Question

【題目】如圖所示為某品牌四旋翼無人機，該無人機具有一鍵起降和返航、空中懸停、高清拍攝、GPS定位等功能，下表是該無人的部分參數：

整機質量	2kg	電池額定電壓	15V
最大上升速度	6m/s	電動機工作電壓	12V
最大下降速度	2m/s	懸停時每個電動機功率	50W
最大水平速度	16m/s	電動機數量	4

在某次火災中，該無人機參與火情的勘測，它先以最大速度勻速直線上升，且達到60m高處時，再以最大速度水平勻速直線飛行到達1.6km遠處的火場上空。若無人機整個過程四個電動機同時工作，電動機將電能轉化為機械能的效率為90%，假設無人機以最大速度勻速直線上升時，受到的阻力大小為10N，通過計算回答下列問題：（g取10N/kg）

（1）無人機從起飛到火場上空，這一過程共耗時多少秒？

（2）無人機到達火場上空后，懸停觀測10分鐘，則10分鐘內電動機消耗多少電能？

（3）無人機以最大速度勻速直線上升60m，這個過程中消耗多少電能？

Answer 1

【答案】（1）110s（2）1.2×105J（3）2000J

【解析】

（1）利用s=vt求出勻速上升需要時間、水平勻速直線飛行時間，進而求出起飛到到達火場需要時間；
（2）求出懸停時電動機總功率（4個電動機），利用W=Pt求懸停時消耗電能；
（3）無人機上升過程的升力等于重力加上阻力，利用W=Fs求升力做的有用功，利用效率的公式求消耗的電能。

（1）勻速上升需要的時間：，

水平勻速直線飛行的時間：，

無人機從起飛到火場上空，這一過程共耗時：t=t1+t2=10s+100s=110s；

（2）懸停時電動機總功率：P=50W×4=200W，

懸停時消耗電能：W=Pt=200W×10×60s=1.2×105J；

（3）無人機勻速上升過程的升力：F=G+f=mg+f=2kg×10N/kg+10N=30N，

做的有用功：W有用=Fh=30N×60m=1800J，

消耗的電能：。