An unconventional way to charge the onboard battery of a multicopter
Keywords:
unmanned aerial vehicle, battery pack, wireless charging, electromagnetic field, the induction methodAbstract
One of the main disadvantages of multi-rotor unmanned aerial vehicles is the limited capacity of their onboard battery, which requires recharging, i.e., stopping the flight and returning the vehicle to its base. This article proposes an unconventional method of charging the onboard battery of a multicopter using the energy of an external electromagnetic field generated by external sources, such as currents flowing through the contact wire of electrified rail transport or high-voltage wires of overhead power lines. Energy is transferred to the multicopter's board in the contactless mode (inductively) during its flight in close proximity to the magnetic field source. Technically, this is carried out using an electric coil installed on board the aircraft and connected to the battery charging unit. Increasing the efficiency of battery charging during daylight hours is also achieved using a solar panel located on the aircraft. To confirm and investigate the proposed charging method, a mathematical model was created in the COMSOL Multiphysics® 6.2 package using the finite element method, which was then used to calculate the electromotive force induced in the onboard electric coil. A number of dependencies of the induced electromotive force value on the geometric dimensions, the number of turns of the onboard electrical winding, the distance to the contact wire of the AC contact network with a voltage of 27,5 kV. The reliability of the obtained calculation results is confirmed by experimental studies on experimental stands.
References
Цифровая трансформация сельского хозяйства на основе беспилотных летательных аппаратов / С.В. Шайтура, М.Д. Князева, Л.П. Белю и др. // Вестн. Курск. гос. с.-х. акад. 2021. № 7. С. 174–182.
Уланов С.И., Криводубский О.А., Никитина А.А. Анализ возможностей применения летательных аппаратов в контроле состояния местности // Проблемы искусственного интеллекта. 2024. № 1 (32). С. 94–102.
Шпенст В.А., Морозова О.Ю., Белошицкий А.А. Устройства для диагностики объектов электроэнергетики с помощью беспилотных авиационных систем // Изв. высш. учеб. заведений. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 6. С. 503–508.
Голиков Д.В. К вопросу о возможностях программы автономных беспилотных авиационных систем в интересах право-охранительных органов // Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. М., 2025. С. 140–145.
Устинов С.Д. Использование беспилотных летательных аппаратов для борьбы с лесными пожарами // Экология и экологическое образование в современном мире : материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф. Орехово-Зуево, 2024. С. 132–137.
Кореньков Д.А. Система диагностирования в ОАО «РЖД» // Железнодорожный транспорт. 2023. № 12. С. 18–22.
Потапов Г.Ю., Софин А.В., Большаков Р.С. Возможности использования технологий беспилотных летательных аппаратов на Восточно-Сибирской железной дороге // Молодая наука Сибири. 2021. № 1 (11). С. 169–175.
Костюченко К.Л., Фараносов Д.А. Беспилотные мобильные средства: инновации и угрозы // Инновационный транспорт. 2024. № 1 (51). С. 36–41.
Михайлов М.В., Соловьев А.С., Монастырский Д.Я. Применение беспилотных летательных аппаратов с увеличенной дальностью полета для контроля состояния инфраструктуры железнодорожного высокоскоростного транспорта // VI Бетанкуровский межд. инженерный форум : сб. тр. СПб., 2024. Т. 2. С. 55–59.
Пат. № 2837679 Рос. Федерация. Система посадки беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки / К.К. Ким, Е.Б. Королева, М.В. Михайлов и др. № 2024120739 ; заявл. 18.07.2024 ; опубл. 03.04.2025, Бюл. № 10. 13 с.
Назаренко П.А., Сатарова В.И., Макарова Л.В. Модель БПЛА на солнечной энергии // Изв. Тул. гос. ун-та. Технические науки. 2021. № 10. С. 44–51.
Никитин В.В., Васильев В.А., Чжао Т. Бесконтактная передача энергии на экипажи высокоскоростного магнитолевита-ционного транспорта // Электроника и электрооборудование транспорта. 2022. № 1. С. 23–26.
Liu Y., Zhang B., Zeng Ya. High-Efficiency Wireless Charging System for UAVs Based on PT-Symmetric Principle // Drones and Autonomous Vehicles. 2025. Vol. 2. Iss. 2. DOI : 10.70322/dav.2025.10008.
Electromagnetic Field Based WPT Technologies for UAVs. A Comprehensive Survey / M.T. Nguyen, C.V. Nguyen, L.H. Truong et al. // Electronics. 2020. Vol. 9. Iss. 3. DOI : 10.3390/electronics9030461.
Энергия по лазеру: проект энергоснабжения коптера от китайских инженеров // Военное обозрение : сайт. URL : https://topwar.ru/209979-jenergija-po-lazeru-proekt-jenergosnabzhenija-koptera-ot-kitajskih-inzhenerov.html (дата обращения: 21.05.2025).
Пат. № 042897 Евразийское патентное ведомство. Беспилотный летательный комплекс / К.К. Ким. № 202000255 ; заявл. 30.07.2020 ; опубл. 31.03.2023, Бюл. № 3. 6 с.
Ким К.К., Королева Е.Б., Ткачук А.А. Беспилотные электрические летательные аппараты и комплексы для мониторинга на железнодорожном транспорте // Транспорт Российской Федерации. 2024. № 6 (115). С. 44–51.
Математическое моделирование физико-химических процессов в среде Comsol Multiphysics 5.2 / А.В. Коваленко, А.М. Узденова, М.Х. Уртенов и др. СПб : Лань, 2022. 228 с.
Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. М. : Наука, 1989. 432 с.
Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике. М. : Мир, 1975. 541 с.
Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей : Справочная книга. Л. : Энергоатомиздат, 1986. 488 с.
Беспилотный летательный аппарат для мониторинга контактной сети переменного тока / К.К. Ким, Е.Б. Королева, П.К. Рыбин и др. // Инновационные транспортные системы и технологии. 2024. Т. 10. № 4. С. 463–476.
Математическое моделирование бесконтактного процесса подзаряда аккумуляторной батареи мультикоптера от внешнего электромагнитного поля / К.К. Ким, Е.Б. Королева, А.С. Ватаев и др. // Вестн. Москов. гос. техн. ун-та им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2024. № 4 (151). С. 28–46.
