應(yīng)該選擇合適的方式預(yù)測(cè)我們的動(dòng)力使用時(shí)長(zhǎng)—保證數(shù)據(jù)正確性

在許多較大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常有多種可能性和方法來(lái)提供基本電源。例如，在電力與碳?xì)浠衔镏g可能存在基本選擇，然后是更多細(xì)節(jié)：清除和收獲、太陽(yáng)能、風(fēng)能、天然氣、丙烷、甲烷、壓縮空氣……這是一個(gè)很長(zhǎng)的清單。然而，假設(shè)傳統(tǒng)上使用的電源是正確的也是正常的，尤其是當(dāng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)這種方法有一定的經(jīng)驗(yàn)時(shí)。

然而，成功的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能需要查看數(shù)字、重新評(píng)估情況并保持客觀。如果數(shù)字不支持他們，他們還需要避免“時(shí)尚”的感覺良好的解決方案。最近的兩個(gè)例子，都是來(lái)自麻省理工學(xué)院的巧合(或者可能不是巧合)，展示了公正的思維如何導(dǎo)致創(chuàng)新的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。

第一個(gè)是無(wú)人機(jī)，它的目標(biāo)是在高空停留五天，同時(shí)攜帶約 20 磅(9 公斤)的適度負(fù)載。該無(wú)人機(jī)旨在成為機(jī)載通信節(jié)點(diǎn)，在高空攜帶設(shè)備(手機(jī)、電話、無(wú)線電、互聯(lián)網(wǎng))，以在現(xiàn)有系統(tǒng)因風(fēng)暴、洪水、地震和其他災(zāi)害而無(wú)法運(yùn)行的情況下建立連接。

參與該項(xiàng)目的麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)，首先研究了使用太陽(yáng)能的明顯解決方案。畢竟，這已經(jīng)成功地用于其他長(zhǎng)期任務(wù)。盡管如此，當(dāng)他們真正體驗(yàn)實(shí)際操作時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能并不是最好的選擇?；谔?yáng)能的電力系統(tǒng)將需要更重的電池來(lái)存儲(chǔ)多余的電力(假設(shè)有)，以用于夜間、云或高緯度部署。因此，他們最終決定采用 5 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的老式汽油動(dòng)力路線。

麻省理工學(xué)院的新聞稿“工程師設(shè)計(jì)可以在高空飛行五天的無(wú)人機(jī)”還討論了他們的關(guān)鍵設(shè)計(jì)和仿真工具 GPkit，該工具由麻省理工學(xué)院教授 Warren Hoburg 開發(fā)，允許工程師確定車輛的最佳設(shè)計(jì)決策或尺寸給定某些限制或任務(wù)要求。該工具使團(tuán)隊(duì)能夠同時(shí)考慮大約 200 個(gè)約束和物理模型，并將它們組合在一起以創(chuàng)建最佳飛機(jī)設(shè)計(jì)，并評(píng)估許多設(shè)計(jì)權(quán)衡。該團(tuán)隊(duì)的最終設(shè)計(jì)被稱為“叢林鷹貓頭鷹”，重量不到 150 磅(68 公斤)，在 15,000 英尺(4.6 公里)的高度運(yùn)行了五天。

在另一個(gè)例子中，一個(gè)衍生團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)并正在商業(yè)化一種無(wú)人機(jī)，該無(wú)人機(jī)試圖結(jié)合兩種動(dòng)力世界的優(yōu)點(diǎn)：汽油和電力。實(shí)際上，他們使用直接混合動(dòng)力架構(gòu)方法創(chuàng)建了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 的航空模擬，其中燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力，然后用于為所有事物提供動(dòng)力：電機(jī)、電子設(shè)備等。(在某些 HEV 中使用的更復(fù)雜的并行方法中，有時(shí)在動(dòng)力總成中同時(shí)使用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，具體取決于充電和燃料狀態(tài)、負(fù)載條件和其他因素。這可能更有效，但更難控制并具有機(jī)械和重量懲罰。)

使用所謂的直接混合動(dòng)力方法是有意義的，因?yàn)樗试S對(duì)電機(jī)進(jìn)行全電子智能控制，這在電力領(lǐng)域更容易、更有效地完成。當(dāng)然，在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)級(jí)和電力軌道之間需要權(quán)衡損失，但這種損失可能會(huì)通過(guò)更好的控制和全電驅(qū)動(dòng)效率的提高來(lái)抵消。這是一個(gè)有趣的工程權(quán)衡，需要仔細(xì)的系統(tǒng)分析。

麻省理工學(xué)院的新聞稿，“混合無(wú)人機(jī)攜帶更重的有效載荷，距離更遠(yuǎn)”，詳細(xì)介紹了一些細(xì)節(jié)，并包括一個(gè)關(guān)于熱問(wèn)題的有趣觀點(diǎn)。顯然，無(wú)人機(jī)上的引擎必須小巧輕便，新聞稿指出，這帶來(lái)了與過(guò)度振動(dòng)和熱量相關(guān)的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)/變速箱/發(fā)電機(jī)組合來(lái)滿足系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)?！巴ǔＧ闆r下，發(fā)動(dòng)機(jī)真的會(huì)融化，因?yàn)槟惆阉_得太熱了，”Long Phan 說(shuō)，他是麻省理工學(xué)院衍生公司Top Flight Technologies的聯(lián)合創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官。. 他補(bǔ)充說(shuō)，通過(guò)“使用各種傳熱和控制技術(shù)，例如戰(zhàn)略性地結(jié)合小型風(fēng)扇、散熱片和橡膠減振器，該團(tuán)隊(duì)解決了這些問(wèn)題，并最初在通用無(wú)人機(jī)上安裝了原型混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)?！?

他們的計(jì)算預(yù)測(cè)混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)將飛行一個(gè)小時(shí)，但實(shí)際上它飛行了近 2.5 小時(shí)，載荷為 20 磅(9 公斤)，實(shí)際航程約為 100 英里(160 公里)。坦率地說(shuō)，如此嚴(yán)重的錯(cuò)誤預(yù)測(cè)——即使它是有利的——讓我感到困惑。