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麻省理工學(xué)院校友Long Phan SM '99,PhD '12是一位技術(shù)創(chuàng)新者和企業(yè)家,擁有多項工程“第一”。
在20世紀(jì)90年代中期,Phan幫助建造了Draper小型自主飛行器,這是世界上第一架全自動直升機(jī)。在21世紀(jì)初期在華爾街工作期間,他成為高頻交易系統(tǒng)的早期先驅(qū),該系統(tǒng)由功能強(qiáng)大的計算機(jī)組成,可快速完成大量交易。
作為Top Flight Technologies的聯(lián)合創(chuàng)始人,首席執(zhí)行官和首席技術(shù)官,Phan現(xiàn)在是最早將混合氣體電動無人機(jī)商業(yè)化的企業(yè)家之一。與無電池供電的無人機(jī)相比,這些無人機(jī)的范圍,有效載荷尺寸和功率都有一個數(shù)量級的增加。
今年秋季上市后,混合動力無人機(jī)可以幫助實現(xiàn)無人機(jī)包裹交付,并增強(qiáng)作物成像,軍事監(jiān)視,應(yīng)急響應(yīng)和遠(yuǎn)程基礎(chǔ)設(shè)施檢查等功能。隨著初創(chuàng)公司繼續(xù)開發(fā)混合動力無人機(jī)動力源,該技術(shù)也可為人類飛行鋪平道路。
“關(guān)鍵是擁有充足的動力和總能量。這就是汽油和汽油給你的東西,”潘說。“使用像汽油這樣的高能量密度能源,并將其轉(zhuǎn)換為電能,并高效地運(yùn)行,為您提供相當(dāng)于'超級電池'的能力。”
許多無人駕駛飛機(jī)使用電池,兩次充電之間飛行15至30分鐘,最大有效載荷為5磅。Top Flight的無人機(jī)可以飛行超過2.5小時 - 最大可達(dá)100英里,最大可達(dá)20磅。
無人機(jī)可以針對任何數(shù)量的工業(yè)強(qiáng)度應(yīng)用進(jìn)行定制。發(fā)動機(jī)重約17磅,可產(chǎn)生高達(dá)10千瓦的功率。它使用汽油來產(chǎn)生驅(qū)動升降電機(jī)的動力,保持備用電池充電,并為車載電子設(shè)備供電,包括計算,傳感器和通信設(shè)備。車載電池永遠(yuǎn)不需要充電; 用戶只需要重新加油氣罐并再次飛行。飛行控制可以在全自動或半自動模式下運(yùn)行。
隨著麻省理工學(xué)院幾位校友的聘用,這家初創(chuàng)公司正在悄悄地開發(fā)出一種100千瓦的混合動力無人機(jī),它可以提升100公斤 - 足以攜帶人或兩個人 - 長達(dá)三個小時。美國宇航局,優(yōu)步和全球許多航空航天公司目前正致力于建造空中出租車,這些小型自動駕駛飛機(jī)將在大城市中穿梭。但是,Phan說,這些只能在空中停留大約10分鐘。Top Flight的技術(shù)將使他們更加實用,可以將人們從樞紐轉(zhuǎn)移到樞紐。
“使用100千瓦的混合動力發(fā)動機(jī),空中出租車等概念變得可行,”他說。“到2020年,你可能會看到一架無人機(jī)飛過一個人。”
“豐田普銳斯的天空”
Top Flight的故事開始于21世紀(jì)后期,當(dāng)時Phan被召回麻省理工學(xué)院兩次以解決不同的工程問題 - 這兩次都是導(dǎo)致初創(chuàng)公司的問題。
2009年,Phan的前顧問Sanjay Sarma,現(xiàn)任Fred Fort Flowers和機(jī)械工程Daniel Fort Flowers教授以及開放式學(xué)習(xí)副總裁,要求他參加博士項目,從事廣域熱成像研究。Phan的研究成為Phan和Sarma的創(chuàng)業(yè)公司Essess的核心,該公司使用熱成像屋頂鉆機(jī)部署汽車,創(chuàng)建房屋和建筑物的熱圖以檢測能量泄漏。
2014年,麻省理工學(xué)院林肯實驗室情報,監(jiān)視,偵察和戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)部門負(fù)責(zé)人羅伯特·辛接近Phan,請他幫助解決無人機(jī)的有效載荷和耐久性問題。
Phan和其他麻省理工學(xué)院的研究人員通過概念化和設(shè)計用于無人機(jī)的微型混合電動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)來解決這個問題。“我們說,'如果我們?yōu)樘炜罩圃熵S田普銳斯怎么辦?'”Phan笑著說道。
混合動力電動發(fā)動機(jī)更容易在汽車中制造,因為除其他外,重量和體積限制更少。無人機(jī)上的發(fā)動機(jī)必須小巧輕便,同時提供相同的動力。這產(chǎn)生了過度振動和熱量的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。Phan說:“通常情況下,發(fā)動機(jī)會因為運(yùn)行它而變得很熱。”
使用各種傳熱和控制技術(shù) - 例如戰(zhàn)略性地結(jié)合小風(fēng)扇,散熱片和橡膠減震器 - 團(tuán)隊解決了這些問題,并最初在通用無人機(jī)上打了一個原型混合動力引擎。他們的計算預(yù)測混合動力無人機(jī)將飛行一小時 - 但它飛行了將近2.5小時。
“燈泡熄滅了,”潘說。“我們當(dāng)時想,'你還可以用一架可以飛行數(shù)小時的無人機(jī)做什么?'”
