1、系统概述

系留无人机系统由地面电源供电，通过系留线缆向空中的无人机平台输送电能，如图 1 所示，可实现无人机 24 小时不间断的空中悬停，最大悬停高度可达

100 米以上，且操作简单，一键自动起降，并可根据需要搭载基站、电台、天线、光电吊舱、雷达等各类通信和光电应用载荷。

图 1 系留无人机系统原理示意图

如图 1 所示，系留无人机系统由空中部分和地面部分组成：

空中部分：无人机飞行平台、系留线缆

地面部分：系留综合控制箱、发电机、地面站

其中，系留综合控制箱内包括地面电源系统和系留线缆收放控制机构，如图2 所示。

整套系留无人机系统可由车载运输，其中，无人机飞行平台单独收纳于航空箱中，系留综合控制箱和发电机各自单独安放。作业时，由车辆装载系留无人机系统到达作业地点后，只需将系留无人机由车上搬至地面，然后由操作人员通过地面站控制其起飞并进行作业，如图 3 所示。

2、系统特点

• 航时长，车载供电 24 小时全天候滞空

• 载荷大，15kg 有效净载荷

• 飞行稳定性好，100m 高空稳定平台

• 定位精度高，厘米级精确定位

• 智能化程度高，与自由移动基站车辆位置精确跟随

• 操作简单，一键自动起降

3、系统参数

机载电源

机载电源系统将 400V 直流电转换为 48V 直流电供无人机电机使用，同时可转接 24V、12V、5V 等多个等级的电压以满足无人机飞控及载荷的供电需求。该电源模块具有高可靠性、高效率、高功率密度、低纹波噪声等特点;

• 额定输出功率：5KW

• 典型效率：94.5%

• 输出电压可调 46～50Vdc

• 工作壳温：-40℃～85℃

• 输出过压、过流及短路保护   

• 输入过欠压保护

• 模块过温保护

• 具备均流功能

• 禁止/使能控制

系留线缆

系留线缆采用光电复合缆设计，既负责电能的输送，同时也要通过其中的光纤传送信号。考虑到系留无人机对线缆的要求不仅要细，而且要轻，还需要高压送电，因此专门设计了特殊的线缆工艺，并通过专业线缆厂家进行定制生产，如图 6 所示。

系留线缆具有以下特点：

• 重量轻，采用轻型合金导体，并采用航空线缆的先进设计以大幅减轻重量，每百米重量仅有 2.3Kg;

• 线缆耐电压非常高，该线缆可以承受 2000V 高压;

• 线缆绝缘材料使用机器人线缆的高温塑料，可以承受长时间的反复弯曲;

• 抗拉力大，该线缆的抗拉力由专用的超高强度纤维来承担，抗拉力大于2000N 以上;

• 载流量大， 可以通过 14A 的高压直流电;

• 线缆内部包含 1根抗微弯光纤，可提供优良的光传输性能，配合光电转换终端可提供高清视频、千兆网络等接口，可以传输高清视频及控制信号，抗干扰能力强。

系留线缆技术指标如下：

系留综合控制箱

系留综合控制箱如图 7 所示，其中箱内安装有系留线缆收放控制机构和地面电源模块，分别用于实现无人机起降时的线缆自动收放控制以及将发电机输送过来的交流电转化为高压直流电。

系留综合控制箱技术指标如下表所示：

线缆控制机构

由于系留无人机系统需要根据无人机空中平台的状态自动收放系留线缆，因此专门设计了智能化的线缆收放控制机构，如图 8 所示，具有如下功能：

• 采用进口电机及进口传感器，保证系统的稳定性和控制精度;

• 无人机起降时自动收放线;

• 精确测量线缆长度，并根据飞行高度自动控制收放线的速度;

• 精确测量线缆拉力，根据无人机拉力自动调节力矩，保证线缆一定张力;

• 线缆拉力大于阈值时，自动释放电缆，以保护飞机的稳定;

• 无人机位置小范围晃动时，通过缓冲装置保证线缆的平滑收放控制;

• 收线时自动排线，保证线缆均匀的缠绕在转轴上。

地面电源模块

地面端 AC/DC 电源模块将发电机输出的交流电转化为稳定可靠的直流电，通过系留电缆输送到机载端，供无人机使用。该 AC/DC 电源核心模块产品具有体积小、重量轻、转换效率高等特点，可在各种苛刻环境中稳定工作，功能如下：

• 220V 交流电转化为 400V 直流电

• 额定输出功率：7KW

• 典型效率：≥94%

• 输出过流及短路瞬时保护及故障隔离

• 输入过欠压瞬时保护及故障隔离

• 输出过压瞬时保护及故障隔离

• 过温保护

• 带 CAN 通讯(隔离)

发电机(客户自选)

发电机采用单相 220V 发电机，具有体积小，重量轻，使用稳定性可靠等优点，如图 9 所示。