美軍無人機資料圖片/版權屬于原作者

2017年二月，美國空軍實驗室(AFRL)公布安全、結構可集成的新型電池信息征詢書(RFI)，旨在發展一款小無人機新型電池，實現小無人機的電池-機體結構一體化設計，同時續航能力提升50%。

新型電池的功能結構一體化設計，使得小無人機機架、機翼可被一個安全、結構可集成的新型電池代替，可使無人機的質量減小，續航能力及能量利用率大幅度提高。如電池機翼一體化，要求機翼在滿足飛行強度及氣動要求的同時，還要充當無人機電池，具備儲電能力。

新型電池面對三方面挑戰：①耐用性，在力學應變用途下，電化學性能退化最低;②安全性，為確保安全，電池結構需具備可靠的機械魯棒性;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，用較高強度材料設計，便于組裝和拆卸。

最高目標：①通過開發薄膜式、可再充電的、高能量存儲的電池(300Wh/kg))，新增Group1SUAS續航能力，例如RQ-20A美洲獅的續航能力新增50%;②高度集成，通過結構覆蓋或結構替換，實現高能量存儲電池與機翼的一體化設計;③新型電池需滿足Group1SUAS飛行時的機械強度要求。

AFRL向工業界、學術界、智庫等征詢信息，以幫助此領域未來的投資。歡迎響應者回答以下提出的問題：

●多功能電池要權衡什么性能?

●多功能一體化電池要權衡什么性能?

●新型電池在小無人機不同部位的機械極限是多少?

●有沒有已完成的小無人機/飛機電池或相關電源的機械載荷模型?

●以前有關太陽能機翼的工作有什么可用于新型電池?

●新型電池可能帶來的環境影響是什么?

●哪種現有小無人機的材料可與安全電池結合?

●功能結構一體化電池預期的重量和體積?

●非特種領域(海洋、汽車、風力)有加工方法可以支持這個概念嗎?假如有，是否了解使用此種工藝用在飛行器上對重量和成本的影響?

●如何調整傳統特種航天加工方法，用于這種新的設計和維護環境?

●有沒有現成的成本模型用于準確地給出新加工和組裝工藝對系統成本的影響?假如沒有，建議如何研究此類成本工具?

●有什么方法可以權衡系統的可靠性、安全性和成本?假如沒有，什么研究可以實現這些權衡?

●使用了功能結構一體化電池的小無人機例如RQ-20A美洲獅預期可提升多少續航時間?

●如何進行集電器和電池管理/監測?

結語

AFRL一直致力于小無人機功能結構一體化的研發。2012年，AFRL將太陽能電池安裝在大烏鴉無人機的上翼表面，使其動力新增90%，飛行續航能力提高60%。2016年，AFRL將50根噴涂天線用于虎鯊無人機，使其與機身一體化。此外，AFRL已利用碳納米管研發出人造發絲傳感器，這種傳感器可以嵌入無人機的外殼中，讓無人機感受到周圍的氣流供應一種被稱為憑著感覺飛行的能力。

功能結構一體化設計可解決小型空中無人平臺續航時間短、航程近、有效載荷搭載能力不足等現實問題，從平臺的結構設計層面，滿足無人機蜂群特種對小無人機發展的需求，促進蜂群特種能力的形成。2016年DARpA公布了小無人機綜合射頻技術(CONCERTO)項目，旨在集成子系統功能，減少成本、質量、體積、功耗，提高機體空間利用率。未來，功能結構一體化設計是小無人機發展的重要方向，值得進一步關注。