機械原理-譯製 機械篇-太陽能無人機續航挑戰

去年我證明了，無人機僅靠太陽能飛行是可能的 唯一的問題是，那架無人機只飛了三分鐘就墜毀了 那個結果對我來說還不夠好，所以這次我們要重新設計和製作 最終會對無人機進行測試 看看在100%太陽能驅動下，它到底能飛多久 不幸的是，第一代無人機的面板保存的並不好，我給你們看看 這是它們現在的狀態，看起來非常糟糕 它們幾乎都至少有一點損壞或破碎，看起來慘不忍睹 主因是它們非常脆弱 即使稍微彎曲也會破裂，非常難處理 其次，雙面膠雖然粘住了面板 但沒粘住碳纖維管，因爲我做的不夠大 新的想法是繼續使用細碳纖維管 但我重新設計了套在上面的TPU套筒 這些套筒爲膠帶提供了更大的表面積 所以應該會粘得很牢固 我會在每個部分滑動兩個套筒來固定一個面板 就像這樣粘上去 粘好了，看起來很棒 我們現在有了一個太陽能電池板機身部件 無人機目前很完美，隨時可以起飛 但我對設計有一些新的改動想法 第一代無人機在偏航旋轉時非常吃力 純粹是因爲機臂太長，導致慣性太大 因此，我決定縮短第二代的機臂 以減小慣性並提高整體靈活性 僅這兩個部件就減輕了約70克重量 太棒了！這相當於節省了約4瓦功率 我需要重新在縮短的機臂中佈線 剪掉多餘電線後能進一步減輕重量 現在是時候在這些螺栓上安裝電條和飛行控制器了 飛行效果不錯 姿態很穩 雖有輕微晃動，但很容易修復 是時候去戶外了 無人機變小後的好處是攜帶更方便了 這一點我非常滿意 回到了第一次試飛的場地 事實證明天氣預報裏的風速不可信 開普敦現在的風其實很大 而我特意選在今天早上 是因爲預報說沒風 無人機已準備就緒 如你所見，上面裝了四塊電池 但只有一塊接通 另外三塊是配重電池 用來模擬太陽能板的重量 本次測試的目標是確保吊艙完美 且GPS定點懸停功能正常工作 畢竟在正式測試時 我可不想連續手動操控好幾個小時 我沿用了第一代的參數，效果非常完美，這太棒了 接着調試GPS，懸停起初，它瘋狂搖晃 後來我意識到需要校準指南針，校準後效果很好 無人機現在能很好地保持位置高度和方向 雖有些晃動，但應該是風大的緣故 看，我現在完全沒動控制器 無人機飛得很穩 我覺得已經可以安裝太陽能板了 我剛剛看了一下天氣 看來明天是未來兩週內 我嘗試太陽能長航時飛行的唯一機會 正如你所見，明天風小且無雲 這對飛行至關重要 未來兩週的其他日子 不是大風就是陰雨，完全沒法飛 這很不幸 因爲我現在還沒開始組裝新的太陽能陣列 現在已經下午一點了 看來今晚得熬夜 但我會努力完成它 太陽能板支架做好了 看起來很酷 像一件馬賽克藝術品 讓我們把它們一個一個撕下來 計劃是這樣的 我在白卡紙上把電池板排成一排並焊接在一起 我先串聯8塊 重複4次組成8×4陣列 總共32塊面板 前8個面板完成了 實際上比我想象的要快得多 這太好了 酷的是 面板扣在桌面上也能產生電壓 方便檢查狀態 我們開始依次測試串聯電壓 加到了3.5伏 確認無誤後我可以繼續下一步 終於搞定了所有面板 雖然累壞了 但效果看起來非常棒 陣列看起來挺龐大的 我有點擔心風阻 但電壓表現很好 接下來只需把框架拴好 然後小心地粘上去 要小心地把 它粘下去 不要壓壞太陽能電池 雖然有點壓力 但我能行 看起來不錯 大功告成 可千萬 不要摔壞了 無人機準備好起飛了 我回到了飛行場 無人機已經就位 目前還蓋着保護罩 天氣很棒，萬里無雲且風力微弱，這對我們非常重要 開普敦夏天風很大，現在的天氣已經是能遇到的最好情況了 我帶了功率計和電阻組，看過上期視頻的朋友應該還記得 通過改變負載電阻，我可以測量太陽能板產生的實際功率 隨着我逐個增加電阻，我們可以觀察輸出功率的變化 這樣我就知道它是不是已經準備好起飛 電壓 20.6 伏，說明陽光非常充足 接入一個電阻，輸出 24 瓦 如果功率過高，電壓就會崩潰 增加到兩個電阻，功率達到 48 瓦 電壓依然很穩 三個電阻時達到 70 瓦 表現令人印象深刻 電壓依然正常 四個電阻時功率接近 90 瓦 它挺住了 懸停約需 70 瓦 理論上可行 但我們需要餘量來應對陣風 接入五個電阻 我猜它可能扛不住 結果它達到了100瓦 雖然它撐住了 但此時電壓已經非常低了 如果加到六個電阻 它居然也能帶動 電壓跌得厲害，但功率達到了110瓦 太陽能的威力真的好猛 這東西太脆弱了 我總擔心會壞，所以必須在無風時飛 沒有電池，純太陽能動力 我沒地方藏電池 但很多人覺得上個視頻是假的 所以每次看到它在沒有電池的情況下起飛 這讓我覺得非常酷 定點不如預期，只搜到13顆衛星 正常應該有20多顆 導致了定點不穩 我再次起飛嘗試長航時 結果發生了 意外 糟糕，摔壞了 這確實只能在微風下飛 起落架都摔斷了 控制它的姿態就像是在走鋼絲 這飛機真的需要完全無風 這次飛了多久？ 