多旋翼無人機和固定翼無人機的續航時間解析

所謂續航時間，又稱之為"航時"，它是指飛機在不進行空中加油的情況下，耗盡其本身攜帶的可用燃料時，所能持續飛行的時間。續航時間是飛機最重要的性能指標之一，它直接表明飛機一次加油后的持久作戰或持久飛行能力。**續航時間與飛行速度、飛行高度、發動機工作狀態等多種參數有關。**合理選擇飛行參數，使得飛機在單位時間內所耗燃料量最少，飛機就能獲得最長的續航時間。此時，所對應的巡航速度稱為"久航速度"。

無人機的續航時間估算

現在市場上很多無人機續航時間都說可以飛很久，有30分鐘的，1個小時的，甚至是2個小時的等等。那么，到底怎么算無人機續航時間才比較合理的呢?1、首先要確定的是自己使用的無人機是屬于什么類型的無人機，因為用途不同的無人機不僅使用的無人機電池不同，對放電電流大小要求也是不同的。2、要想知道哪個無人機電池品牌讓無人機續航時間更長，就要選擇同等容量、放電倍率的規格，選擇同樣的無人機，在同樣的使用條件下，才能對比出來。3、從無人機電池標簽數字上來估算無人機續航時間長短。

一般無人機正常工作的時候有一個穩定的額定電流，我們設定這個電流為I。無人機電池標簽上一般會標明電池容量，比如4000mAh，10C等（當然這里說的是電池容量不存在虛標的情況）。那么，無人機續航時間大概多少就可以算出來:

無人機續航時間(t)=4000mAh/I

假如：I=2C=8000mA (C表示放電倍率)，則：

T=4000mAh/8000mA=0.5h=30分鐘

這個時間只是理論估算值，實際值一般是會比理論值要少些的，因為無人機飛行不可能一直勻速放電，遇到大風或需要高速飛行時，都會需要大電流放電，電流會大于額定電流I。在這里同樣可以推出，假如有無人機最大放電電流I2，那么同理就可以算出無人機續航時間最短是多少了。

比較準確的計算是下面這樣的：

多旋翼無人機的續航時間解析

多旋翼無人機存在著續航時間短的問題，像航拍無人機這樣任務載荷很輕的多旋翼，一般也只有30分鐘左右的續航時間，應用受到很大的制約。多旋翼是使用電池作為能源的純電動無人機，續航時間短的根本原因在于目前電池容量密度過低。

根據相關技術原理能夠得到下列公式：

起飛重量 = 空機重量 + 載荷重量 + 電池重量 = 升功比（KG/KW） × 平均功率（KW）；

電池電量 = 容量密度（KWH/KG） × 電池重量 = 平均功率（KW） × 續航時間；

電池重量比 = 電池重量 / 起飛重量。

經整理得到：

續航時間（H）= 電池重量比× 升功比（KG/KW）× 容量密度（KWH/KG）

以目前能達到的0.5的電池重量比，5KG/KW的升功比，0.2KWH/KG的容量密度帶入公式，續航時間等于0.5小時。這說明了現在多旋翼航拍機續航時間都在30分鐘左右的原因。

從續航時間公式來看，續航時間與起飛重量是沒有直接關系的。這可以解釋為，增大起飛重量需要更大的平均功率，需要使用更多的電量，因此也就需要增加電池電量，增加電池重量，在電池重量比不變的情況下，增加的電池重量抵消了增大的起飛重量。增加的電池電量并沒有為增加續航時間做出貢獻。

要增加續航時間，雖然可以分別通過提高電池重量比、升功比和容量密度三種途徑來實現。但靠提高電池重量比顯然是沒有出路的。即使多旋翼沒有任務載荷，電池重量比最多也就能達到2/3，并不能使續航時間有根本性的提高。靠提高升功比效果比較有限。升功比是旋翼類航空器的一個基本性能參數，一般實用的經驗數值在5～10 KG/KW范圍，而且起飛重量越大，升功比會越小。提高升功比在技術有很大的難度，成本會增加很多。靠提高電池容量密度也不現實。目前電池容量密度在0.2 KWH/KG左右，在短時間內很難有較大的提高。以電池作為能源的純電動多旋翼面臨著續航時間短的技術瓶頸。

解決續航時間短的途徑是采用油電混合能源作為多旋翼的動力源。近年來，分布式油電混合電推進技術有較大發展，所采用的油電混合電力系統是用燃油發動機直接發電，用電能傳導方式驅動旋翼電機。燃油能量密度為12KWH/KG，油電混合電力系統效率可達70%，等效下來有效容量密度為8.4KWH/KG。這比電池容量密度要高出40多倍。從續航時間公式看，燃料有效容量密度值要遠大于燃料重量比值和升功比值，1KG燃油相當于40KG電池所產生的電量，可以有效解決多旋翼無人機續航時間短的技術瓶頸。

固定翼無人機的巡航時間解析

固定翼無人機和多旋翼無人機在飛行原理上有根本性的差別，同樣使用電池提供能源，固定翼無人機的巡航時間要比多旋翼無人機的續航時間多很多。

根據相關技術原理能夠得到下列公式：

飛機重量 = 空機重量 + 載荷重量 + 電池重量

電池重量比 = 電池重量 / 飛機重量

電池電量 = 容量密度（KWH/KG） × 電池重量 = 巡航功率（KW） × 巡航時間

巡航功率 = 飛行推力 × 巡航速度

升阻比 = 飛機重量 × 重力加速度 × 巡航速度（KM/H） / 巡航功率（KW）

經整理得到：

巡航時間（H）= 10^2 ×電池重量比 × 升阻比 × 容量密度（KWH/KG）/ 巡航速度（KM/H）

式中的 10^2 = 1000/9.8 數值是等式量綱轉換常數。

為便于比較，將“多旋翼無人機的續航時間解析”中0.5的電池重量比，0.2KWH/KG的容量密度帶入公式，取15的升阻比，60KM/H的巡航速度，計算得到的巡航時間等于2.55小時。由此可見，固定翼無人機在巡航時間上要比多旋翼無人機的續航時間具有較大的優勢。