多旋翼无人飞行器系留系统的制作方法

文档序号:4142037阅读:658来源:国知局
专利名称:多旋翼无人飞行器系留系统的制作方法
技术领域
本发明涉及系留系统技术领域,尤其涉及一种多旋翼无人飞行器系留系统。
背景技术
气球、飞艇和涵道式飞行器等无人飞行器具有垂直起降和稳定悬停的特点,在侦查、通信及航拍等领域作为系留平台被广泛应用。系留气球或系留飞艇虽然可以在空中长时间滞留,但其体积很大,且填充气体昂贵,维护成本高。而涵道飞行器必须使用多条系缆,成本高、架设开通复杂,且需要较大的架设场地;多条系缆系留飞行时,机身水平朝向是固定的,无法根据任务的实际需求灵活旋转水平朝向,除非将飞行器降下后,将各个方向的系缆同时移动到另一水平角度后重新升起,操作十分麻烦;并且必须考虑整个飞行器的平衡配重,否则会影响飞行器的稳定性,对系统的实际应用提出了许多限制;由于涵道飞行器的自稳定能力有限,因此对伺服系统的自动控制能力要求很高。可见,目前系留平台在经济性、稳定性、架设方便性、任务载荷承载的方便性和实用性、使用的灵活性等方面存在缺陷。

发明内容
基于此,本发明提供了一种多旋翼无人飞行器系留系统。一种多旋翼无人飞行器系留系统,包括作为系留平台的多旋翼无人飞行器、系缆和地面装置,所述系缆连接所述多旋翼无人飞行器和所述地面装置;所述多旋翼无人飞行器包括系留电源装置,所述系缆包括输电线缆,所述地面装置包括地面供电装置,所述系留电源装置通过所述系缆中的输电线缆连接所述地面供电装置。与一般技术相比,本发明多旋翼无人飞行器系留系统具有结构简单、可靠性高、悬停稳定、使用方便和成本低廉等特点,将系留方式应用于多旋翼无人飞行器上,解决了系留平台在稳定性、架设方便性、使用灵活性和使用成本等方面普遍存在的问题。通过系缆中的输电线缆使得地面电源连续向系留平台供电,极大地延长了飞行器的滞空时间。


