一種基于多旋翼飛行平臺的系留系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無人飛行器領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體講涉及一種基于多旋翼飛行平臺的系留系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]系留系統(tǒng)主要是通過纜線將搭載有專用通訊設(shè)備和光電設(shè)備的飛行平臺栓系在地面錨點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)長時間的通訊網(wǎng)組建和對既定目標(biāo)的監(jiān)控。氣球、飛艇和涵道式飛行器等無人飛行器具有垂直起降和穩(wěn)定懸停的特點(diǎn)，在偵查、通信及航拍等領(lǐng)域作為系留平臺被廣泛應(yīng)用。
[0003]系留氣球或系留飛艇雖然可以在空中長時間滯留，但其體積很大，不便于機(jī)動，抗風(fēng)能力差，且所充氦氣價格昂貴，維護(hù)成本高。而涵道飛行器必須使用多條系纜，成本高、架設(shè)開通復(fù)雜，且需要較大的架設(shè)場地；多條系纜系留飛行時，機(jī)身水平朝向是固定的，無法根據(jù)任務(wù)的實(shí)際需求靈活旋轉(zhuǎn)水平朝向，除非將飛行器降下后，將各個方向的系纜同時移動到另一水平角度后重新升起，操作十分麻煩；并且必須考慮整個飛行器的平衡配重，否則會影響飛行器的穩(wěn)定性，對系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提出了許多限制；由于涵道飛行器的自穩(wěn)定能力有限，因此對伺服系統(tǒng)的自動控制能力要求很高。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中有共軸雙旋翼與四旋翼相結(jié)合的辦法研發(fā)出具有一定載荷能力的系留平臺。目前公開研究成果的只有以色列的Sapience公司出品的HoverMast-1OO系留平臺，該平臺仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，其主要性能指標(biāo)為:懸停高度:50m、有效載荷:6kg、抗風(fēng)性能..< 12m/s、升空回收時間:10?15s、航時:由地面站動力源確定。
[0005]該平臺旋轉(zhuǎn)部件(僅指旋翼系統(tǒng))有六個，其中，中心共軸雙旋翼為升力提供部件，周邊四旋翼系統(tǒng)為姿態(tài)控制部件，若該中心多旋翼系統(tǒng)出現(xiàn)問題，不但會導(dǎo)致升力不足，還會引起中心力矩的不平衡；若四旋翼中的某個旋翼出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會進(jìn)入不可控制狀態(tài)。每個旋轉(zhuǎn)部件出現(xiàn)故障對系統(tǒng)本身都是致命的，系統(tǒng)可靠性較低。
[0006]而，將中心共軸雙旋翼與多旋翼系統(tǒng)相結(jié)合后，控制系統(tǒng)需同時考慮中心共軸雙旋翼的控制和多旋翼的控制，考慮的控制變量較多，控制邏輯比較復(fù)雜，太復(fù)雜的系統(tǒng)控制同樣也將降低系統(tǒng)的可靠性。
[0007]另外，該系統(tǒng)的載荷能力為6kg，對于系留平臺希望搭載的專用監(jiān)測和通訊設(shè)備而言載荷能力較不足，屬于小型系留平臺。
[0008]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種基于多旋翼飛行平臺的系留系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于多旋翼飛行平臺的系留系統(tǒng)。
