隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化程度加深,生活的方方面面均可享受網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的便捷。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)依賴成為這個(gè)信息社會(huì)的一項(xiàng)特征。拇指文化的風(fēng)靡使得通信需求不斷上升，通信保障能力凸顯出至關(guān)重要的作用，在野外作業(yè)、應(yīng)急救險(xiǎn)等應(yīng)急通信的必要性需求更為突出。在這一需求形勢(shì)下，系留旋翼無(wú)人機(jī)作為高空基站走入了人們的眼簾。
什么是系留旋翼無(wú)人機(jī)？
系留無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由多旋翼無(wú)人機(jī)、系留線纜、地面起降平臺(tái)組成，無(wú)人機(jī)使用地面供電長(zhǎng)時(shí)間滯空懸停，同時(shí)，機(jī)載設(shè)備采集的高清視頻等數(shù)據(jù)可以通過(guò)系留線纜內(nèi)置的光纖回傳到地面，具有空中長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)、數(shù)據(jù)傳輸帶寬大的優(yōu)勢(shì)，整個(gè)系統(tǒng)可獨(dú)立式安裝，也可以車載安裝，并能自動(dòng)同步跟隨車輛移動(dòng)。系留旋翼無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)需求來(lái)源于系留升空平臺(tái)系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)組成
系留多旋翼無(wú)人機(jī)是在普通多旋翼無(wú)人機(jī)上外掛系留機(jī)載電源模塊和超輕型光電復(fù)合系纜，連接地面電源設(shè)備，代替原來(lái)的機(jī)載電池。系統(tǒng)主要組成包括：多旋翼飛行器、任務(wù)載荷（含天線）、機(jī)載電源、超輕型復(fù)合系纜、系纜收放機(jī)構(gòu)以及地面電源設(shè)備等。
2、工作原理及性能
系留多旋翼無(wú)人機(jī)的最關(guān)鍵改進(jìn)是增加了系留供電系統(tǒng)，其基本原理如圖所示:地面電源將地面220 V交流電變換為高壓后通過(guò)系纜傳輸?shù)綑C(jī)載電源，再變換為飛行器及任務(wù)載荷的供電電源。系纜中除了供電導(dǎo)線，還有兩條單模光纖，可用于機(jī)載任務(wù)載荷與地面設(shè)備之間的寬帶信號(hào)通信。
3、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
無(wú)人機(jī)平臺(tái)早期主要選用大中型固定翼無(wú)人機(jī)和無(wú)人直升機(jī)作為高空基站平臺(tái)，這些平臺(tái)雖然載荷能力強(qiáng)、飛行高度大、飛行距離遠(yuǎn)，但同樣存在著體積大、系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜、訓(xùn)練成本高、回收條件要求高、操作靈活性不夠、需協(xié)調(diào)飛行空域、尤其是定點(diǎn)指揮滯空時(shí)間短等諸多限制，這些不足決定了其很難在應(yīng)急平臺(tái)應(yīng)用中得到廣泛推廣。
較之大中型固定翼無(wú)人機(jī)和無(wú)人直升機(jī)，多旋翼系留無(wú)人機(jī)具有體積小、重量輕、便于攜行、操作簡(jiǎn)單、訓(xùn)練保障要求低、起降環(huán)境要求低，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、飛行狀態(tài)改變靈活，可穩(wěn)定懸停等優(yōu)勢(shì)，特別是采用系留無(wú)人機(jī)平臺(tái)可長(zhǎng)時(shí)間懸停在空中某一區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)高空基站應(yīng)急通信通訊的保障。
“高度優(yōu)勢(shì)”明顯使得系留無(wú)人機(jī)成高空基站的首選。
一般來(lái)說(shuō)，高度是影響無(wú)線通信覆蓋范圍的主要因素，普通的應(yīng)急通信車雖然也具有保障臨時(shí)通信的能力，但是與無(wú)人機(jī)中繼通信相比，服務(wù)范圍較小，信號(hào)也不夠穩(wěn)定。所以利用無(wú)人機(jī)搭載通信設(shè)備升空，可以改善地形等因素造成的限制性影響，獲得更好的通信效果。因此，多旋翼系留無(wú)人機(jī)開(kāi)始成為應(yīng)急通信平臺(tái)的有力“生力軍”。
4、應(yīng)用范圍
