałe obudowy chronią wewnętrzne podsystemy przed ekstremalnymi warunkami środowiskowymi, mieszcząc jednocześnie główną elektronikę nadajnika energii bezprzewodowej. Pełnią one rolę bezpiecznych lokalizacji terenowych, wyposażonych w zintegrowane systemy zarządzania temperaturą, lokalną diagnostykę oraz bezpieczne łącza komunikacyjne.
Inteligentne lądowiska łączą precyzyjne optyczne lub radiowe systemy naprowadzania podczas lądowania ze zintegrowanymi pętlami ładującymi. Systemy te monitorują lokalne warunki pogodowe, oceniają stan naładowania akumulatora w momencie lądowania oraz regulują dynamiczne profile zasilania w celu optymalizacji żywotności ogniw.
Architektura typu „Drone-in-a-box” stanowi pełną integrację zautomatyzowanego przechowywania, ochrony przed czynnikami środowiskowymi, przetwarzania danych telemetrycznych oraz bezprzewodowego ładowania bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Te samowystarczalne urządzenia mogą być na stałe rozmieszczone w odległych obiektach przemysłowych lub na obszarach przygranicznych w celu prowadzenia zautomatyzowanych operacji na żądanie.
Zintegrowanie sprzętu do bezprzewodowego ładowania dronów z pojazdami lądowymi, ciężarówkami taktycznymi lub jednostkami pływającymi zapewnia dynamiczne możliwości mobilnej bazy operacyjnej. Systemy te umożliwiają jednostkom terenowym wystrzeliwanie, odzyskiwanie oraz zasilanie środków rozpoznawczych bezpośrednio z ruchomych platform bez konieczności ręcznej obsługi.
Segment naziemny pełni funkcję głównej warstwy kondycjonowania energii. Przetwarza on prąd przemienny z sieci energetycznej lub zarządza lokalnymi układami magazynowania prądu stałego zasilanymi z odnawialnych źródeł energii. Falowniki wysokoczęstotliwościowe przekształcają tę energię w precyzyjne prądy napędowe wymagane przez sprzęt transmisyjny, stosując rygorystyczne blokady bezpieczeństwa w celu wykrycia ciał obcych przed podłączeniem zasilania do platformy.
Pokładowy bezprzewodowy odbiornik energii został zaprojektowany z uwzględnieniem rygorystycznych parametrów SWaP. Energia przychodząca, przechwycona przez elementy odbiorcze, musi zostać przefiltrowana, wyregulowana i przekształcona w napięcie niższe, aby odpowiadała nominalnemu napięciu magistrali akumulatorów napędowych i awionicznych drona.
Układ fizyczny komponentów zależy w dużym stopniu od wybranej topologii transmisji:
| Sektor przemysłowy | Typowy przykład zastosowania operacyjnego | Główna korzyść systemowa |
| Infrastruktura i usługi komunalne | Linowa kontrola międzymiastowych linii energetycznych, rurociągów i odległych stacji elektroenergetycznych. | Eliminuje konieczność wysyłania techników w teren; umożliwia prowadzenie ciągłych, zautomatyzowanych inspekcji w ustalonych odstępach czasu. |
| Rolnictwo i środowisko | Monitorowanie upraw na dużych obszarach, wielospektralne mapowanie gleby oraz monitorowanie pożarów lasów. | Obsługa stałych, wielostanowiskowych sieci rolniczych w celu gromadzenia danych agronomicznych w czasie rzeczywistym. |
| Logistyka i dostawy | Cykle realizacji zamówień o wysokiej częstotliwości pomiędzy zautomatyzowanymi regionalnymi centrami dystrybucyjnymi. | Skraca czas realizacji zamówień; minimalizuje zużycie wtyczek mechanicznych w operacjach o dużej częstotliwości. |
| Bezpieczeństwo publiczne i obrona | Stałe zabezpieczenie taktycznego obwodu oraz monitorowanie sytuacji podczas zdarzeń krytycznych. | Zapewnia stałą dostępność zasobów powietrznych, umożliwiającą nieprzerwany wgląd dowództwa bez konieczności ręcznej wymiany baterii. |
| Sektor morski i offshore | Inspekcja morskich turbin wiatrowych, ochrona platform oraz śledzenie danych z badań morskich. | Bezpieczne prowadzenie operacji z wykorzystaniem dronów z autonomicznych statków oceanicznych oraz odległych konstrukcji morskich. |
Ostatecznym celem operacji bezzałogowych o dalekim zasięgu jest wyeliminowanie lądowań w trakcie misji. Zespoły badawcze aktywnie weryfikują lokalne korytarze dynamicznego ładowania, w których drony przelatują przez skupione wektory transmisji mocy radiowej, pobierając dodatkową energię w powietrzu w celu osiągnięcia nieograniczonego zasięgu.
Wraz z rozwojem mechanizmów współpracy w rojach, jednoczesne ładowanie dużych grup statków powietrznych staje się poważną przeszkodą logistyczną. Wieloczęstotliwościowe sieci bezprzewodowe oraz rozległe naziemne układy antenowe umożliwiają całym flotom lądowanie na wspólnej infrastrukturze i otrzymywanie dynamicznie zrównoważonych przydziałów energii bez konieczności stosowania skomplikowanych fizycznych konfiguracji podłączeń.
W ramach zaawansowanych programów ocenia się integrację orbitalnych lub stratosferycznych platform energetycznych śledzących Słońce. Systemy te kierują ultra-skoncentrowaną energię laserową lub mikrofalową w dół na platformy typu High-Altitude, Long-Endurance (HALE), torując drogę dla satelitów atmosferycznych, które mogą działać nieprzerwanie przez wiele miesięcy.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.