2017年2月，美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室(AFRL)發(fā)布安全、結(jié)構(gòu)可集成的新型電池信息征詢書(RFI)，旨在發(fā)展一款小無人機(jī)新型電池，實(shí)現(xiàn)小無人機(jī)的電池-機(jī)體結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)續(xù)航能力提升50%。

   

    新型電池的功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，使得小無人機(jī)機(jī)架、機(jī)翼可被一個(gè)安全、結(jié)構(gòu)可集成的新型電池代替，可使無人機(jī)的質(zhì)量減小，續(xù)航能力及能量利用率大幅度提高。如電池機(jī)翼一體化，要求機(jī)翼在滿足飛行強(qiáng)度及氣動(dòng)要求的同時(shí)，還要充當(dāng)無人機(jī)電池，具備儲(chǔ)電能力。

    新型電池面臨三方面挑戰(zhàn)：①耐用性，在力學(xué)應(yīng)變作用下，電化學(xué)性能退化最低;②安全性，為確保安全，電池結(jié)構(gòu)需具備可靠的機(jī)械魯棒性;③與SUAS的彈性組合和集成，包括SUAS表面的電線電極固化、電池的裝配封裝。SUAS需輕量化，用較高強(qiáng)度材料設(shè)計(jì)，便于組裝和拆卸。

    最高目標(biāo)：①通過開發(fā)薄膜式、可再充電的、高能量存儲(chǔ)的電池(>300 Wh/kg))，增加Group 1 SUAS續(xù)航能力，例如RQ-20A“美洲獅”的續(xù)航能力增加50%;②高度集成，通過結(jié)構(gòu)覆蓋或結(jié)構(gòu)替換，實(shí)現(xiàn)高能量存儲(chǔ)電池與機(jī)翼的一體化設(shè)計(jì);③新型電池需滿足Group 1 SUAS飛行時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度要求。

    結(jié)語(yǔ)

    AFRL一直致力于小無人機(jī)功能結(jié)構(gòu)一體化的研發(fā)。2012年，AFRL將太陽(yáng)能電池安裝在“大烏鴉”無人機(jī)的上翼表面，使其動(dòng)力增加90%，飛行續(xù)航能力提高60%。2016年，AFRL將50根噴涂天線用于“虎鯊”無人機(jī)，使其與機(jī)身一體化。此外，AFRL已利用碳納米管研發(fā)出人造發(fā)絲傳感器，這種傳感器可以嵌入無人機(jī)的外殼中，讓無人機(jī)感受到周圍的氣流——提供一種被稱為“憑著感覺飛行”的能力。

    功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)可解決小型空中無人平臺(tái)續(xù)航時(shí)間短、航程近、有效載荷搭載能力不足等現(xiàn)實(shí)問題，從平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面，滿足無人機(jī)“蜂群”作戰(zhàn)對(duì)小無人機(jī)發(fā)展的需求，促進(jìn)“蜂群”作戰(zhàn)能力的形成。2016年DARPA發(fā)布了小無人機(jī)“綜合射頻技術(shù)”(CONCERTO)項(xiàng)目，旨在集成子系統(tǒng)功能，減少成本、質(zhì)量、體積、功耗，提高機(jī)體空間利用率。未來，功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)是小無人機(jī)發(fā)展的重要方向，值得進(jìn)一步關(guān)注。