目前市面上的系留無(wú)人機(jī)可通過(guò)地面發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，多可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候滯空，72小時(shí)不間斷工作，100-200米定點(diǎn)懸停，廣泛適用于救災(zāi)搶險(xiǎn)、邊界巡視、基地安全、景區(qū)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘測(cè)、野外作業(yè)、森林防火、應(yīng)急通信、公安反恐、交通監(jiān)管、新聞采訪、工程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、影視拍攝、科學(xué)研究、國(guó)防軍工等多個(gè)廣闊領(lǐng)域。
5、技術(shù)難點(diǎn)：
飛控的控制性能
系留旋翼平臺(tái)主要是在定點(diǎn)周圍懸停，不會(huì)有過(guò)多復(fù)雜的飛行動(dòng)作。
如果你認(rèn)為多旋翼的飛控功能簡(jiǎn)單，老普就只能呵呵呵了。系留旋翼的飛控需要充分考慮系纜對(duì)其飛行的影響，特別是在各種風(fēng)場(chǎng)條件下，系纜隨風(fēng)產(chǎn)生的擺動(dòng)會(huì)使平臺(tái)失去控制。
一般來(lái)說(shuō)，民用系留旋翼無(wú)人機(jī)至少要達(dá)到恒風(fēng)6級(jí)陣風(fēng)8級(jí)的要求，才能有實(shí)際使用意義。在6～8級(jí)的風(fēng)場(chǎng)的應(yīng)用時(shí)，系纜并沒(méi)有固定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可言，要靠飛控對(duì)旋翼平臺(tái)控制的魯棒性來(lái)調(diào)整，其操控難度不低于固定翼。
旋翼平臺(tái)氣動(dòng)力設(shè)計(jì)
為匹配系統(tǒng)旋翼平臺(tái)要在強(qiáng)風(fēng)中的作業(yè)場(chǎng)景，平臺(tái)的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)尤其重要。系統(tǒng)旋翼平臺(tái)在風(fēng)場(chǎng)中懸停，實(shí)際上相當(dāng)于平臺(tái)在沿來(lái)風(fēng)方向做平面飛行。6～8級(jí)風(fēng)速為10.8～20.7米/秒，相當(dāng)于旋翼平臺(tái)要有最高時(shí)速不小于75千米的能力。
高壓供電系統(tǒng)
采用高壓供電方式從地面向空中的系留旋翼平臺(tái)供電可減小輸送電流，從而減少電源損耗，同時(shí)可減小傳輸導(dǎo)線的截面積，減輕電源電纜的重量。
高壓供電系統(tǒng)有兩種運(yùn)作方式。一種方式是，輸電電壓可直接匹配高壓電機(jī)，電壓不需轉(zhuǎn)換直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是需要對(duì)高壓電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而大功率高壓控制器件的成本較高；另一種方式，要在平臺(tái)上設(shè)計(jì)降壓用的開(kāi)關(guān)電源，用多旋翼現(xiàn)有低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但開(kāi)關(guān)電源同樣存在功重比的要求和大功率高壓控制器件的制約。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率范圍
系留旋翼必須是長(zhǎng)期持續(xù)工作的，不像多旋翼無(wú)人機(jī)可短期間歇工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是動(dòng)力的核心部件，一定要工作在額定的功率范圍內(nèi)。根據(jù)旋翼類航空器升力/功率比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，每千瓦功率大約產(chǎn)生5～10千克的升力，電機(jī)的功重比低于1千瓦/千克的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定難度。
系留系纜
系纜除了傳輸動(dòng)力電源之外，還設(shè)計(jì)有光纖以傳輸平臺(tái)載電子設(shè)備的光電信號(hào)，因此系纜是一種動(dòng)力/信號(hào)復(fù)合纜線。
平臺(tái)載電子設(shè)備為減少升空設(shè)備的重量，普遍將天線、發(fā)射機(jī)之外的設(shè)備放在地面，而通過(guò)系纜光纖保障平臺(tái)與地面設(shè)備之間電子信號(hào)的連接。這樣可節(jié)省出平臺(tái)升力，增加升空高度，提高升空增益。
系纜自身也需要減少重量，目前多采用輕于銅線的合金鋁材料作為動(dòng)力導(dǎo)線。
說(shuō)了這么多，其實(shí)老普只想表達(dá)一個(gè)意思：老普家的系留無(wú)人機(jī)飛控反響還不錯(cuò)，有需求的趕緊來(lái)砸單，晚了可要排隊(duì)嘍~
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