在許多較大的系統(tǒng)設(shè)計中，通常有多種可能性和方法來提供基本電源。例如，在電力與碳?xì)浠衔镏g可能存在基本選擇，然后是更多細(xì)節(jié)：清除和收獲、太陽能、風(fēng)能、天然氣、丙烷、甲烷、壓縮空氣……這是一個很長的清單。然而，假設(shè)傳統(tǒng)上使用的電源是正確的也是正常的，尤其是當(dāng)設(shè)計團(tuán)隊對這種方法有一定的經(jīng)驗時。

然而，成功的系統(tǒng)設(shè)計可能需要查看數(shù)字、重新評估情況并保持客觀。如果數(shù)字不支持他們，他們還需要避免“時尚”的感覺良好的解決方案。最近的兩個例子，都是來自麻省理工學(xué)院的巧合(或者可能不是巧合)，展示了公正的思維如何導(dǎo)致創(chuàng)新的系統(tǒng)級設(shè)計。

第一個是無人機，它的目標(biāo)是在高空停留五天，同時攜帶約 20 磅(9 公斤)的適度負(fù)載。該無人機旨在成為機載通信節(jié)點，在高空攜帶設(shè)備(手機、電話、無線電、互聯(lián)網(wǎng))，以在現(xiàn)有系統(tǒng)因風(fēng)暴、洪水、地震和其他災(zāi)害而無法運行的情況下建立連接。

參與該項目的麻省理工學(xué)院團(tuán)隊，首先研究了使用太陽能的明顯解決方案。畢竟，這已經(jīng)成功地用于其他長期任務(wù)。盡管如此，當(dāng)他們真正體驗實際操作時，他們發(fā)現(xiàn)太陽能并不是最好的選擇。基于太陽能的電力系統(tǒng)將需要更重的電池來存儲多余的電力(假設(shè)有)，以用于夜間、云或高緯度部署。因此，他們最終決定采用 5 馬力發(fā)動機的老式汽油動力路線。

麻省理工學(xué)院的新聞稿“工程師設(shè)計可以在高空飛行五天的無人機”還討論了他們的關(guān)鍵設(shè)計和仿真工具 GPkit，該工具由麻省理工學(xué)院教授 Warren Hoburg 開發(fā)，允許工程師確定車輛的最佳設(shè)計決策或尺寸給定某些限制或任務(wù)要求。該工具使團(tuán)隊能夠同時考慮大約 200 個約束和物理模型，并將它們組合在一起以創(chuàng)建最佳飛機設(shè)計，并評估許多設(shè)計權(quán)衡。該團(tuán)隊的最終設(shè)計被稱為“叢林鷹貓頭鷹”，重量不到 150 磅(68 公斤)，在 15,000 英尺(4.6 公里)的高度運行了五天。

在另一個例子中，一個衍生團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)并正在商業(yè)化一種無人機，該無人機試圖結(jié)合兩種動力世界的優(yōu)點：汽油和電力。實際上，他們使用直接混合動力架構(gòu)方法創(chuàng)建了混合動力電動汽車 (HEV) 的航空模擬，其中燃?xì)獍l(fā)動機產(chǎn)生電力，然后用于為所有事物提供動力：電機、電子設(shè)備等。(在某些 HEV 中使用的更復(fù)雜的并行方法中，有時在動力總成中同時使用燃?xì)獍l(fā)動機和電動機，具體取決于充電和燃料狀態(tài)、負(fù)載條件和其他因素。這可能更有效，但更難控制并具有機械和重量懲罰。)

使用所謂的直接混合動力方法是有意義的，因為它允許對電機進(jìn)行全電子智能控制，這在電力領(lǐng)域更容易、更有效地完成。當(dāng)然，在燃?xì)獍l(fā)電機級和電力軌道之間需要權(quán)衡損失，但這種損失可能會通過更好的控制和全電驅(qū)動效率的提高來抵消。這是一個有趣的工程權(quán)衡，需要仔細(xì)的系統(tǒng)分析。

麻省理工學(xué)院的新聞稿，“混合無人機攜帶更重的有效載荷，距離更遠(yuǎn)”，詳細(xì)介紹了一些細(xì)節(jié)，并包括一個關(guān)于熱問題的有趣觀點。顯然，無人機上的引擎必須小巧輕便，新聞稿指出，這帶來了與過度振動和熱量相關(guān)的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊開發(fā)了一種新的發(fā)動機/變速箱/發(fā)電機組合來滿足系統(tǒng)優(yōu)先級?！巴ǔＧ闆r下，發(fā)動機真的會融化，因為你把它開得太熱了，”Long Phan 說，他是麻省理工學(xué)院衍生公司Top Flight Technologies的聯(lián)合創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官。. 他補充說，通過“使用各種傳熱和控制技術(shù)，例如戰(zhàn)略性地結(jié)合小型風(fēng)扇、散熱片和橡膠減振器，該團(tuán)隊解決了這些問題，并最初在通用無人機上安裝了原型混合動力發(fā)動機。”

他們的計算預(yù)測混合動力無人機將飛行一個小時，但實際上它飛行了近 2.5 小時，載荷為 20 磅(9 公斤)，實際航程約為 100 英里(160 公里)。坦率地說，如此嚴(yán)重的錯誤預(yù)測——即使它是有利的——讓我感到困惑。