[0010]實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0011]—種基于多旋翼飛行平臺的系留系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于:所述系留系統(tǒng)包括:地面設(shè)備、系留線纜、多旋翼飛行器和任務(wù)設(shè)備；
[0012]所述任務(wù)設(shè)備安裝于所述多旋翼飛行器的設(shè)備安裝架上，所述系留線纜兩端分別連接所述設(shè)備安裝架和所述地面設(shè)備；
[0013]所述多旋翼飛行器的旋翼圓周均布在所述多旋翼飛行器的機(jī)體周邊。
[0014]優(yōu)選地，所述地面設(shè)備包括:地面供電設(shè)備、地面回收設(shè)備、減震支撐設(shè)備和地面定位與通訊設(shè)備；
[0015]所述地面回收設(shè)備位于最底層，上層放有所述減震支撐設(shè)備，所述減震支撐設(shè)備為凹字形設(shè)備，其下凹部位貫通，使所述系留線纜連接所述地面回收設(shè)備；
[0016]所述地面供電設(shè)備上方設(shè)有所述地面定位與通信設(shè)備，兩者的整體放置于所述減震支撐設(shè)備和地面回收設(shè)備的一側(cè)，所述地面供電設(shè)備為地面回收設(shè)備和地面定位與通訊設(shè)備供電；
[0017]所述減震支撐設(shè)備為發(fā)泡材料組成的型腔，在運(yùn)輸?shù)倪^程中，所述發(fā)泡材料減小運(yùn)輸震動，在飛行器回收的過程中，所述減震支撐設(shè)備能吸收掉飛行器下降時的沖擊力，保護(hù)飛行器結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部電子設(shè)備。
[0018]優(yōu)選地，所述地面供電設(shè)備輸入380V、50Hz交流電，經(jīng)輸入濾波器濾波后，由主動功率因數(shù)校正整流后與備用電池并接進(jìn)行boost升壓，升至800?2400V高壓直流后，經(jīng)輸出濾波器濾波后輸出到所述系留纜繩的供電線路。
[0019]優(yōu)選地，所述地面回收設(shè)備，包括:絞線盤、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速控制器和系留線纜；
[0020]所述壓力傳感器采集所述絞線盤基座上的壓力，根據(jù)拉力大小、通過所述轉(zhuǎn)速控制器控制所述絞線盤的電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，控制所述系留線纜的拉力，保持所述系留線纜的拉力在其所能承受的安全范圍內(nèi)。
[0021]優(yōu)選地，所述地面定位與通訊設(shè)備，包括差分GPS定位器和光通訊設(shè)備；
[0022]所述光通訊設(shè)備中光電轉(zhuǎn)換裝置采用以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，傳輸速率為OMbps到1000Mbps，用于傳輸飛控信息、任務(wù)載荷產(chǎn)生的圖像、音頻信息。
[0023]優(yōu)選地，所述系留線纜包括:
[0024]位于中心位置的FRP中心加強(qiáng)件、所述FRP中心加強(qiáng)件外層的兩條輸電導(dǎo)線、兩條光纖和兩條填充繩，及位于外側(cè)的芳綸加強(qiáng)層和PE外護(hù)套；
[0025]所述系留線纜長期抗拉強(qiáng)度為llOON/lOOmm，重量為0.060kg/m?0.180kg/m。
[0026]優(yōu)選地，所述任務(wù)設(shè)備采用可見光和紅外綜合光學(xué)電子吊艙或?qū)I(yè)小型雷達(dá)設(shè)備，用于對預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)進(jìn)行識別和跟蹤。
[0027]優(yōu)選地，所述多旋翼飛行器，包括:飛行器結(jié)構(gòu)本體、任務(wù)安裝架、機(jī)載電源設(shè)備、動力設(shè)備、飛行控制器和機(jī)載通訊設(shè)備；
