Miaka iliyopita, uchumi wa kina chini umewekwa katika mikakati ya kitaifa ya maendeleo, na sekta ya milango ya angani inaongezeka haraka. Kulingana na data kutoka kwa Baraza la Upepo la China, idadi ya milango ya angani iliyoandikishwa nchini China ilifika 3.287 milioni mwishoni mwa mwaka 2025, na ukubwa wa jumla wa soko la uchumi wa kina chini unatarajiwa kuwakilisha zaidi ya bilioni moja ya RMB mwishoni mwa mwaka 2026.
Kama milango ya angani huenda juu zaidi, mbali zaidi, na kwa muda mrefu zaidi, mahitaji ya ustawi wa mfumo wa elektroniki kwenye milango huwa na shida zaidi. Na kwa sababu ya uunganishaji mkubwa wa miongozo ya ndani kama vile picha za infrared, bateri za lithi za utingi wa juu, udhibiti wa malango, na vifungo vya mawasiliano, ukuaji wa joto umekuwa hatari kuu inayathibitisha usalama wa malango.
Wakati mfumo wa kuchomwa kwa hewa ya kawaida huishi na ugumu wa kudumisha joto, na mfumo wa kuchomwa kwa maji mara nyingi huwa mbali na uzito na ufanisi wa juu wa teknolojia ya kuchomwa ya hali ya kimahsusi—kuchomwa kwa umeme (TEC)—inaanza kuonekana kama suluhisho la kushangaza kwa usimamizi wa joto katika drone.
Unaweza kuona dhahara ya kuvutia: wakati chipi ndogo ya umeme ya kuchomwa inapowekwa chaji cha DC, upande mmoja unapopita haraka kuwa baridi hata kufanya barafu, wakati upande mwingine unapopita kuwa moto.
Hii inategemea "Athari ya Peltier," iliyogunduliwa mwaka 1834 na mwanafizikia wa Ufaransa Jean Charles Athanase Peltier. Wakati chaji cha moja tu (DC) unapita kwenye mzunguko ulio unda na vifaa vya semiconductor vya aina ya N na ya P, elektronu zinazotuma joto kutoka upande mmoja hadi mwingine, ikasababisha upatikanaji wa joto na kutoa joto kwa pamoja.
Kutunganwa kwa vikundi vingi vya thermoelectric katika mfululizo huunda moduli ya thermoelectric (TEC), ikitumikia udhibiti wa joto kwa usahihi juu ya aina ya kubwa ya takriban –130°C hadi 150°C. Ukuwepo wa joto na ukuzimu unafanyika kwa urahisi kwa kugeuza mwelekeo wa sasa.
Ulinganisho na mfumo ya kawaida ya compressor na suluhisho za ukuzimu wa maji yanayotumia mchakato wa kuchanganya, teknolojia ya TEC inatoa faida kuu kadhaa kwa matumizi ya drone:
Ya hali ya kimtakatifu, inayosimama dhidi ya vibarua: Haina sehemu zinazozunguka, kuhakikisha uendeshaji wa kisilini na wa kudumu sana chini ya vibarua na uvimbe.
Udhibiti wa joto kwa usahihi: Muda mfupi wa kujibu, ukiruhusu udhibiti wa joto wa kiwango cha chini ya 0.01°C katika matumizi maalum.
Iliyopangwa kwa ukubwa mdogo na rahisi kuingizwa: Muundo wa rahisi, unaofaa kwa mazingira ya drone ambayo ni yenye kikomo cha nafasi na uzito.
Ulinzi wa Mazingira: Haitaki maji ya kuzima; moduli moja inaweza kusababisha joto na ukuzimu kwa kugeuza mwelekeo wa sasa.
Matumizi ya TEC kwenye nguruwe za angani hayajikazia mfumo wa ndani moja tu bali yanafanana na mazingira yote ya joto ya kifaa cha angani na mifumo ya msaada ya ardhi.
LiDAR ni kisensori muhimu katika nguruwe za angani za viwanda zinazotumika kwa ajili ya uchunguzi, ukaguzi, na matumizi ya usalama. Katika mifumo ya radar ya nuru, urefu wa wavu wa nuru ya diodi za laser za semiconductor unategemea sana joto la muunganiko: kwa kila ongezeko la 1°C, urefu wa wavu mara nyingi huhamishwa kwa takriban 0.2–0.3 nm.
Uhamisho huo wa urefu wa wavu unaweza kusababisha ishara ya kurudi kupita nje ya kioo cha nuru cha upanuzi mdogo, ikasababisha kushindwa kamili ya kufanya kizimisho. Kwa hivyo, ustahili wa urefu wa wavu ni mahitaji ya kazi badala ya uboreshaji wa utendaji.
Mipaka ya joto la kufanya kazi kwa mifumo ya LiDAR inabadilika kulingana na ubunifu na matumizi, mara nyingi kati ya –40°C na 85°C.
Ukimbia wa joto la thermoelectric (TEC) ni suluhisho la kawaida ya vifaa kwa ajili ya kudumisha ustahili wa urefu wa mawimbi wa diode ya lazi katika mfumo wa LiDAR. Changamoto za uhandisi zinajumuisha udhibiti wa joto chini ya millikelvin, usimamizi wa joto la vifaa vya nuru, na hata ukimbia wa mara nyingi wa joto kwa matumizi ya kubadilisha urefu wa mawimbi.