Phan于2014年與Sarma和其他麻省理工學(xué)院的工程師一起創(chuàng)辦了這家創(chuàng)業(yè)公司,并在馬薩諸塞州馬爾登的一家遙控直升機(jī)業(yè)余愛好商店開展業(yè)務(wù),然后于2016年在該市開設(shè)了一個獨立的總部。幾輪融資推動他們到2015年,超過200萬美元的早期風(fēng)險投資。
在過去幾年中,Top Flight繼續(xù)為微型混合動力發(fā)動機(jī)概念開發(fā)重大創(chuàng)新,稱為“數(shù)字變速箱”。用于垂直起飛飛機(jī)的發(fā)動機(jī),例如直升機(jī),是復(fù)雜且難以管理的,由數(shù)千個機(jī)械部件組成。Top Flight的數(shù)字變速箱就像那些系統(tǒng),但用電來控制一切。汽油運(yùn)行到小型發(fā)電機(jī),產(chǎn)生電力,數(shù)字變速箱控制并以脈沖形式發(fā)送到電動機(jī)和電子設(shè)備。Phan說,這使得動力飛行變得更加簡單和高效。
“通過向電機(jī)提供脈沖電流,我們可以控制電機(jī)的扭矩和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù),”Phan說。“我們可以......實現(xiàn)與傳統(tǒng)機(jī)械傳動系統(tǒng)相同的優(yōu)勢,但它更高效,更具成本效益,并且可擴(kuò)展。”
在敏捷航空航天中巡航
今天,Top Flight在其所謂的“敏捷航空航天2.0”中運(yùn)行,這個術(shù)語代表從地面開始并上升到400英尺的無人機(jī)和微型衛(wèi)星的寶貴垂直范圍??拷孛骘w行意味著大大增強(qiáng)了成像和傳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幾乎沒有任何事情發(fā)生,”Phan說。“但這對于空中出租車或檢查電力線,或進(jìn)行物流或交付最有意義。”
立即申請Top Flight的無人機(jī)功能可能包括檢查偏遠(yuǎn)地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施。一些美國公用事業(yè)公司已經(jīng)在檢查無人機(jī),檢查電力線和管道,由于其偏遠(yuǎn)的位置,沒有例行檢查。Top Flight的無人機(jī)可以大大增加這些無人機(jī)的射程,同時降低成本并提高工人的安全性。他們還可以通過調(diào)查自然災(zāi)害后對網(wǎng)絡(luò)的破壞來幫助災(zāi)前恢復(fù)和災(zāi)后恢復(fù)工作。
至于交付無人機(jī),Phan表示Top Flight可以增加與增加范圍相關(guān)的整體價值。亞馬遜,谷歌,UPS和其他大型國際公司正在開發(fā)基于無人機(jī)的解決方案,可以將產(chǎn)品包送到消費者家門口。但是他們僅限于攜帶一本教科書,可能還有30分鐘的續(xù)航時間,限制了他們的射程。
“通過將范圍增加一個數(shù)量級,與傳統(tǒng)的電池?zé)o人機(jī)系統(tǒng)相比,由于面積覆蓋范圍的增加,可以獲得100倍的價值,”Phan說。“[交付無人機(jī)]不僅僅是一個噱頭。它們很快就會變得可行。”
Phan說,Top Flight的無人機(jī)也有望改善軍事任務(wù)。一群1000架小型無人機(jī)可以長時間部署,以類似于單一大型軍用飛機(jī)的成本收集偵察數(shù)據(jù)。
當(dāng)Top Flight完成其100千瓦的混合動力電動發(fā)動機(jī)時,同樣的概念也可用于運(yùn)輸,例如,油桶,分為較小的數(shù)量,用于危險區(qū)域的軍事車隊。通常,由于運(yùn)輸成本和道路上的各種風(fēng)險,這種類型的運(yùn)輸是昂貴且危險的。Phan說:“你可以使用許多無人機(jī)以100公斤的增量運(yùn)載小型載荷,而不是攜帶非常大的載荷。”
目前,Top Flight在其微型混合動力系統(tǒng)中使用內(nèi)燃機(jī)。展望未來,該公司的目標(biāo)是與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)混合,燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)用于為噴氣式飛機(jī)和直升機(jī)提供動力。“熱量和振動問題將被放大,但同時它們比同等大小的內(nèi)燃機(jī)更強(qiáng)大,能效幾乎高出100%,”Phan說。“這是我們的下一個挑戰(zhàn)。”
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