100m5KW系留無人機供電系統

1、系統概述

系留無人機系統由地面電源供電，通過系留線纜向空中的無人機平臺輸送電能，如圖 1 所示，可實現無人機 24 小時不間斷的空中懸停，最大懸停高度可達

100 米以上，且操作簡單，一鍵自動起降，并可根據需要搭載基站、電臺、天線、光電吊艙、雷達等各類通信和光電應用載荷。

圖 1 系留無人機系統原理示意圖

如圖 1 所示，系留無人機系統由空中部分和地面部分組成：

空中部分：無人機飛行平臺、系留線纜

地面部分：系留綜合控制箱、發電機、地面站

其中，系留綜合控制箱內包括地面電源系統和系留線纜收放控制機構，如圖2 所示。

整套系留無人機系統可由車載運輸，其中，無人機飛行平臺單獨收納于航空箱中，系留綜合控制箱和發電機各自單獨安放。作業時，由車輛裝載系留無人機系統到達作業地點后，只需將系留無人機由車上搬至地面，然后由操作人員通過地面站控制其起飛并進行作業，如圖 3 所示。

2、系統特點

• 航時長，車載供電 24 小時全天候滯空

• 載荷大，15kg 有效凈載荷

• 飛行穩定性好，100m 高空穩定平臺

• 定位精度高，厘米級精確定位

• 智能化程度高，與自由移動基站車輛位置精確跟隨

• 操作簡單，一鍵自動起降

3、系統參數

機載電源

機載電源系統將 400V 直流電轉換為 48V 直流電供無人機電機使用，同時可轉接 24V、12V、5V 等多個等級的電壓以滿足無人機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;

• 額定輸出功率：5KW

• 典型效率：94.5%

• 輸出電壓可調 46～50Vdc

• 工作殼溫：-40℃～85℃

• 輸出過壓、過流及短路保護   

• 輸入過欠壓保護

• 模塊過溫保護

• 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合纜設計，既負責電能的輸送，同時也要通過其中的光纖傳送信號。考慮到系留無人機對線纜的要求不僅要細，而且要輕，還需要高壓送電，因此專門設計了特殊的線纜工藝，并通過專業線纜廠家進行定制生產，如圖 6 所示。

系留線纜具有以下特點：

• 重量輕，采用輕型合金導體，并采用航空線纜的先進設計以大幅減輕重量，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器人線纜的高溫塑料，可以承受長時間的反復彎曲;

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

• 載流量大， 可以通過 14A 的高壓直流電;

• 線纜內部包含 1根抗微彎光纖，可提供優良的光傳輸性能，配合光電轉換終端可提供高清視頻、千兆網絡等接口，可以傳輸高清視頻及控制信號，抗干擾能力強。

系留線纜技術指標如下：

系留綜合控制箱

系留綜合控制箱如圖 7 所示，其中箱內安裝有系留線纜收放控制機構和地面電源模塊，分別用于實現無人機起降時的線纜自動收放控制以及將發電機輸送過來的交流電轉化為高壓直流電。

系留綜合控制箱技術指標如下表所示：

線纜控制機構

由于系留無人機系統需要根據無人機空中平臺的狀態自動收放系留線纜，因此專門設計了智能化的線纜收放控制機構，如圖 8 所示，具有如下功能：

• 采用進口電機及進口傳感器，保證系統的穩定性和控制精度;

• 無人機起降時自動收放線;

• 精確測量線纜長度，并根據飛行高度自動控制收放線的速度;

• 精確測量線纜拉力，根據無人機拉力自動調節力矩，保證線纜一定張力;

• 線纜拉力大于閾值時，自動釋放電纜，以保護飛機的穩定;

• 無人機位置小范圍晃動時，通過緩沖裝置保證線纜的平滑收放控制;

• 收線時自動排線，保證線纜均勻的纏繞在轉軸上。

地面電源模塊

地面端 AC/DC 電源模塊將發電機輸出的交流電轉化為穩定可靠的直流電，通過系留電纜輸送到機載端，供無人機使用。該 AC/DC 電源核心模塊產品具有體積小、重量輕、轉換效率高等特點，可在各種苛刻環境中穩定工作，功能如下：

• 220V 交流電轉化為 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保護及故障隔離

• 輸入過欠壓瞬時保護及故障隔離

• 輸出過壓瞬時保護及故障隔離

• 過溫保護

• 帶 CAN 通訊(隔離)

發電機(客戶自選)

發電機采用單相 220V 發電機，具有體積小，重量輕，使用穩定性可靠等優點，如圖 9 所示。