Batteries ni sababu kuu inayozuia uendelezaji wa drone. Katika mazingira ya joto kali, batteries za lithium-ion zinaweza kusuffer kutoka kwa joto kali sana, kuvimba, au kushindwa kwa joto. Katika majoto ya chini ya –10°C, uwezo wa kutumika unaweza kupungua hadi 30%.
Mifumo ya TEC inaweza kuunganishwa katika Mfumo wa Usimamizi wa Battery (BMS) ili kutoa udhibiti wa joto wa kisasa: kuchafua wakati joto ni juu sana na kujaza wakati joto ni chini sana. Hii inadumisha battery ndani ya kipindi cha kufanya kazi bora ya 25–40°C, ikibadilisha muda wa maisha na ufanisi wa kuchakua/kutuma umeme.
Kwa kubadilisha tu mwelekeo wa sasa, moduli za TEC zinaweza kusimamia moja kwa moja mwelekeo wa punguza na kuongeza joto, kufanana sawa na mahitaji ya kupunguza na kuongeza joto kwa mfumo wa betri za drone.
Katika viwango vya juu au mazingira ya kisio, uendelezaji wa kuthabiti wa vitawala vya motori na mfumo wa servomotori ni muhimu sana.
Moduli za kupunguza joto za thermoelectric zinaweza kusambaza joto kutoka kwa elektroniki ya nguvu wakati wa uendelezaji wa kawaida na kubadilisha kwa mode ya kujaza joto katika mazingira ya joto la chini katika viwango vya juu, kuhakikisha kwamba vibajio vya elektroniki vinabaki ndani ya hali ya uendelezaji bora. Hii inaongeza sana uthabiti wa mfumo wakati huo huo inapunguza vizingilio vya kipekee vya mazingira ya uundaji.
Vituo vya drone vinatumika kama "vituo vya msingi" kwa kuchakua na kusimamia nje ya nyumba. Mifumo yao ya kudhibiti joto ndani ya vituo hivi huamua moja kwa moja je! uendelezaji wa kujitegemea kabisa unaweza kufanyika.
Katika msimu wa joto, temperatura ndani zinaweza kufikia zaidi ya 60°C, kupunguza ufanisi wa kucharge na kuongeza hatari za usalama. Katika msimu wa baridi, temperatura za chini zinapunguza kwa kiasi kikubwa uwezo wa betri.
Mfumo uliojengwa kwa TEC unaweza kutoa kuponya na kupaka joto kwa kubadilisha tu mwelekeo wa sasa. Pamoja na vinyororo vya joto vya usahihi wa juu na mifumo ya kudhibiti ya PID, uthabiti wa joto ndani ya ±0.1°C unaweza kufikiwa.
Kwa sababu vitambaa vya TEC havina sehemu zinazoharakisha na hazitaki maji ya kuchoma, vinajulikana kwa ufanisi mkubwa kwa istisharatu za drone zilizowekwa mahali pasipo wazi au magumu kusaidia kama milimani au mabonde.
B despite manufaa yake, kuunganisha TEC katika mifumo ya drone bado ni changamoto ya uhandisi wa kiufundi:
Ushirikiano wa ufanisi wa nishati: TEC ni kwa ujumla pombo ya joto. Bila upungufu wa joto kwa upande wa moto, utendaji wa mfumo unapungua haraka sana. Katika matumizi ya nguvu ya juu, mara nyingi inahitajika kuponya kwa ajili ya hewa iliyopaswa kwa kutumia vifaa vya kuponya au hata mfumo wa kuponya kwa maji.
Uliwahi wa joto wa usahihi: Vifaa vya kuzingatia joto vya usahihi wa NTC pamoja na algoriti za PID vina hitaji kwa urejeshaji wa nguvu wa kinyume na uchaguzi wa nishati.
Ulinzi wa mazingira na ubunifu wa mgandamizo wa hewa: Mifumo ya drone inahitaji ulinzi wa IP65 au zaidi, na mgandamizo wa hewa ndani ya mfumo unapaswa kubuniwa kwa makini ili kuhakikisha usambazaji wa joto kwa usawa.
Majibu ya gharama ya muda wote wa maisha: Ingawa gharama za awali zinaweza kuwa juu kuliko suluhisho za kawaida, mfumo wa TEC una faida za muda mrefu kama vile hakuna sehemu zinazozunguka, hakuna matumizi ya refrigerant, na gharama za uendeshaji ni chini.
Katika P&N, tunapenda kuzingatia TEC si tu kama sehemu ya kuponya, bali kama kifaa cha uliwahi wa joto wa usahihi.
Kwa ajili ya mapambo, jambo la muhimu sio joto wenyewe, bali ustahimilivu wa muda mrefu wa sehemu muhimu chini ya hali za kufanya kazi.
Matumizi tofauti yanatakiwa na mahitaji tofauti kuhusu usahihi wa joto, matumizi ya nguvu, uzito, na uaminifu. Kwa hiyo, kila suluhisho lazima lijengwe kwa mfumo badala ya kufanywa upya tu ili kupunguza joto.
Na maendeleo ya haraka ya LiDAR, uchunguzi wa infrared, vituo vya mapambo, na miongo ya kudumu kwa muda mrefu, tunaiamini kwamba usimamizi wa joto wa uhakika utaicheza jukumu la ziada katika mifumo ya mapambo ya sasa.
P&N itaendelea kushirikiana karibu na wateja ili kuchunguza suluhisho zaidi za usimamizi wa joto wa umeme wa thermoelectric zenye ufanisi na uaminifu.
EN