概要現在市販されている無人航空機の電源システムは、主にピストンエンジンシステムと電力システムであり、電力システムは、エネルギー密度が高く、サイズが小さく、重量が軽く、メンテナンスが容易なことなどから、民間の無人航空機の大部分を占めています。本稿では、電動無人航空機の電源システムコンポーネントについて、より詳細に紹介します。

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現在、大型、小型、軽量の無人航空機（UAV）に広く使用されている動力装置はピストンエンジンシステムです。また、コストと使いやすさの観点から、小型UAVでは電力システムが一般的に採用されています。電力システムは主に、電源、動力モーター、速度制御システムの3つの部分で構成されています。

1 電源

電源は主に動力モーターの動作に必要な電気エネルギーを供給します。電動ドローンの電源として一般的に使用される化学電池には、主にニッケル水素電池、ニッケルクロム電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオン電池などがあります。これらのうち、最初の2種類の電池は、重量が重くエネルギー密度が低いため、リチウムポリマー動力電池に大きく置き換えられています。動力電池は、一般的な意味での電池とは異なり、高エネルギー密度、軽量などの特性を備えています。電池の性能を判断するための様々な基準がありますが、最も重要なパラメータは電圧値、エネルギー貯蔵容量、放電容量です。

1.1 バッテリーの電圧値

電源の電圧値はボルト（V）で表されます。例えば、高電圧版リチウムポリマー電池の公称電圧は3.7Vで、満充電時には4.35Vまで、最小放電電圧は3.5Vです。ニッケル水素電池の公称電圧は1.2Vで、満充電時には1.5Vまで、最小放電電圧は1.1Vです。

1.2 エネルギー貯蔵容量

電源装置のエネルギー貯蔵容量はミリアンペア時間 (mAh) で示されます。これは、リチウムポリマー電池マーク (15C、20000mAh、14.8V) のように、定電流で放電すると電池が 1 時間放電できることを意味します。

1.3 放電容量

電源装置の放電容量は放電率（C）で識別されます。これは、電源装置のロゴの蓄電容量に応じて達成できる最大放電電流値を意味します。例えば、電源装置のロゴが2200MA、20Cの場合、電源装置の最大連続電流は次のように計算されます：容量X放電C値= 2.2X20 = 44A。電源装置が44Aを超えると、長時間作動すると、バッテリーの寿命に大きく影響します。私たちがよく使用するリチウムポリマー電源バッテリーの場合、フル充電後、単一セルの電圧は4.15〜4.20に適切であり、単一セルの最小電圧は3.5V以上を使用します。長期保存が必要な場合、単一セルの電圧は3.85Vが最適です。必ず注意してください。過放電と長期フル充電はバッテリーに大きな損傷を与えるためです。

2 動力モーター

マイクロUAVで使用される動力モーターは、ブラシモーターとブラシレスモーターの2つのカテゴリに分けられます。そのうち、ブラシモーターは効率が低いため、ドローンの分野では徐々に使用されなくなりました。モーターのモデルは主にサイズに基づいています。たとえば、ブラシレスモーター2814の場合、ロゴはシャフト電子コイルを除くモーターの長さが14mm、モーターステーターコイルの直径が28mmであることを意味します。サイズではなく、どのクラスに属するかを示すロゴもあります。動力モーターには多くの技術指標があり、UAVの動力特性に最も関連しているのは速度と出力です。モーター速度はkVで識別されることが多く、これは1ボルトの増加あたりのモーター速度の増加を意味します。たとえば、モーターにk​​V1400とマークされている場合、12.6Vバッテリーを使用すると、速度は1400 x 12 = 17,640に達する可能性があります。または毎分17,640回転。

3 速度制御システム

パワーモーターの速度制御システムはESCとなり、プロセス全体が電子速度コントローラー（略してESC）です。パワーモーターの種類によって、ブラシ付きESCとブラシレスESCに分けられます。ブラシ付きESCは、フライトコントローラーからのPWM信号に基づいてパワーモーターの速度を制御します。