[0028]所述飛行控制器位于所述飛行器結(jié)構(gòu)本體中，所述動力設(shè)備和所述機(jī)載通訊設(shè)備分別安裝于所述飛行器結(jié)構(gòu)本體的機(jī)翼上；所述飛行器結(jié)構(gòu)本體下方裝有所述機(jī)載電源設(shè)備，所述機(jī)載電源設(shè)備連接所述任務(wù)安裝架，所述任務(wù)安裝架上安裝任務(wù)設(shè)備；
[0029]所述飛行器結(jié)構(gòu)本體，采用高效的高壓大功率無刷外轉(zhuǎn)子電機(jī)和螺旋槳，可提升10-20kg的任務(wù)載荷；
[0030]所述多旋翼飛行器接收地面電源后，將其電壓穩(wěn)到較低電壓后，驅(qū)動多個高壓大功率無刷外轉(zhuǎn)子電機(jī)和旋翼系統(tǒng)，為任務(wù)分系統(tǒng)提供電力支持。
[0031]優(yōu)選地，所述機(jī)載電源設(shè)備接收經(jīng)供電線路輸送的高壓電，經(jīng)電源變換模塊降壓輸出，再經(jīng)濾波后分為兩路與備用電池并接輸出300V?600V的電流提供給動力系統(tǒng)，以驅(qū)動多個高壓大功率無刷外轉(zhuǎn)子電機(jī)和旋翼系統(tǒng)，及輸出12V?36V的電流提供給機(jī)載電子設(shè)備和機(jī)載任務(wù)設(shè)備使用；
[0032]系留纜線中的通訊線路和供電線路通過所述任務(wù)安裝架接入所述機(jī)載電源設(shè)備。
[0033]優(yōu)選地，所述動力設(shè)備為高壓大功率無刷外轉(zhuǎn)子電機(jī)和旋翼系統(tǒng)，單臺電機(jī)的工作電壓為300V?600V，最大輸出功率為2.5kw?5kw，多臺電機(jī)組合后能有效提升1kg?20kg的任務(wù)載荷；
[0034]飛行控制器板載GPS/BD接收機(jī)和慣性導(dǎo)航組件，采集慣性導(dǎo)航組件的姿態(tài)信息和加速度信息及GPS/BD的經(jīng)瑋度、高度信息，與地面?zhèn)魉蛠淼牟罘諫PS經(jīng)瑋度、高度信息和航向航速信息比較，獲得準(zhǔn)確的相對地面錨點(diǎn)的高度、相對地面錨點(diǎn)的平面坐標(biāo)位置和地面錨點(diǎn)的航向航速，經(jīng)PID控制算法得到各旋翼的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生控制飛行姿態(tài)的力矩，控制飛行姿態(tài)、飛行高度和飛行方向。
[0035]所述機(jī)載通訊設(shè)備米用以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，傳輸速率為1Mbps到1000Mbps，傳輸飛控信息、任務(wù)載荷產(chǎn)生的圖像和音頻信息。
[0036]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0037]1、本發(fā)明提供的多旋翼飛行器與共軸雙旋翼和多旋翼相結(jié)合的飛行器相比，多旋翼的旋翼系統(tǒng)既是升力系統(tǒng)也是姿態(tài)控制系統(tǒng)，并且可相互備份，在單個旋翼失效的情況下，系統(tǒng)的升力不會發(fā)生陡然變化，控制也可以切換到低階旋翼模式；而共軸雙旋翼與多旋翼相結(jié)合的飛行器升力主要由共軸雙旋翼提供，控制力和力矩主要由多旋翼提供，如果共軸雙旋翼系統(tǒng)一組旋翼發(fā)生故障，故障的旋翼一方面會威脅到另外一組旋翼，還會使升力和反扭力陡然變化。采用多旋翼系統(tǒng)作為系留平臺可有效提高系統(tǒng)可靠性。
[0038]2、本發(fā)明提供的多旋翼飛行器的控制簡單，而共軸雙旋翼與多旋翼相結(jié)合的飛行器要考慮共軸雙旋翼的控制模式，也要考慮多旋翼控制模式，控制相對復(fù)雜，簡單的控制方式可提高系統(tǒng)的可靠性。
[0039]3、相對非系留的多旋翼系統(tǒng)，系留平臺不但要承載任務(wù)設(shè)備，還要承載系留線纜的重量，地面采用高效升壓電路提供直流高壓，可有效降系留纜繩中低輸電電纜的電流，減少線纜重量。
[0040]4、由于采