Система електроживлення прив’язного дрона з проміжною ланкою підвищеної напруги

Oleksii O. Skrypchynskyy; Andrii Blinov; Ievgen Volodymyrovych Verbytskyi

doi:10.20535/2523-4455.mea.337641

Т. 30 · № 2 · 2025 сер 18, 2025 Електронні системи та сигнали

Система електроживлення прив’язного дрона з проміжною ланкою підвищеної напруги

Oleksii O. Skrypchynskyy Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Andrii Blinov Tallinn University of Technology Естонія

Ievgen Volodymyrovych Verbytskyi Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Сторінки337641.1-337641.10 Опублікованосер 18, 2025

PDF

ТОМ 30 · № 2 · 2025 Переглянути випуск

Анотація

Існуючі прив’язні дрони працюють на низькій напрузі до 43.2 В, що суттєво зменшує довжину живлячого кабеля та зменшує масу корисного навантаження. Метою роботи є розрахунок системи електроживлення прив’язного дрона з проміжною ланкою підвищеної напруги, спираючись на який можливо забезпечити близьку до мінімальної масу живлячого кабелю, при заданій максимальній висоті польоту та заданій тязі двигунів. У статті розроблено методику розрахунку системи електроживлення прив’язного дрона з проміжною ланкою підвищеної напруги. На основі аналізу недоліків і переваг передачі електроенергії змінним та постійним струмом, принципів ізоляції провідників залежно від рівня напруги, визначення щільності струму через провідник залежно від умов тепловідведення створено математичну модель системи електроживлення, що дозволяє визначити робочу напругу кабелю, що при заданій потужності дрона забезпечує близьку до мінімальної масу кабелю для живлення прив’язного дрона. Показано, що для кабелю з фіксованою масою, розрахованого на задану потужність, існує робоча напруга, при якій він має найбільшу довжину. За допомогою розробленої математичної моделі розраховано параметри живлячого кабелю для прив’язних дронів малої, середньої та високої потужності. Сумарну масу цих дронів порівняно з дронами без ланки підвищеної напруги, що живляться напругою 43.2 В. Результати порівняння засвідчили, що для дронів з низькою потужністю довжину кабелю можна збільшити на 85 % при збільшенні напруги живлення до 225 В, для дронів з середньою потужністю – на 434 % при напрузі живлення 710 В, для дронів з високою потужністю – на 721 % при напрузі живлення 1138 В.

Ключові слова

#прив’язний дрон #ізоляція на основі зшитого поліетилену XPLE #система електроживлення з проміжною ланкою підвищеної напруги

