100m5KW系留無人機(jī)供電系統(tǒng)

1、系統(tǒng)概述

系留無人機(jī)系統(tǒng)由地面電源供電，通過系留線纜向空中的無人機(jī)平臺輸送電能，如圖 1 所示，可實(shí)現(xiàn)無人機(jī) 24 小時(shí)不間斷的空中懸停，最大懸停高度可達(dá)

100 米以上，且操作簡單，一鍵自動(dòng)起降，并可根據(jù)需要搭載基站、電臺、天線、光電吊艙、雷達(dá)等各類通信和光電應(yīng)用載荷。

圖 1 系留無人機(jī)系統(tǒng)原理示意圖

如圖 1 所示，系留無人機(jī)系統(tǒng)由空中部分和地面部分組成：

空中部分：無人機(jī)飛行平臺、系留線纜

地面部分：系留綜合控制箱、發(fā)電機(jī)、地面站

其中，系留綜合控制箱內(nèi)包括地面電源系統(tǒng)和系留線纜收放控制機(jī)構(gòu)，如圖2 所示。

整套系留無人機(jī)系統(tǒng)可由車載運(yùn)輸，其中，無人機(jī)飛行平臺單獨(dú)收納于航空箱中，系留綜合控制箱和發(fā)電機(jī)各自單獨(dú)安放。作業(yè)時(shí)，由車輛裝載系留無人機(jī)系統(tǒng)到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后，只需將系留無人機(jī)由車上搬至地面，然后由操作人員通過地面站控制其起飛并進(jìn)行作業(yè)，如圖 3 所示。

2、系統(tǒng)特點(diǎn)

• 航時(shí)長，車載供電 24 小時(shí)全天候滯空

• 載荷大，15kg 有效凈載荷

• 飛行穩(wěn)定性好，100m 高空穩(wěn)定平臺

• 定位精度高，厘米級精確定位

• 智能化程度高，與自由移動(dòng)基站車輛位置精確跟隨

• 操作簡單，一鍵自動(dòng)起降

3、系統(tǒng)參數(shù)

機(jī)載電源

機(jī)載電源系統(tǒng)將 400V 直流電轉(zhuǎn)換為 48V 直流電供無人機(jī)電機(jī)使用，同時(shí)可轉(zhuǎn)接 24V、12V、5V 等多個(gè)等級的電壓以滿足無人機(jī)飛控及載荷的供電需求。該電源模塊具有高可靠性、高效率、高功率密度、低紋波噪聲等特點(diǎn);

• 額定輸出功率：5KW

• 典型效率：94.5%

• 輸出電壓可調(diào) 46～50Vdc

• 工作殼溫：-40℃～85℃

• 輸出過壓、過流及短路保護(hù)   

• 輸入過欠壓保護(hù)

• 模塊過溫保護(hù)

• 具備均流功能

• 禁止/使能控制

系留線纜

系留線纜采用光電復(fù)合纜設(shè)計(jì)，既負(fù)責(zé)電能的輸送，同時(shí)也要通過其中的光纖傳送信號。考慮到系留無人機(jī)對線纜的要求不僅要細(xì)，而且要輕，還需要高壓送電，因此專門設(shè)計(jì)了特殊的線纜工藝，并通過專業(yè)線纜廠家進(jìn)行定制生產(chǎn)，如圖 6 所示。

系留線纜具有以下特點(diǎn)：

• 重量輕，采用輕型合金導(dǎo)體，并采用航空線纜的先進(jìn)設(shè)計(jì)以大幅減輕重量，每百米重量僅有 2.3Kg;

• 線纜耐電壓非常高，該線纜可以承受 2000V 高壓;

• 線纜絕緣材料使用機(jī)器人線纜的高溫塑料，可以承受長時(shí)間的反復(fù)彎曲;

• 抗拉力大，該線纜的抗拉力由專用的超高強(qiáng)度纖維來承擔(dān)，抗拉力大于2000N 以上;

• 載流量大， 可以通過 14A 的高壓直流電;

• 線纜內(nèi)部包含 1根抗微彎光纖，可提供優(yōu)良的光傳輸性能，配合光電轉(zhuǎn)換終端可提供高清視頻、千兆網(wǎng)絡(luò)等接口，可以傳輸高清視頻及控制信號，抗干擾能力強(qiáng)。

系留線纜技術(shù)指標(biāo)如下：

系留綜合控制箱

系留綜合控制箱如圖 7 所示，其中箱內(nèi)安裝有系留線纜收放控制機(jī)構(gòu)和地面電源模塊，分別用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)起降時(shí)的線纜自動(dòng)收放控制以及將發(fā)電機(jī)輸送過來的交流電轉(zhuǎn)化為高壓直流電。

系留綜合控制箱技術(shù)指標(biāo)如下表所示：

線纜控制機(jī)構(gòu)

由于系留無人機(jī)系統(tǒng)需要根據(jù)無人機(jī)空中平臺的狀態(tài)自動(dòng)收放系留線纜，因此專門設(shè)計(jì)了智能化的線纜收放控制機(jī)構(gòu)，如圖 8 所示，具有如下功能：

• 采用進(jìn)口電機(jī)及進(jìn)口傳感器，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度;

• 無人機(jī)起降時(shí)自動(dòng)收放線;

• 精確測量線纜長度，并根據(jù)飛行高度自動(dòng)控制收放線的速度;

• 精確測量線纜拉力，根據(jù)無人機(jī)拉力自動(dòng)調(diào)節(jié)力矩，保證線纜一定張力;

• 線纜拉力大于閾值時(shí)，自動(dòng)釋放電纜，以保護(hù)飛機(jī)的穩(wěn)定;

• 無人機(jī)位置小范圍晃動(dòng)時(shí)，通過緩沖裝置保證線纜的平滑收放控制;

• 收線時(shí)自動(dòng)排線，保證線纜均勻的纏繞在轉(zhuǎn)軸上。

地面電源模塊

地面端 AC/DC 電源模塊將發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定可靠的直流電，通過系留電纜輸送到機(jī)載端，供無人機(jī)使用。該 AC/DC 電源核心模塊產(chǎn)品具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，可在各種苛刻環(huán)境中穩(wěn)定工作，功能如下：

• 220V 交流電轉(zhuǎn)化為 400V 直流電

• 額定輸出功率：7KW

• 典型效率：≥94%

• 輸出過流及短路瞬時(shí)保護(hù)及故障隔離

• 輸入過欠壓瞬時(shí)保護(hù)及故障隔離

• 輸出過壓瞬時(shí)保護(hù)及故障隔離

• 過溫保護(hù)

• 帶 CAN 通訊(隔離)

發(fā)電機(jī)(客戶自選)

發(fā)電機(jī)采用單相 220V 發(fā)電機(jī)，具有體積小，重量輕，使用穩(wěn)定性可靠等優(yōu)點(diǎn)，如圖 9 所示。