混合无人机携带更重的有效载荷以获得更远的距离

麻省理工学院校友Long Phan SM '99，PhD '12是一位技术创新者和企业家，拥有多项工程“第一”。

在20世纪90年代中期，Phan帮助建造了Draper小型自主飞行器，这是世界上第一架全自动直升机。在21世纪初期在华尔街工作期间，他成为高频交易系统的早期先驱，该系统由功能强大的计算机组成，可快速完成大量交易。

作为Top Flight Technologies的联合创始人，首席执行官和首席技术官，Phan现在是最早将混合气体电动无人机商业化的企业家之一。与无电池供电的无人机相比，这些无人机的范围，有效载荷尺寸和功率都有一个数量级的增加。

今年秋季上市后，混合动力无人机可以帮助实现无人机包裹交付，并增强作物成像，军事监视，应急响应和远程基础设施检查等功能。随着初创公司继续开发混合动力无人机动力源，该技术也可为人类飞行铺平道路。

“关键是拥有充足的动力和总能量。这就是汽油和汽油给你的东西，”潘说。“使用像汽油这样的高能量密度能源，并将其转换为电能，并高效地运行，为您提供相当于'超级电池'的能力。”

许多无人驾驶飞机使用电池，两次充电之间飞行15至30分钟，最大有效载荷为5磅。Top Flight的无人机可以飞行超过2.5小时 - 最大可达100英里，最大可达20磅。

无人机可以针对任何数量的工业强度应用进行定制。发动机重约17磅，可产生高达10千瓦的功率。它使用汽油来产生驱动升降电机的动力，保持备用电池充电，并为车载电子设备供电，包括计算，传感器和通信设备。车载电池永远不需要充电; 用户只需要重新加油气罐并再次飞行。飞行控制可以在全自动或半自动模式下运行。

随着麻省理工学院几位校友的聘用，这家初创公司正在悄悄地开发出一种100千瓦的混合动力无人机，它可以提升100公斤 - 足以携带人或两个人 - 长达三个小时。美国宇航局，优步和全球许多航空航天公司目前正致力于建造空中出租车，这些小型自动驾驶飞机将在大城市中穿梭。但是，Phan说，这些只能在空中停留大约10分钟。Top Flight的技术将使他们更加实用，可以将人们从枢纽转移到枢纽。

“使用100千瓦的混合动力发动机，空中出租车等概念变得可行，”他说。“到2020年，你可能会看到一架无人机飞过一个人。”

“丰田普锐斯的天空”

Top Flight的故事开始于21世纪后期，当时Phan被召回麻省理工学院两次以解决不同的工程问题 - 这两次都是导致初创公司的问题。

2009年，Phan的前顾问Sanjay Sarma，现任Fred Fort Flowers和机械工程Daniel Fort Flowers教授以及开放式学习副总裁，要求他参加博士项目，从事广域热成像研究。Phan的研究成为Phan和Sarma的创业公司Essess的核心，该公司使用热成像屋顶钻机部署汽车，创建房屋和建筑物的热图以检测能量泄漏。

2014年，麻省理工学院林肯实验室情报，监视，侦察和战术系统部门负责人罗伯特·辛接近Phan，请他帮助解决无人机的有效载荷和耐久性问题。

Phan和其他麻省理工学院的研究人员通过概念化和设计用于无人机的微型混合电动燃气发动机来解决这个问题。“我们说，'如果我们为天空制造丰田普锐斯怎么办?'”Phan笑着说道。

混合动力电动发动机更容易在汽车中制造，因为除其他外，重量和体积限制更少。无人机上的发动机必须小巧轻便，同时提供相同的动力。这产生了过度振动和热量的主要技术挑战。Phan说：“通常情况下，发动机会因为运行它而变得很热。”

使用各种传热和控制技术 - 例如战略性地结合小风扇，散热片和橡胶减震器 - 团队解决了这些问题，并最初在通用无人机上打了一个原型混合动力引擎。他们的计算预测混合动力无人机将飞行一小时 - 但它飞行了将近2.5小时。

“灯泡熄灭了，”潘说。“我们当时想，'你还可以用一架可以飞行数小时的无人机做什么?'”

Phan于2014年与Sarma和其他麻省理工学院的工程师一起创办了这家创业公司，并在马萨诸塞州马尔登的一家遥控直升机业余爱好商店开展业务，然后于2016年在该市开设了一个独立的总部。几轮融资推动他们到2015年，超过200万美元的早期风险投资。

在过去几年中，Top Flight继续为微型混合动力发动机概念开发重大创新，称为“数字变速箱”。用于垂直起飞飞机的发动机，例如直升机，是复杂且难以管理的，由数千个机械部件组成。Top Flight的数字变速箱就像那些系统，但用电来控制一切。汽油运行到小型发电机，产生电力，数字变速箱控制并以脉冲形式发送到电动机和电子设备。Phan说，这使得动力飞行变得更加简单和高效。

“通过向电机提供脉冲电流，我们可以控制电机的扭矩和每分钟转数，”Phan说。“我们可以......实现与传统机械传动系统相同的优势，但它更高效，更具成本效益，并且可扩展。”

在敏捷航空航天中巡航

今天，Top Flight在其所谓的“敏捷航空航天2.0”中运行，这个术语代表从地面开始并上升到400英尺的无人机和微型卫星的宝贵垂直范围。靠近地面飞行意味着大大增强了成像和传感分辨率以及其他功能，例如通信。“如果你今天出去，那么敏捷航空航天中几乎没有任何事情发生，”Phan说。“但这对于空中出租车或检查电力线，或进行物流或交付最有意义。”

立即申请Top Flight的无人机功能可能包括检查偏远地区的基础设施。一些美国公用事业公司已经在检查无人机，检查电力线和管道，由于其偏远的位置，没有例行检查。Top Flight的无人机可以大大增加这些无人机的射程，同时降低成本并提高工人的安全性。他们还可以通过调查自然灾害后对网络的破坏来帮助灾前恢复和灾后恢复工作。

至于交付无人机，Phan表示Top Flight可以增加与增加范围相关的整体价值。亚马逊，谷歌，UPS和其他大型国际公司正在开发基于无人机的解决方案，可以将产品包送到消费者家门口。但是他们仅限于携带一本教科书，可能还有30分钟的续航时间，限制了他们的射程。

“通过将范围增加一个数量级，与传统的电池无人机系统相比，由于面积覆盖范围的增加，可以获得100倍的价值，”Phan说。“[交付无人机]不仅仅是一个噱头。它们很快就会变得可行。”

Phan说，Top Flight的无人机也有望改善军事任务。一群1000架小型无人机可以长时间部署，以类似于单一大型军用飞机的成本收集侦察数据。

当Top Flight完成其100千瓦的混合动力电动发动机时，同样的概念也可用于运输，例如，油桶，分为较小的数量，用于危险区域的军事车队。通常，由于运输成本和道路上的各种风险，这种类型的运输是昂贵且危险的。Phan说：“你可以使用许多无人机以100公斤的增量运载小型载荷，而不是携带非常大的载荷。”

目前，Top Flight在其微型混合动力系统中使用内燃机。展望未来，该公司的目标是与燃气涡轮发动机混合，燃气涡轮发动机用于为喷气式飞机和直升机提供动力。“热量和振动问题将被放大，但同时它们比同等大小的内燃机更强大，能效几乎高出100%，”Phan说。“这是我们的下一个挑战。”