Посилання

A. Khan, S. Gupta, S.K. Gupta, "Emerging UAV technology for disaster detection, mitigation, response, and preparedness," Journal of Field Robotics, 2022, no. 39, pp. 905–955, DOI: https://doi.org/10.1002/rob.22075 .
Matthew Ayamga, Selorm Akaba, Albert Apotele Nyaaba, "Multifaceted applicability of drones: A review," Technological Forecasting and Social Change, no. 167, 2021, 120677, DOI: https://doi.org/10.1016/j.techfore.2021.120677 .
S.S. Scholz, D. Wähnert,G. Jansen, O. Sauzet, E. Latka, S. Rehberg, K.C. Thies "AED delivery at night - Can drones do the Job? A feasibility study of unmanned aerial systems to transport automated external defibrillators during night-time," Resuscitation, 2023, 185:109734, DOI: https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2023.109734 .
V. Bene, Z. Kristóf, B. Elek, "The DJI Dock 2 is a ‘Drone in a Box’ to Enhance the Unmanned Guard Solution – Scientific Research with the Cooperation of Duplitec Ltd.," RepTudKoz, 2024, vol. 35, no. 3, pp. 171–181, DOI: https://doi.org/10.32560/rk.2023.3.11 .
Evo NEST. Available at: https://www.autelrobotics.com/productdetail/evo-nest/ (Accessed: 16.07.2025).
D. Florczak, M. Jacewicz, A. Kopyt, R. Głębocki, "Autonomous solar-powered docking station for quadrotor drones–Design and testing," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2025. DOI: https://doi.org/10.1177/09544100251331282 .
M.N. Marques, S.A. Magalhães, F.N.D. Santos, H.S. Mendonça, "Tethered Unmanned Aerial Vehicles—A Systematic Review," Robotics, 2023, vol. 12, no. 4, 117, DOI: https://doi.org/10.3390/robotics12040117 .
M.N. Boukoberine, Z. Zhou, M. Benbouzid, "Power Supply Architectures for Drones - A Review," IECON 2019 - 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Lisbon, Portugal, 2019, pp. 5826-5831, DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2019.8927702 .
B.E.Y. Belmekki, M.-S. Alouini, "Unleashing the Potential of Networked Tethered Flying Platforms: Prospects, Challenges, and Applications," IEEE Open Journal of Vehicular Technology, 2022, vol. 3, pp. 278-320. DOI: https://doi.org/10.1109/OJVT.2022.3177946 .
V-scout. Vehicle-Mounted Actively Tethered Drone System. Available at: https://www.volarious.com/vscout-tethered-drone-systems (Accessed: 16.07.2025).
L. Zhang, J. Liang, W. Tang, G. Li, Y. Cai, W. Sheng, "Converting AC Distribution Lines to DC to Increase Transfer Capacities and DG Penetration," IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 10, no. 2, pp. 1477-1487, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2768392 .
I. Verbytskyi, M. Lukianov, K. Nassereddine, B. Pakhaliuk, O. Husev, R.M. Strzelecki, "Power Converter Solutions for Industrial PV Applications—A Review," Energies, 2022, no. 15, 3295, DOI: https://doi.org/10.3390/en15093295 .
IEC 60364-5-52:2009: Selection and erection of electrical equipment – Wiring systems, 2009, 171 p.
IEC 60038:2009: IEC standard voltages, 2009, 26 p.
DSTU IEC 60502-1:2009: Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV (Um = 1.2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV). Part 1. Cables for rated voltages of 1 kV (Um = 1.2 kV) and 3 kV (Um = 3.6 kV), 2009, 32 p.
E.J. Pavlina, C.J. Van Tyne, "Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels," Journal of Materials Engineering and Performance, 2008, vol. 17, no. 6, pp. 888-893, DOI: https://doi.org/10.1007/s11665-008-9225-5 .
P. Beigi, M.S. Rajabi, S. Aghakhani, "An Overview of Drone Energy Consumption Factors and Models," In M. Fathi, E. Zio, P. M. Pardalos (Eds.), Handbook of Smart Energy Systems. Springer, 2022, pp. 529–548, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-97940-9_200 .
E2000. Tuned Propulsion System. Available at: https://www.dji.com/global/e2000/info?utm_source (Accessed: 16.07.2025).
DJI Agras T20 Price and Specs. Available at: https://www.uavfordrone.com/dji-agras-t20-price-and-specs/?utm_source (Accessed: 16.07.2025).
J.G. Leishman, "Principles of Helicopter Aerodynamics," (2nd ed.). Cambridge University Press, 2006, 866 p.

Попередня у випуску Особливості організації голосових з’єднань в безпроводових мережах IEEE 802.11AC з пріоритизацією трафіку Наступна у випуску Моделювання магнітного поля Землі для визначення та контролю орієнтації PolyITAN-12U

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація

с. 362283.1-362283.7

10.20535/2523-4455.mea.362283

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел

с. 356487.1-356487.11

10.20535/2523-4455.mea.356487

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення

с. 361138.1-361138.6

10.20535/2523-4455.mea.361138

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Ievgen Volodymyrovych Verbytskyi, Volodymyr Yakovych Romashko, Оцінка ефективності відбирання енергії від сонячної батареї , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)

Схожі статті

Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Ірина Брика, Наталія Юріївна Філіпова, Двостороння система попередження учасників дорожнього руху на базі мікроконтролера ESP32 , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
д-р техн. наук, проф. Сергій Анатолійович Найда, д-р техн. наук, доц. Олександр Іванович Дрозденко, канд. техн. наук, доц. Павло Васильович Попович, PhD, Assoc. Prof. Kateryna Serhiivna Drozdenko, канд. техн. наук Олександр Ігорович Нижник, канд. техн. наук Ярослав Іванович Старовойт, Акустична локалізація повітряних об’єктів та практична оцінка її точності , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Liubomyr Mykolaiovych Korolevych, Natalia Maksimchuk, Oleksandr Vasyliovych Borysov, Вплив методів отримання тонких плівок оксиду церію на вольт-фарадні характеристики МДН-структур , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 3 (2019)
Sergey M. Osinov, Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Boris Ivanovych Lupyna, Olexandr Vasylovych Borisov, Моделювання багатофункціанального терморезистивного перетворювача, що використовує технологію теплообміну , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)
Oleksandr Ivanovych Drozdenko, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Випромінювання максимальної акустичної потужності системами гідроакустичних циліндричних п'єзокерамічних перетворювачів з окружною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна, Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Kostiantyn S. Mazur, Alina O. Serheieva, Dmytro D. Tatarchuk, Yuri V. Didenko, Керовані частотноселективні структури НВЧ на основі неоднорідної мікросмужкової лінії передачі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 4 (2018)
Oksana Yuriivna Kutova, Vladimir Ivanovych Tymofieiev, Mykhailo H. Dusheiko, Guillaume Brotons, Сенсор бета-лактоглобуліну на основі ІСПТ з підзатворним діелектриком СеО2 , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 4 (2019)

1-10 з 250 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] A. Khan, S. Gupta, S.K. Gupta, "Emerging UAV technology for disaster detection, mitigation, response, and preparedness," Journal of Field Robotics, 2022, no. 39, pp. 905–955, DOI: https://doi.org/10.1002/rob.22075 .