電源、ESC、およびパワーモーターのリンクは一般的に次のようになります。

（１）電源リンクESCの電源入力ライン。

（２）フライトコントローラの制御信号線をESCの信号線に接続する。

（３）ESCの電源出力ラインは動力モーターに接続されます。

ESC には通常、電源出力ライン (BWC) が装備されています。これは通常、信号ライン上にあり、電圧は約 5V で、通常はフライト コントローラー、RC 受信機、またはラダーに電力を供給するために使用されます。

4 プロペラ

プロペラの動作原理は、プロペラブレードが高速回転することで、大量の空気が常に後方に押し戻され、ブレードに逆方向の力が発生し、これがドローンの動力源となることです。プロペラを切断すると、断面が翼の断面と非常によく似ており、回転後、気流に対するプロペラの速度は、前進速度+回転速度の2つの部分で構成されます。回転により、プロペラブレードに空気力が形成され、前進方向の成分力は、プロペラプルと呼ばれるものです。さらに、プロペラが回転すると、プロペラの回転を妨げるモーメントが形成されます。これは、しばしばカウンタートルクと呼ばれ、このモーメントはエンジンモーメントによってバランスが取られます。プロペラプロファイルの弦と回転面によって形成される角度は、プロペラ取り付け角度と呼ばれます。最後に、プロペラが1回転するときの前進距離は、しばしばプロペラピッチと呼ばれます。実際、プロペラの各プロファイルの前進速度は同じですが、周速度はプロファイルの回転軸からの距離（半径）に比例するため、各プロファイルの相対的な気流と回転面との間の角度は、回転軸からの距離が増加するにつれて徐々に減少します。これが、各プロペラブレードのねじれの理由です。例えば、一般的に使用されている1240 2ブレードプロペラは、プロペラの直径が12インチ、ピッチが40であることを示しています。

5 航空機の種類とモーターおよびプロペラの関係

ドローンが使用するプロペラが大きいほど、プロペラが機体に与える反ねじれも大きくなります。そのため、プロペラの選び方は、ドローンの翼幅の長さと関係があり、プロペラを選択する際には、対応するモーターのパラメータにも注意する必要があります。たとえば、1240プロペラを使用する場合、固定翼UAVの翼幅は90CM以上である必要があります。そうでない場合、ねじれが大きくなり、飛行が不安定になります。別の例として、6040プロペラは翼幅が40CM以上に適しています。翼幅が1メートルを超えるドローンに4530プロペラを使用すると実現可能でしょうか？もちろん可能ですが、機体は大量の電力を消費します。翼幅は飛行抵抗が大きく、4530プロペラはケースに対して小さな推力しか発生しないため、小型馬車のようなものです。したがって、UAVの電源システムを選択する際には、電源、駆動モーター、ESC、プロペラの4つの関係に注意する必要があります。まず、UAVの機種、翼、翼幅のサイズを考慮し、それに合わせて駆動モーター、プロペラ、電源を選択する必要があります。特に注意すべき点は、高KVモーターに大型のプロペラを絶対に使用しないことです。高KVモーターはモーターを焼損させ、バッテリー寿命に影響を与えるだけでなく、ESCさえも焼損させる可能性があります。ESC自体が焼損する可能性もあります。

6 その他のデバイス

有人ターボジェット技術の発展に伴い、無人航空機用ターボジェットエンジンの開発は重要な技術基盤を提供しています。現在、小型ターボジェットエンジンは、いくつかの高速無人標的機や突発防衛ドローンに使用されています。小型ターボジェットエンジンのメカニズムは、圧縮機、燃焼室、タービン、ノズルの4つの部分で構成されています。圧縮機の役割は、空気を気道に高速で通過させ、最終的に燃焼室に到達することです。燃焼室は主に、燃焼のために導入された燃料に点火するために使用されます。膨張した空気はタービンを駆動し、タービンは圧縮機を制御するためにフィードバックされ、エンジンはサイクルで動作します。ノズルから加速された高温ガスは、最終的に機体全体の推力として使用されます。上記の動力システムに加えて、UAVにはターボシャフト、ターボプロップ、ターボファンなどの動力ユニットがいくつか応用されています。