系留旋翼无人机的市场需求来源于系留气球升空平台系统。
系留气球升空平台系统是为定点监测电子装备提供的空基平台。美国的tcom公司是系留气球系统的生产厂商,美国西海岸的对海警戒雷达网都是由tcom系留气球作为空基平台部署的。
然而,系留气球体积庞大,升降困难,机动性很差。所以通过系缆从地面供电,由电机驱动螺旋桨替代气球作为升空动力,是一个研究方向。
近年来,多旋翼无人机快速发展,为系留无人机创造了条件。系留无人机是将无人机和系留综合缆绳结合起来实现的无人机系统,根据应用场景的不同,系留无人机系统分为地面固定式、车载移动式和舰载移动式
然而,在其中还是存在着几个核心的技术问题还没解决。
1、驱动电机的功重比。
功重比是指电机输出功率与电机自身重量之比,单位是千瓦/千克。根据旋翼类航空器升力/功率比的经验数值,每千瓦功率大约产生5~10千克的升力。系留旋翼必须是长期持续工作的,不像多旋翼无人机可短期间歇工作,驱动电机是动力的核心部件,一定要工作在额定的功率范围内。
2、高压供电系统。
系留旋翼和多旋翼无人机的区别在于供电方式不同。从地面向空中的系留旋翼平台供电必须经过一定的输电距离,采用高压供电方式可减小输送电流,从而减少电源损耗
但是高压供电并不是电压越高越好,而要根据实际的系统要求综合考虑。一种方式是,输电电压可直接匹配高压电机,电压不需转换直接驱动电机,结构较为简单。但这种方式要进行高压电机的设计,在成本上难以接受。另一种要在平台上设计降压用的开关电源,用多旋翼现有低压电机驱动;但开关电源同样存在功重比的要求和大功率高压控制器件的制约
3、系留系缆。
系缆除了传输动力电源之外,还设计有光纤以传输平台载电子设备的光电信号,因此系缆是一种动力/信号复合缆线。
平台载电子设备为减少升空设备的重量,普遍将天线、发射机之外的设备放在地面,而通过系缆光纤保障平台与地面设备之间电子信号的连接。这样可节省出平台升力,增加升空高度,提高升空增益。
4、飞行控制功能。
系留旋翼平台主要是在定点周围悬停,不会有过多复杂的飞行动作。这看上去比多旋翼的飞控简单,其实并非如此。系留旋翼的飞控需要充分考虑系缆对其飞行的影响,尤其是在各种风场条件下,系缆随风产生的摆动会使平台失去控制。
民用系留旋翼无人机至少要达到恒风6级阵风8级的要求,才能有实际使用意义。
5、旋翼平台气动力设计。
考虑到系统旋翼平台要在强风场中运行,平台的气动力设计就尤其显得重要。系统旋翼平台在风场中悬停,实际上相当于平台在沿来风方向做平面飞行。6~8级风速为10.8~20.7米/秒,相当于旋翼平台要有时速不小于75千米的能力。
要达到这样的时速,固定翼的气动力设计较为合理。近期演化出一种垂直起降固定翼无人机,实际上是多旋翼+固定翼两套动力系统简单组合,从无人机本身效益讲并不经济,但能解决特定场合固定翼起降的问题。
垂直起降固定翼的气动力设计应用于系统旋翼具有较大的优势,系留旋翼由地面供电,能源比较充足;两套动力系统在强风场中各有用途,垂直动力系统保持平台悬停姿态;水平动力系统使平台逆风飞行;固定翼外形可为平台产生升力,减轻垂直动力系统的负担。
系留旋翼无人机已经面临着广泛应用的阶段,但从能够使用到实际使用得好还有一些距离,有望业内同行共同努力创新。
关于迈优威——系缆无人机
迈优威®系缆无人机致力于工业级系缆悬停无人机系统、多旋翼无人机及大功率机载降压电源的研发、生产与应用。总部位于南京江北新区。研发团队成员来着985高校及科研院所,以博士和硕士为主,聚焦航空技术和电源技术。
该公司是系缆无人机在应急照明、连续空中广播、交通监控、消防和空中监视方面的抢跑者。
l 轻量化设计方案,较高载荷比
l 专有地面电源监管系统,飞行安全有保障
l 系统集成度高,轻松实现快速部署
l 多重冗余设计,系统安全可靠
l 系缆线缆自动收放,自动排线
l 超长续航时间,购置及作业成本低