XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Сравнительный анализ работы дронов на различных видах топлива
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Дроны бывают двух типов. Первые работают на традиционном топливе (бензине, керосине). Они могут долго держаться в воздухе, преодолевать большие расстояния и перевозить тяжелые грузы. Однако, использование двигателя внутреннего сгорания не экологично. В его выхлопе содержатся вредные вещества, а также углекислый газ, способствующий глобальному потеплению. Второй тип дронов - электрические дроны, работающие от аккумуляторов. В эксплуатации они не создают вредных выбросов, но при производстве аккумуляторов для дронов происходит загрязнение окружающей среды. Кроме того, эти устройства имеют ограниченный запас хода.
Таким образом мы решили собрать дрон на литий-ионных батареях и провести тест.
Этапы сборки:
1. Сборка корпуса и закрепление на нём плат управления и электродвигателей, аккумулятора,
2. Соединение электротехнических элементов (пайка).
3. Программирование дрона.
4. Проверка работоспособности всех связующих и управляющих элементов.
5. Калибровка устройства.
6. Проведение тестового полета.
Тестовый полёт прошел в штатном режиме, но время полёта дрона составило всего 15 минут.
В качестве альтернативного варианта для увеличения продолжительности полёта мы предлагаем использовать дроны на экологически чистых водородных топливных элементах, которые обеспечивают больший запас хода, чем современные аккумуляторы. Водородные топливные элементы не выбрасывают в воздух вредных для живых организмов веществ: единственным побочным продуктом является водяной пар. По сравнению с литий-ионными батареями дроны на основе водород-воздушных элементов дешевле в 20 раз, а стоимость пролета 1 км на водороде в два-три раза ниже, чем при использовании двигателей внутреннего сгорания.
Топливные элементы отличаются высокой эффективностью. Время полёта на полностью заряженном баллоне (10 литров горючего газа) в 6 раз больше, чем аналог на литий-ионном аккумуляторе. Наш образец может находится в воздухе 90 минут. По скорости зарядки литий-ионный аккумулятор уступает баллону с водородом.
Согласно информации в интернете КПД аккумулятора составляет приблизительно 65%, но по мере износа аккумулятора это значение уменьшается, а КПД водородного энергетического элемента 70%. Следовательно аккумулятор уступает водородному энергетическому элементу в КПД, в сроке службы, но и в экологичности, так как при производстве аккумуляторов в окружающую среды выделяется опасные и вредные вещества.
|
Плюсы применения водородного энергетического элемента |
Минусы применения водородного энергетического элемента |
|
Является экологически чистым продуктом, он не наносит вред окружающей среде |
Нет единого механизма по добыче. Получение водорода всё ещё представляет собой трудоёмкий процесс. |
|
Перевозка водорода осуществляется без проблем. Его легко перевозить по трубам или большим ёмкостям. |
Для получения используются природные ресурсы (нефть, газ и другие природные материалы). |
|
Водородная энергетика может быть применена в автомобильной сфере, промышленности, жилищном хозяйстве, инженерном деле. |
При добыче существует вероятность взрыва, так как этот элемент имеет повышенную взрывоопасность. |
Сравнение себестоимости квадрокоптеров
|
Квадрокоптер на электричестве |
Квадрокоптер на водородном топливном элементе |
|||
|
Элементы |
Цена (рублей) |
Элементы |
Цена (рублей) |
|
|
Аккумулятор 1шт |
2082 |
Водородный энергетический элемент |
1954 |
|
|
Электродвигатели 4шт |
1 528 |
Электродвигатели 4шт |
1 528 |
|
|
Лопасти 4шт |
137 |
Лопасти 4шт |
137 |
|
|
Камера FPV 1шт |
789 |
Камера FPV 1шт |
789 |
|
|
Плата управления 1шт |
2 522 |
Плата управления 1шт |
2 522 |
|
|
Рама 1шт |
1 348 |
Рама 1шт |
1 348 |
|
|
Драйвер 1шт |
1334 |
Драйвер 1шт |
1334 |
|
|
Аварийная сигнализация 5шт |
228 |
Аварийная сигнализация 5шт |
228 |
|
|
Плата расширения |
42 |
Плата расширения |
42 |
|
|
Контролер скорости |
1404 |
Контролер скорости |
1404 |
|
|
Другие запчасти |
1000 |
Другие запчасти |
1000 |
|
|
Балон для хранения водорода |
6045 |
|||
|
Итог |
12414 |
Итог |
18331 |
|
Аналоги:
Hycopter / Horizon- данный образец был создан в 2015 году, но на данный момент не вышел в массовую продажу, причины не известны.
Если сравнивать с более дорогими видами дронов которые могут находиться в воздухе до 40 минут, цена которых начинается от 50 000 тысяч рублей, то они будут уступать нашему дрону в времени полёта, при этом в ценовой категории от 16-19 тысяч рублей не получится найти дрона, который сможет находиться в воздухе даже 25 минут.
Потенциальные потребители:
Транснациональная энергетическая компания «Газпром» в данный момент наблюдает за сетью газопровода с помощью вертолёта, себестоимость пролёта достаточно дорога, если заменить его на дрон с водородным энергетическим элементом, то стоимость пролета упадёт в разы.
Также наша продукция будет интересна людям, которые профессионально занимаются видео и фотосъемкой, техникам БПЛА, операторам полезной нагрузки, техникам, геологам.
Наш проект будет интересен компаниям которые занимаются доставкой: DHL, Яндекс доставка, Додо-пицца, Почта России, все возможным мелким и крупным компаниям.
Вывод: Водород может использоваться вместо традиционного топлива (керосин, бензин, дизель). Эти виды топлива при сгорании выделяют вещества, загрязняющие атмосферу планеты в то время, как водород при «холодном» горении не вырабатывает токсичных веществ. При сравнении продукта с аналогами он имеет улучшенные характеристики.