系留无人机作为高空基站可以搭载自组网电台、集群微型基站、微型基站等多种通信载荷,形成多种灵活的通信应用配置方式。高空基站空中部分由高空载体搭载基站设备、基站天线、机地连接设备组成。其中高空载体为系留无人机。基站设备为有线传输方式,空中部分通过系留绳固定在载体。地面部分由地面操控系统、用于无人机和地连接的传输设备、用于与核心网连接的地面传输设备组成。与核心网连接的地面传输设备可以为光纤传输设备,也可以是通过卫星进行传输接入核心网的传输设备。
系留无人机作为高空基站的特点:地面发电机进行供电,24小时不间断滞空,系统可由卡车、船舶等平台装载,支持人工控制模式和自动控制模式(人工控制模式时,可通过摇杆控制无人机运动;自动飞行模式时,可实现无人机自动悬停和车载的自动跟随)通过地面站设置飞行高度,支持一键起飞,通过地面站一键降落和回收,运动平台(车辆、船舶等)静止时,无人机悬停在平台上方,运动平台(车辆、船舶等)运动时,无人机自动跟随平台运动。
近日记者获悉,系留无人机已经实现300米高空常态化24小时飞行,工作范围可扩展到近100公里外,工作半径是200米系留无人机2倍还多,大大提升了行业领域的应用范围,同时也为我国系留领域弥补了一项空白。
据行业资料显示作为工业级无人机的领军企业,在过去的2017年不仅仅在移动、电信和国防军工取得了骄人业绩,同时在救灾抢险、边界巡视、基地安全、景区监测、地质勘测、野外作业、森林防火、应急通信、公安反恐、交通监管、新闻直播、工程监控、环境监测、影视拍摄、科学研究等多个广阔领域获得了一致好评,与这家公司合作的是华为和移动两个大佬。据说已经获得上千万的资本融资。
系留多旋翼无人机采用地面系留电动飞行,安全可靠、性能稳定、使用方便,可以拥有几公斤至20多公斤的任务载荷,具有不低于7级风的抗风能力和优秀的姿态自我控制能力。采用全碳纤维机身结构,安装有飞控导航电路、无刷电机、结合三维磁力计的GPS/INS导航系统,支持2.0BCAN总线,支持全自动导航自动驾驶飞行。
说说系留旋翼无人机几个技术难点:
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,电机的功重比低于1千瓦/千克将比较难设计系统了。
在此强调的是,电机功率指的是额定功率,而不是最大功率;电机重量包括电机和电调以及为其正常工作的冷却设备。系留旋翼必须是长期持续工作的,不象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最大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,同时可减小传输导线的截面积,减轻电源电缆的重量。
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,受到电机电调大功率高压控制器件的限制,尤其在成本上难以接受。另一种方式,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,也是要付出一定代价的。
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。
系缆自身也需要减少重量,目前可采用合金铝材料作为动力导线,比铜线要轻不少重量。
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。在6~8级的风场中,系缆并没有固定的运动规律可言,要靠飞控对旋翼平台控制的鲁棒性来调整,难度是很大的。
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最高时速不小于75千米的能力。
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。
系留旋翼无人机有着广泛应用市场,在2018年刚性需求市场迅速崛起成井喷趋势,也成为各基金投资机构的投资炙热领域。无论是从电信移动通讯还是公安、消防、应急救援、救灾抢险、石油、海洋、交通、科研、国防军工等多个领域,工业级系留无人机均能完美胜任各种任务,这已经是不争的事实。