三四分鐘嗎？ 不，只有兩分半鐘 在零風力的理想環境下， 理論上只要有陽光，它就能無限航行 但現實中，陽光充足的地方往往伴隨著風， 這很難兩全 所以我得對它做些調整， 希望能讓它具備一定的抗風能力 改進方法是加裝一小塊電池， 我已經準備好了 實際上就是五節串聯的小型鋰離子電池 它們的作用是在太陽能板供電不足時提供動力補充 日誌顯示，墜毀前電壓驟降，說明太陽能板當時過載了 電池能在這種時刻接管供電，確保無人機不會墜毀 原理是利用二極管作為單向閥，只允許電流單向流動 正常飛行時，太陽能板依然像以前一樣為電路提供動力 同時，面板多餘的電壓會通過這條線路為電池充電 電池的充電電壓等於面板電壓減去二極管的壓降 當面板電壓下降時，電池將自動接管供電，直到面板恢復 之後面板會重新接管，我已經把電路焊好了 運行效果非常完美，這真是個驚喜 這就是目前的配置 這裡有電源模擬太陽能板提供 20.4 伏電壓 這邊是我們的電路，這是電池和電池電壓 開啟太陽能板後，它正以11瓦的功率為電池充電 電壓 正在 上升 接通電子調速系統後，可以看到 整個系統正為電調提供83瓦的功率 關掉太陽能板後，依然有供電 重新開啟後，功率回升，電池恢復充電 我擔心小電池在太陽能斷電時帶不動 所以換了塊大容量高倍率的大電池 我在電路中加了一個小型保護板 用來防止電池過充，並平衡電壓 目前末端的面板晃動厲害 這種顫震會嚴重影響整機的穩定性 我要把中心樑換成更粗的碳管 來增加剛性，減少機身扭轉 此外，我也把面板位置調低了 降低重心，有利於提高在風中的穩定性 不用擔心面板擋住氣流 仿真顯示面板靠近槳葉並不會大幅降低拉力和效率 為了增強抗風能力，並匹配電池電壓 我決定從陣列中拆掉四塊面板 準備再次嘗試 這次我們來到靠山屯的土坡 這裡通常比開普敦風小 這裡的樹林能幫我們擋風，目前很平靜 等陽光足夠強，我們就起飛 陽光還沒達到最強，目前很平靜 等陽光足夠強，我們就起飛 我把GPS改裝到了頂部 之前信號被面板擋住了 先用電池試飛，確保穩定 試飛時無人機自動打轉，讓我壓力很大 發現是電機座在機臂上轉動了 幸好手頭有膠水，我把電機座直接 粘死在機臂上，完美解決了問題 現在仍是用電池測試 GPS定點效果還可以 終於可以正式開始測試了 看起來飛得很穩，我完全沒碰搖桿，但我還是擔心它會飄走 由於動力非常有限 它在對抗強風時的表現不會太好 目前飛得還不錯，已經 持續飛行約3分鐘了 飛了20多分鐘了，雖然有薄雲遮擋 且風力變大，但它還在堅持 不幸的是，GPS定點失效了 我必須全程手動操控，以防墜毀 如果沒有電池補充 剛才這種功耗峯值肯定會讓它重蹈覆轍 電池在面板掉電時成功接管 讓它 保持在 空中 現在到一小時了 突破一小時大關 這是我所知最長的太陽能四軸無人機飛行 絕對是場勝利 由於風雲變化和電力消耗 我不確定還能飛多久 但一小時已經很滿意了 感覺越來越穩了 電子設備也趨於穩定 這簡直是一種享受 GPS定點又恢復了 一會兒手動飛行 非常消耗精力 兩小時了，這是個激動人心的里程碑 我要飛到沒風或沒太陽爲止 GPS定點又恢復了 片刻，讓我的手指能休息下 已經飛了 兩小時47分，三小時32分 這打破了多旋翼無人機續航世界紀錄，太令人興奮了 這一切努力都值了 雖然現在飛得有點懸 但它依然強勁 進入等待階段 風力開始加大 爲了穩妥起見，我決定手動降落 成功降落 飛行總時長超過5小時 純太陽能驅動，這簡直不可思議 雖然由於風力有幾次險象環生 但最終圓滿完成，我對結果非常滿意 感謝史蒂夫提供的場地 喜歡此類內容，可以持續關注我 本視頻由大寶貝 一直驚叫 下個好視頻再見