Καινοτόμες λύσεις για ασύρματη φόρτιση μη επανδρωμένων αεροχημάτων.

Abstract

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η εξέταση καινοτόμων λύσεων φόρτισης κινούμενου πολύπτερου κατακόρυφης άνωσης(Drone), το οποίο στην επιστημονική βιβλιογραφία ανα-φέρεται ως VTOL UAVs(Vertical Take Off and Landing - Unmanned Aerial Vehicle). Η μεταπτυχιακή διατριβή περιλαμβάνει τη σπουδή και υλοποίηση δυο κύριων συστημάτων, τα οποία αποτελούν αναπόσπαστα μέρη της διαδικασίας ασύρματης μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, ειδικότερα όταν οι συσκευές δέκτες βρίσκονται σε κατά-σταση κίνησης. Κυριότερη εφαρμογή, αποτελεί αυτή του ραδιοανιχνευτή του ιπτάμενου αεροχήματος(drone), ή οποία μπορεί να χαρακτηριστεί ως καινοτόμος, καθώς πρόκειται για πρωτότυπη μέθοδο, η οποία εδράζεται στις αρχές λειτουργίας των συστημάτων ραδιοε-ντοπισμού(ραντάρ), αλλά εκμεταλλεύεται διαφορετικές παραμέτρους και χαρακτηρίζεται από παθητική λειτουργία και χαμηλό οικονομικό κόστος. Η δεύτερη εξίσου σημαντική εφαρμογή, είναι αυτή της ασύρματης φόρτισης ενός ιπτάμενου αεροχήματος(drone), σε σχετικά μεγάλη απόσταση. Η υλοποίηση του συστήματος, παρου-σιάζει εξίσου ιδιαίτερες προκλήσεις, καθώς απαιτεί άριστη κατανομή και καθοδήγηση πολ-λαπλών στενών δέσμων ακτίνων, υψηλή συγκέντρωση ισχύος εκπεμπόμενης ενέργειας στο στόχο, ακριβή καθοδήγηση και συντονισμό των πομπών, ώστε αυτοί να είναι συνεχώς σκο-πευμένοι στον κινούμενο στόχο. Το σενάριο της διατριβής, περιλαμβάνει επίσης τη σπουδή και υλοποίηση κατάλληλων δια-τάξεων κεραιών πομπού – δέκτη και ανάλογες τεχνολογικές εφαρμογές, σε λογισμικό και ηλεκτρονικά, που συνεισφέρουν στον έλεγχο και την ολοκληρωμένη λειτουργία του συστή-ματος εξ΄αποστάσεως φόρτισης. Η εξέταση των παραγόντων που επηρεάζουν τις παραπάνω διαδικασίες, αποτελούν πραγ-ματική πρόκληση, καθώς κατά τη γνώση του ερευνητή, διαπιστώνεται έλλειψη επιστημο-νικά εδραιωμένων απαντήσεων και λύσεων, στις περιπτώσεις αυτές. Οι λιγοστές πειραμα-τικές δοκιμές που διεξήχθησαν στο παρελθόν, αφορούσαν τη χρήση παλαιάς τεχνολογίας και συστημάτων με χαμηλότερες συχνότητες, η χρήση των οποίων βρισκόταν στο πνεύμα και τις δυνατότητες των ηλεκτρονικών διατάξεων της εποχής. Επιπρόσθετα, η εμφάνιση και χρήση των Drones, που έλαβε χώρα την τελευταία 10ετία, παρουσίαζει νέες προκλήσεις και ανάγκες, οι οποίες δεν έχουν ακόμα εξεταστεί, με κυριότερη αυτή της αύξησης του χρό-νου πτήσεως, σε συνδυασμο με τη μείωση των μεγεθών και την εξέλιξη των κεραιών. Επιπρόσθετα, θα πρέπει να αναφερθεί ότι, οι περιορισμοί στην ισχύ των ασυρμάτων εκπο-μπών, όπως αυτοί καθορίστηκαν από τους διεθνείς οργανισμούς ENSI, ITU, IEEE, CE, FCC [1], επαυξάνουν τις προκλήσεις και επιβάλλουν την ανάγκη, για καταβολή προσπαθειών ε-ξεύρεσης οικονομικότερων, ασφαλέστερων και παραγωγικότερων λύσεων. Συνεπώς, τα κύρια ερευνητικά ερωτήματα που σχετίζονται με τη διεξαγωγή της παρουσας διατριβής είναι: α. Κατά πόσο είναι δυνατή η ασύρματη μεταφορά ικανής ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας ώστε αυτή να φορτίζει ιπτάμενο αερόχημα(drone); β. Ποιές μέθοδοι μεταφοράς και μετατροπής ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας σε σταθερή τάση είναι οι καταλληλότερες και πώς αυτές θα υλοποιηθούν; γ. Ποιές τεχνολογίες μπορούν να συνδυαστούν προκειμένου να επιτευχθεί αυξημένη αποδο-τικότητα του συστήματος ασύρματης φόρτισης; Λέξεις Κλειδιά Wireless Power Transfer(WPT), Microwaves Power Transfer(MPT), Wireless Power(WiPo), Beamforming, Beamsteering, Rectification, Rectenna, Power Transformation Efficiency, Witricity, Unmanned Aerial Vechicles(UAV).