系留氣球升空平臺系統(tǒng)是為定點監(jiān)測電子裝備提供的空基平臺。美國的TCOM公司是著名的系留氣球系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商，美國西海岸的對海警戒雷達(dá)網(wǎng)都是由TCOM系留氣球作為空基平臺部署的。
然而，系留氣球體積龐大升降困難，機動性適應(yīng)性都很差。業(yè)內(nèi)一直在進(jìn)行著，通過系纜從地面供電，由電機驅(qū)動螺旋槳替代氣球作為升空動力，創(chuàng)新出系留旋翼升空平臺系統(tǒng)的研究。但上個世紀(jì)稀土電機尚待開發(fā)，電機自身重量過重，功重比不足以支持系留旋翼系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用。
近年來，多旋翼無人機的快速發(fā)展，為實現(xiàn)系留旋翼升空平臺系統(tǒng)提供了技術(shù)上的支持，許多無人機廠家也開展了系留旋翼系統(tǒng)的研發(fā)，稱為系留旋翼無人機。
說說系留旋翼無人機幾個技術(shù)難點：
1、驅(qū)動電機的功重比。
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(jù)旋翼類航空器升力/功率比的經(jīng)驗數(shù)值，每千瓦功率大約產(chǎn)生5～10千克的升力，電機的功重比低于1千瓦/千克將比較難設(shè)計系統(tǒng)了。
在此強調(diào)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(diào)以及為其正常工作的冷卻設(shè)備。系留旋翼必須是長期持續(xù)工作的，不象多旋翼無人機可短期間歇工作，驅(qū)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(nèi)。
2、高壓供電系統(tǒng)。
系留旋翼和多旋翼無人機最大的區(qū)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(jīng)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(dǎo)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(jù)實際的系統(tǒng)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(zhuǎn)換直接驅(qū)動電機，結(jié)構(gòu)較為簡單。但這種方式要進(jìn)行高壓電機的設(shè)計，受到電機電調(diào)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(shè)計降壓用的開關(guān)電源，用多旋翼現(xiàn)有低壓電機驅(qū)動;但開關(guān)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。
3、系留系纜。
系纜除了傳輸動力電源之外，還設(shè)計有光纖以傳輸平臺載電子設(shè)備的光電信號，因此系纜是一種動力/信號復(fù)合纜線。
平臺載電子設(shè)備為減少升空設(shè)備的重量，普遍將天線、發(fā)射機之外的設(shè)備放在地面，而通過系纜光纖保障平臺與地面設(shè)備之間電子信號的連接。這樣可節(jié)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(dǎo)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(fù)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(fēng)場條件下，系纜隨風(fēng)產(chǎn)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(dá)到恒風(fēng)6級陣風(fēng)8級的要求，才能有實際使用意義。在6～8級的風(fēng)場中，系纜并沒有固定的運動規(guī)律可言，要靠飛控對旋翼平臺控制的魯棒性來調(diào)整，難度是很大的。
5、旋翼平臺氣動力設(shè)計。
考慮到系統(tǒng)旋翼平臺要在強風(fēng)場中運行，平臺的氣動力設(shè)計就尤其顯得重要。系統(tǒng)旋翼平臺在風(fēng)場中懸停，實際上相當(dāng)于平臺在沿來風(fēng)方向做平面飛行。6～8級風(fēng)速為10.8～20.7米/秒，相當(dāng)于旋翼平臺要有最高時速不小于75千米的能力。
要達(dá)到這樣的時速，固定翼的氣動力設(shè)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(tǒng)簡單組合，從無人機本身效益講并不經(jīng)濟，但能解決特定場合固定翼起降的問題。
垂直起降固定翼的氣動力設(shè)計應(yīng)用于系統(tǒng)旋翼具有較大的優(yōu)勢，系留旋翼由地面供電，能源比較充足;兩套動力系統(tǒng)在強風(fēng)場中各有用途，垂直動力系統(tǒng)保持平臺懸停姿態(tài);水平動力系統(tǒng)使平臺逆風(fēng)飛行;固定翼外形可為平臺產(chǎn)生升力，減輕垂直動力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。
系留旋翼無人機已經(jīng)面臨著廣泛應(yīng)用的階段，但從能夠使用到實際使用得好還有一些距離，有望業(yè)內(nèi)同行共同努力創(chuàng)新。
目前國內(nèi)首家攻克技術(shù)難關(guān)取得獨立知識產(chǎn)權(quán)的是北京一家叫卓翼智能的公司。卓翼系留無人機是由地面發(fā)電機發(fā)電通過系留電纜給無人機不限時不間斷供電的系留無人機系統(tǒng)。其中集成了多項重要核心專利，其中的自主知識產(chǎn)權(quán)有系留無人機飛行控制系統(tǒng)、高壓動力系統(tǒng)、共軸電機、自動收放線絞盤系統(tǒng)和自動跟隨系統(tǒng)，以及三合一的系留光纖電纜繩在國內(nèi)和國際市場上均具有技術(shù)壟斷優(yōu)勢。系留無人機高空定點工作平臺可搭載吊艙、基站、相機和雷達(dá)等，可廣泛適用于救災(zāi)搶險、邊界巡視、基地安全、景區(qū)監(jiān)測、地質(zhì)勘測、野外作業(yè)、森林防火、應(yīng)急通信、公安反恐、交通監(jiān)管、新聞直播、工程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、影視拍攝、科學(xué)研究、國防軍工等多個廣闊領(lǐng)域，未來在生活的其它各個領(lǐng)域也將得到積極應(yīng)用。目前已經(jīng)取得十幾項國家發(fā)明專利，多項自助知識產(chǎn)權(quán)軟件。
該公司技術(shù)團隊由北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等知名高校畢業(yè)的博士和碩士組成，擁有多年無人機飛行控制系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)驗，在視覺導(dǎo)航和精確定位等多個領(lǐng)域擁有國內(nèi)一流的核心技術(shù)。目前，公司已經(jīng)開發(fā)完成了工業(yè)級飛控系統(tǒng)(全自主知識產(chǎn)權(quán)、非開源、實現(xiàn)自主飛行的核心)、系留無人機系統(tǒng)、無人直升機系統(tǒng)、植保無人機系統(tǒng)等多個產(chǎn)品，并順利成為航天科技集團、兵器裝備集團、船舶工業(yè)集團、電子科技集團等研究機構(gòu)和多家無人機商業(yè)機構(gòu)的訂制伙伴和委托研發(fā)伙伴。廣泛適用于救災(zāi)搶險、邊界巡視、基地安全、景區(qū)監(jiān)測、地質(zhì)勘測、野外作業(yè)、森林防火、應(yīng)急通信、公安反恐、交通監(jiān)管、新聞直播、工程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、影視拍攝、科學(xué)研究、國防軍工等多個廣闊領(lǐng)域。
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