图1是本发明多旋翼无人飞行器系留系统的结构示意图;图2是本发明系留供电系统结构示意图;图3是本发明光电综合系缆的结构示意图;图4是本发明系留通信系统结构示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果,下面结合附图及较佳实施例,对本发明的技术方案,进行清楚和完整的描述。请参阅图1,为本发明多旋翼无人飞行器系留系统的结构示意图。本发明多旋翼无人飞行器系留系统,包括作为系留平台的多旋翼无人飞行器、系缆和地面装置,所述系缆连接所述多旋翼无人飞行器和所述地面装置;所述多旋翼无人飞行器包括系留电源装置,所述系缆包括输电线缆,所述地面装置包括地面供电装置,所述系留电源装置通过所述系缆中的输电线缆连接所述地面供电装置。作为其中一个实施例,所述输电线缆由包含在所述系缆中的两条导线组成,两条导线的两端分别与所述系留电源装置和所述地面供电装置连接。作为其中一个实施例,所述地面供电装置包括依次连接的桥式整流电路、boost升压电路和第一滤波电路,所述桥式整流电路连接所述地面供电装置的交流输入端,所述第一滤波电路连接所述输电线缆;作为其中一个实施例,所述系留电源装置包括相互连接的降压/稳压电路和第二滤波电路,所述降压/稳压电路连接所述输电线缆,所述第二滤波电路连接所述系留电源装置的直流输出端。系留供电系统的功能是实现地面电源通过系缆向飞行器及飞行器上所搭载任务载荷提供电能。请参阅图2,为系留供电系统结构示意图,系留供电系统包括地面供电装置、系缆及搭载在飞行器上的系留电源装置。以四旋翼无人飞行器为例,四旋翼无人飞`行器的动力完全来源于四个直流电机带动螺旋桨转动所产生的风压。目前最大起飞重量在6公斤左右的四旋翼无人飞行器,其四个直流电机所需的总平均供电功率约700W,总峰值功率可达到1000W以上。如果通过系缆直接输送25V直流电源到飞行器,则平均电流为28A,峰值电流可达56A。显然可输送如此大的电流的导线很粗,单位长度重量很大,导线长度增加引起的线损也非常严重,根本不适合小型无人机系留使用。为了在上百米的轻型系缆中实现大功率供电传输,必须提高供电电压,降低供电电流。在系留供电系统的地面供电装置中设计了升压电路,将外部提供的220V交流电源利用功率因子校正模块(PFC)中的桥式整流和boost升压电路变换为360V的高压直流,经滤波后输入到轻型光电综合系缆的导线中。光电综合系缆使用两条截面约0.2平方毫米的导线即可持续传输3A (峰值6A)的电流。在飞行器上搭载的电源变换模块将高压直流降压并稳压输出,经滤波后与备用电池并接输出,提供飞行器和任务载荷所需的25V直流电源。地面供电部分中功率因子校正模块可采用通用PFC电源模块,效率为94%,360V直流最大输出电流为6A (输出功率2160W)。作为其中一个实施例,所述系缆为一根光电综合系缆,所述光电综合系缆包括缆芯和护套,所述护套包裹在所述缆芯外层,所述缆芯由2根导体电线、2根光纤和芳纶绞合。请参阅图3,为光电综合系缆的结构示意图。光电综合系缆可由2根导体截面
0.2 0.4mm2电线、2根B1.1单模紧包光纤和芳纶绞合而成,缆芯外松包聚乙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯护套。系缆可承受100N拉力,导体直流电阻不大于0.094 Ω/m,绝缘线芯间耐压1000V,重量约llg/m。作为其中一个实施例,所述系留电源装置还包括备用电池,所述备用电池以与所述系留电源装置的直流输出端并联的方式连接所述第二滤波电路。以四旋翼无人飞行器为例,电源变换模块代替了原自由飞行四旋翼无人飞行器的电池部分,其中的降压/稳压电路可采用两块通用的800W大功率DC/DC稳压模块并联使用,总功率1600W,效率可达90%以上,输入电压适应范围为200V 400V。在机载电源变换模块中还保留一个小容量的锂电池,用于地面供电发生意外中断或系留供电系统出现故障时给飞行器提供电能,保证飞行器有足够的时间安全降落回地面。同时,并接于电源变换模块输出端的备用电池还具有大容量储能电容器的相同作用,可以在飞行器起降、姿态大幅调整过程中提供极高的瞬间输出功率,可达1000W以上。正常工作时,系留供电系统利用地面提供的电能为备用电池充电,保持电池处于满容量状态。由于飞行器从300米高度返回地面所需时间不大于10分钟,所以备用电池的容量仅有原自由飞行四旋翼无人飞行器携带电池容量的三分之一左右,重量约600g。整个电源变换模块连同附着有100W散热片的结构外壳总重量不大于1.2kg。若按飞行器正常滞空飞行所需的平均功率为700W,任务载荷功耗按50W计算,机载电源变换模块平均输出功率为750W,按转换效率90%可得机载电源变换模块输入功率为833W ;由电源变换模块最低输入电压200V,可得最大输入电流为4.165A ;根据系缆单条导线电阻率0.094 Ω /m,及地面供电输出电压360V,可算出供电系统允许的最大系缆长度为(360V-200V) + (0.094Ω/πιΧ4.165AX2)=204.3m。假设原自由飞行四旋翼飞行器搭载重约1.8kg的锂电池后有效载荷2.5kg,将
1.8kg电池改为1.2kg电源变换模块后,有效载荷可增加到3.1kgo有效载荷包括任务载荷重量以及从飞行器到地面所用系缆重量。若系缆单位长度重量为llg/m可得出不同任务载荷重量条件下的可搭载系缆长度,最大滞留高度如表I。表I不同任务载荷重量条件下的最大滞留高度
权利要求
1.一种多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,包括作为系留平台的多旋翼无人飞行器、系缆和地面装置,所述系缆连接所述多旋翼无人飞行器和所述地面装置;所述多旋翼无人飞行器包括系留电源装置,所述系缆包括输电线缆,所述地面装置包括地面供电装置,所述系留电源装置通过所述系缆中的输电线缆连接所述地面供电装置。
2.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述多旋翼无人飞行器还包括系留通信装置,所述系缆还包括通信线缆,所述地面装置还包括地面通信装置,所述系留通信装置通过所述系缆中的通信线缆连接所述地面通信装置。
3.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述输电线缆由包含在所述系缆中的两条导线组成,两条导线的两端分别与所述系留电源装置和所述地面供电装置连接。
4.根据权利要求2所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述通信线缆由包含在所述系缆中的两条光纤组成,所述两条光纤的两端分别与所述系留通信装置和所述地面通信装置连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述系缆为一根光电综合系缆,所述光电综合系缆包括缆芯和护套,所述护套包裹在所述缆芯外层,所述缆芯由2根导体电线、2根光纤和芳纶绞合而成。
6.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述多旋翼无人飞行器的旋翼数量为四旋翼、六旋翼、八旋翼或者十六旋翼。
7.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述地面供电装置包括依次连接的桥式整流电路、boost升压电路和第一滤波电路,所述桥式整流电路连接所述地面供电装置的交流输入端,所述第一滤波电路连接所述输电线缆; 所述系留电源装置包括相互连接的降压/稳压电路和第二滤波电路,所述降压/稳压电路连接所述输电线缆,所述第二滤波电路连接所述系留电源装置的直流输出端。
8.根据权利要求7所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述系留电源装置还包括备用电池,所述备用电池以与所述系留电源装置的直流输出端并联的方式连接所述第二滤波电路。
9.根据权利要求4所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述地面通信装置包括第一光电转换装置,所述系留通信装置包括第二光电转换装置,两条光纤的两端分别与所述第一光电转换装置和所述第二光电转换装置连接。
10.根据权利要求9所述的多旋翼无人飞行器系留系统,其特征在于,所述第一光电转换装置和所述第二光电转换装置为以太网光纤收发器或者光纤承载射频收发模块。
全文摘要
本发明公开了一种多旋翼无人飞行器系留系统,包括作为系留平台的多旋翼无人飞行器、系缆和地面装置,所述系缆连接所述多旋翼无人飞行器和所述地面装置;所述多旋翼无人飞行器包括系留电源装置,所述系缆包括输电线缆,所述地面装置包括地面供电装置,所述系留电源装置通过所述系缆中的输电线缆连接所述地面供电装置。本发明多旋翼无人飞行器系留系统具有结构简单、可靠性高、悬停稳定、使用方便和成本低廉等特点,将系留方式应用于多旋翼无人飞行器上,解决了系留平台在稳定性、架设方便性、使用灵活性和使用成本等方面普遍存在的问题。并且,通过系缆中的输电线缆使得地面电源连续向系留平台供电,实现飞行器长时间滞空飞行。
文档编号B64F1/36GK103144779SQ201210510858
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者付松源, 彭革新, 杨涛, 程晓洁, 武广友 申请人:中国电子科技集团公司第七研究所
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