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微型无人机能耗建模与飞行时间分析

微型无人机能耗建模与飞行时间分析 低空经济里程碑
2025-08-19
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导读:本文提出了一种基于电压的回归模型来估计微型无人机的能耗和飞行时间,利用从地面、起飞、悬停和飞行模式下的实验评估中获得的采样电压数据。

文献编号:No. 415(EU-131)

文献来源:

N. Akram, M. Khoshrangbaf, M. Challenger 和 O. Dagdeviren 发表于 IEEE Access,2025 年,卷 13,页码 109854–109866,DOI: 10.1109/ACCESS.2025.3581944。

研究机构:

土耳其埃格大学;比利时安特卫普大学。

文摘内容:

自动驾驶飞行器已成为多领域应用的关键技术。微型无人机因其手掌大小的体积,可在密闭或复杂环境中灵活作业,获取关键数据。然而,其小型化设计限制了电池容量与传感器搭载能力,导致续航能力成为主要瓶颈。为提升能效,本文提出一种基于电压的回归模型,用于估算微型无人机在地面、起飞、悬停及飞行等模式下的能耗与飞行时间。实验数据显示,该模型在各类飞行模式中的平均绝对误差低于 0.3 V。150 秒飞行测试中,总能耗估计为 2000 J,平均功率为 13.3 W,单位质量功耗为 0.38 W/g,显示出其适用于能量受限任务。研究还发现,当电池电量降至约 50% 时,电压无法支撑继续飞行,凸显高能量密度轻质电池对微型无人机发展的重要性。

文献图表

研究结论

能耗建模与飞行性能分析

本研究以 ESPcopter 类型微型无人机为对象,通过实测电池电压变化构建回归模型,评估其在不同飞行状态下的能耗。结果表明,起飞阶段能耗最高,其次为悬停和移动,地面待机最低。最长悬停时间可达 177 秒,平均为 105.3 秒(标准差 29.3 秒)。持续飞行 150 秒的能耗超过 2000 J,平均功率达 13.3 W。

电池性能限制

实验发现,当锂电池剩余电量降至约 50% 时,输出电压不足以维持飞行,说明当前电池技术严重制约续航能力。这一现象揭示了轻量化高容量电池在微型无人机研发中的关键作用。

未来研究方向

当前平台在气流干扰下控制稳定性不足,后续计划采用更稳定的飞行平台开展多环境测试。同时,将通信模块能耗纳入能源模型,提升整体能耗评估精度。此外,拟引入板载电流传感与实时数据分析,优化现有基于电压的轻量级估算方法,实现更高精度的能量管理。

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