ENVIRONMENT / COLD
寒冷与结冰:电池衰弱、螺旋桨结冰时会发生什么
冬季山脊上的风力机、横穿雪原的管道、雾气弥漫的海岸。寒冷会消耗电池电量,寒冷潮湿的空气会在螺旋桨上结冰。许多资产最需要在冬季检查,而这恰恰是无人机最脆弱的时候。以下是应对方法。
本页内容
实际发生了什么
低温有两方面影响。第一是对电池:锂离子电池的化学反应在低温下变慢,大电流放电时电压会急剧下降。即使充满电,飞行时间也会缩短,最糟的情况下电压会在空中崩溃。第二是结冰:在零度上下的雾、云或毛毛雨中,过冷水滴一碰到螺旋桨和机身就会立刻冻结。螺旋桨外形一旦被破坏,升力下降、振动加剧,机体可能在几分钟内失去飞行能力。
| 情形 | 会发生什么 | 典型结果 |
|---|---|---|
| 用低温电池起飞 | 电压急剧下降 | 起飞后随即出现低电压警告;被迫降落 |
| 冻雾、云或毛毛雨 | 螺旋桨和机身结冰 | 升力丧失、振动、坠机 |
| 雪地上方低空飞行 | 下视传感器看到的是毫无特征的白色表面 | 位置保持不稳;高度判断错误 |
| 从寒冷的室外进入温暖的房间 | 机身和镜头结露 | 电子故障、镜头起雾 |
| 操作人员 | 手指冻僵、屏幕反应迟钝 | 操作变慢;飞行计划缩短 |
应对低温的技术
答案是在使用前和使用中为电池保温、避开结冰或迅速脱离,以及让运行方式适应低温。有些机体配备自加热电池,加热螺旋桨和机身的产品与研究也在出现。但对付结冰最可靠的办法,仍然是不在结冰条件下飞行。
| 技术 | 工作原理 | 适用场合 | 局限 |
|---|---|---|---|
| 电池预热/自加热 | 飞行前和飞行中为电池加温 | 零度以下的室外作业 | 加热消耗能量;飞行时间无法完全恢复 |
| 保温箱、暖贴 | 让电池在使用前一直保持温暖 | 所有冬季现场 | 电池数量多时难以管理 |
| 加热螺旋桨和机身(防冰) | 加温表面以阻止结冰 | 易结冰的山脊和海岸 | 耗电大;可选机型少 |
| 结冰预报和检测 | 根据温度、湿度和云况数据判断结冰风险 | 飞行规划 | 局部云况难以预测 |
| 振动和电流监测 | 电机负载上升时怀疑结冰 | 飞行中提前决定返航 | 等到显现时余量已所剩无几 |
低温下的电池显示的百分比与夏天相同,但可用电量更少。请把冬季检查拆分成更小的区段,并计划提前返航。带着余量回来的电池要立即放回保温箱。
在哪里会遇到
在冬季的山脊、海岸和寒冷地区,低温和结冰不可避免。山脊上和寒冷气候中的风力发电机面临叶片结冰问题,这本身就是检查对象。横跨高纬度雪原的管道必须长距离巡检,冬季也不例外。这两处都是冬季攀登和步行对人最艰苦的地方。
选择机型与流程
- 确认最低工作温度:确认机体和电池的下限,并在风寒刺骨的高处留出余量。
- 飞行前为电池加温:用保温箱携带,起飞前检查其温度。起飞后短暂悬停,确认电压稳定后再开始检查。
- 避开结冰条件:不要进入冻雾、云、毛毛雨或雨夹雪。假定山脊比地面更冷、云更多。
- 在雪地上方飞行:在纯白的雪面上方,下视传感器可能毫无作用。依靠 GNSS 位置保持,并保持充足的高度。
- 转移设备时防止结露:从寒冷处回到温暖的车内或建筑物时,让机体在箱内适应温度。
- 考虑白天短:冬季白昼短暂。在日本,夜间飞行需要审批,因此要计划在日落前完成。
安全与规则
没有任何航空规则直接针对寒冷本身,但冬季带来的条件会把您推向夜间飞行(在日本需要批准)和超视距运行。遮住机体的雪或雾会打破目视视距的前提。在风力机附近,叶片甩出或脱落的冰块可能击中地面人员,因此起降点和人员应布置在落冰区之外。
尚未跨越的壁垒
- 在结冰条件下持续飞行:防冰机体正在出现,但小型无人机尚不能在结冰条件下长时间、有把握地飞行。
- 极寒中的长距离巡检:电池性能下降,雪原上也没有可供降落等待的地方。寒冷地区的管道巡检仍然高度依赖有人驾驶航空器和地面人员。
- 局部结冰预报:目前尚无好办法在飞行前预测只停留在山脊或风机周围的云和雾。
- 耐冬的自动机库:能保持无积雪、不冻结并让电池保暖的机库,在寒冷地区大多仍处于试验阶段。
2035年:在冬季也游刃有余的检查
在寒冷地区的风力机和管道旁,矗立着防雪机库,无人机在其中用预热的电池待命。结冰风险由现场气象传感器和预报自动判断:危险时机体停飞,一旦放晴便抓住每一个窗口。冬季里爬塔、跋涉雪原而冻伤的人大为减少。这是编辑部的展望。
会遇到这种环境的资产
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规则、数字和案例均基于下列来源。未来情景与设计建议是编辑部的观点。
- MLIT:无人机禁飞空域与飞行方法(含夜间飞行与超视距飞行)国土交通省航空局 · 已读全文
来源已核对: 2026-10-22
电池衰弱意味着航程缩短;配送研究同样测量了无人机的能耗。请参阅 Airffic Logistics 指南的论文卡片 Energy use and life cycle greenhouse gas emissions of drones for commercial package delivery。