[2] Matthew Ayamga, Selorm Akaba, Albert Apotele Nyaaba, "Multifaceted applicability of drones: A review," Technological Forecasting and Social Change, no. 167, 2021, 120677, DOI: https://doi.org/10.1016/j.techfore.2021.120677 .

[3] S.S. Scholz, D. Wähnert,G. Jansen, O. Sauzet, E. Latka, S. Rehberg, K.C. Thies "AED delivery at night - Can drones do the Job? A feasibility study of unmanned aerial systems to transport automated external defibrillators during night-time," Resuscitation, 2023, 185:109734, DOI: https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2023.109734 .

[4] V. Bene, Z. Kristóf, B. Elek, "The DJI Dock 2 is a ‘Drone in a Box’ to Enhance the Unmanned Guard Solution – Scientific Research with the Cooperation of Duplitec Ltd.," RepTudKoz, 2024, vol. 35, no. 3, pp. 171–181, DOI: https://doi.org/10.32560/rk.2023.3.11 .

[5] Evo NEST. Available at: https://www.autelrobotics.com/productdetail/evo-nest/ (Accessed: 16.07.2025).

[6] D. Florczak, M. Jacewicz, A. Kopyt, R. Głębocki, "Autonomous solar-powered docking station for quadrotor drones–Design and testing," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2025. DOI: https://doi.org/10.1177/09544100251331282 .

[7] M.N. Marques, S.A. Magalhães, F.N.D. Santos, H.S. Mendonça, "Tethered Unmanned Aerial Vehicles—A Systematic Review," Robotics, 2023, vol. 12, no. 4, 117, DOI: https://doi.org/10.3390/robotics12040117 .

[8] M.N. Boukoberine, Z. Zhou, M. Benbouzid, "Power Supply Architectures for Drones - A Review," IECON 2019 - 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Lisbon, Portugal, 2019, pp. 5826-5831, DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2019.8927702 .

[9] B.E.Y. Belmekki, M.-S. Alouini, "Unleashing the Potential of Networked Tethered Flying Platforms: Prospects, Challenges, and Applications," IEEE Open Journal of Vehicular Technology, 2022, vol. 3, pp. 278-320. DOI: https://doi.org/10.1109/OJVT.2022.3177946 .

[10] V-scout. Vehicle-Mounted Actively Tethered Drone System. Available at: https://www.volarious.com/vscout-tethered-drone-systems (Accessed: 16.07.2025).

[11] L. Zhang, J. Liang, W. Tang, G. Li, Y. Cai, W. Sheng, "Converting AC Distribution Lines to DC to Increase Transfer Capacities and DG Penetration," IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 10, no. 2, pp. 1477-1487, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2768392 .

[12] I. Verbytskyi, M. Lukianov, K. Nassereddine, B. Pakhaliuk, O. Husev, R.M. Strzelecki, "Power Converter Solutions for Industrial PV Applications—A Review," Energies, 2022, no. 15, 3295, DOI: https://doi.org/10.3390/en15093295 .

[13] IEC 60364-5-52:2009: Selection and erection of electrical equipment – Wiring systems, 2009, 171 p.

[14] IEC 60038:2009: IEC standard voltages, 2009, 26 p.

[15] DSTU IEC 60502-1:2009: Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV (Um = 1.2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV). Part 1. Cables for rated voltages of 1 kV (Um = 1.2 kV) and 3 kV (Um = 3.6 kV), 2009, 32 p.

[16] E.J. Pavlina, C.J. Van Tyne, "Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels," Journal of Materials Engineering and Performance, 2008, vol. 17, no. 6, pp. 888-893, DOI: https://doi.org/10.1007/s11665-008-9225-5 .

[17] P. Beigi, M.S. Rajabi, S. Aghakhani, "An Overview of Drone Energy Consumption Factors and Models," In M. Fathi, E. Zio, P. M. Pardalos (Eds.), Handbook of Smart Energy Systems. Springer, 2022, pp. 529–548, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-97940-9_200 .

[18] E2000. Tuned Propulsion System. Available at: https://www.dji.com/global/e2000/info?utm_source (Accessed: 16.07.2025).

[19] DJI Agras T20 Price and Specs. Available at: https://www.uavfordrone.com/dji-agras-t20-price-and-specs/?utm_source (Accessed: 16.07.2025).

[20] J.G. Leishman, "Principles of Helicopter Aerodynamics," (2nd ed.). Cambridge University Press, 2006, 866 p.