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系留旋翼無人機的幾個技術難點

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系留旋翼無人機的幾個技術難點

發布日期:2019-06-13 作者:國奧新能源 點擊:

系留旋翼無人機的幾個技術難點:

1、驅動電機的功重比。

無人機廠家介紹功重比是指電機輸出功率與電機自身重量之比,單位是千瓦/千克。根據旋翼類航空器升力/功率比的經驗數值,每千瓦功率大約產生510千克的升力,電機的功重比低于1千瓦/千克將比較難設計系統了。在此強調的是,電機功率指的是額定功率,而不是最大功率電機重量包括電機,和電調以及為其正常工作的冷卻設備。系留旋翼必須是長期持續工作的,不象多旋翼無人機可短期間歇工作,驅動電機是動力的核心部件,一定要工作在額定的功率范圍內。

2、高壓供電系統。

系留旋翼和多旋翼無人機最大的區別在于供電方式不同。從地面向空中的系留旋翼平臺供電,必須經過一定的輸電距離,采用高壓供電方式可減小輸送電流,從而減少電源損耗,同時可減小傳輸導線的截面積,減輕電源電纜的重量。高壓供電并不是電壓越高越好,而要根據實際的系統要求綜合考慮。一種方式是,輸電電壓可直接匹配高壓電機,電壓不需轉換直接驅動電機,結構較為簡單。但這種方式要進行高壓電機的設計,受到電機電調大功率高壓控制器件的限制,尤其在成本上難以接受。另一種方式,要在平臺上設計降壓用的開關電源,用多旋翼現有低壓電機驅動但開關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,也是要付出一定代價的。

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3、系留系纜。

系纜除了傳輸動力電源之外,還設計有光纖以傳輸平臺載電子設備的光電信號,因此系纜是一種動力/信號復合纜線。平臺載電子設備為減少升空設備的重量,普遍將天線、發射機之外的設備放在地面,無人機廠家通過系纜光纖保障平臺與地面設備之間電子信號的連接。這樣可節省出平臺升力,增加升空高度,提高升空增益。系纜自身也需要減少重量,目前可采用合金鋁材料作為動力導線,比銅線要輕不少重量。

4、飛行控制功能。

系留旋翼平臺主要是在定點周圍懸停,不會有過多復雜的飛行動作。這看上去比多旋翼的飛控簡單,其實并非如此。系留旋翼的飛控需要充分考慮系纜對其飛行的影響,尤其是在各種風場條件下,系纜隨風產生的擺動會使平臺失去控制。民用系留旋翼無人機至少要達到恒風6級陣風8級的要求,才能有實際使用意義。在68級的風場中,系纜并沒有固定的運動規律可言,要靠飛控對旋翼平臺控制的魯棒性來調整,難度是很大的。

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5、旋翼平臺氣動力設計。

考慮到系統旋翼平臺要在強風場中運行,平臺的氣動力設計就尤其顯得重要。系統旋翼平臺在風場中懸停,實際上相當于平臺在沿來風方向做平面飛行。68級風速為10.820.7/秒,相當于旋翼平臺要有最高時速不小于75千米的能力。要達到這樣的時速,固定翼的氣動力設計較為合理。近期演化出一種垂直起降固定翼無人機,實際上是多旋翼+固定翼兩套動力系統簡單組合,從無人機本身效益講并不經濟,但能解決特定場合固定翼起降的問題。無人機廠家垂直起降固定翼的氣動力設計,應用于系統旋翼具有較大的優勢,系留旋翼由地面供電,能源比較充足兩套動力系統在強風場中各有用途,垂直動力系統保持平臺懸停姿態水平動力系統使平臺逆風飛行固定翼外形可為平臺產生升力,減輕垂直動力系統的負擔。

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