照明系留无人机
1.1.1.1 系留平台分系统组成
系留无人机采用四旋翼构型,结构对称布置,控制原理上相对简单,具有动力耦合度低、响应速度快、控制精度高、维护成本低等优势。系留无人机平台分系统主要由机体机构、飞行系统、动力系统、电气系统、测控系统组成。机体结构材料主要由碳纤维复合材料及航空铝合金材质组成;动力系统由电机、电调、螺旋桨和电池组成;系留飞行模式由地面持续供电,实现长时间滞空飞行,以执行应急照明、应急通信、气体监测、环境观测和光谱遥感测绘任务。
表 1 系留多旋翼无人飞行器组成
序号
分系统
组件
数量
1
机身组件
机身
1
起落架
1
2
航电系统
系留线缆接插件(插头)
1
转换电源(50转24V)
2
机载供电系统(机载电源、分电板)
1
备用电池(2串6S,12000mAh,25C)
2
3
导航与飞控系统
飞控计算机
1
飞控天线
1
飞控状态显示灯
1
北斗接收机
1
北斗天线
2
4
动力系统
电机
4
电调
4
桨叶
4
5
数据处理及通信模块
光端机
1
数传模块
1
数传模块天线
1
接收机
1
图 10系留无人机外观示意图
1.1.1.1 系留平台分系统技术指标 1.1.1.1.1 功能指标
a)一键起降:无需操作遥控器,通过地面站输入起飞和降落命令,无人机即可自动起飞或降落;
b)一键改变高度:无人机在空中悬停过程中,无需操作遥控器,在地面站输入悬停高度后,点击改变高度命令按钮,无人机即可自动上升或下降至该新高度后自主悬停;
c)一键改变航向,无人机在空中悬停过程中,无需操作遥控器,在地面站输入期望航向角后,点击设置航向命令按钮,无人机即可自动调整机头方向至该新航向后自主悬停;
d)自动收放线:无人机在起飞、降落、空中调整高度过程中,系留箱自动根据无人机的飞行模式、飞行高度、飞行速度收放系留线缆,并自动排线,无需人工干预;
e)安全保护:无人机具备断桨保护、断电自动降落保护、遥测失联自动降落保护等异常保护功能,可确保任务执行过程中的安全性;
f)定位模式:具备接收GPS/北斗及惯性组合导航的能力;
g)载荷多样性:可提供标准航空设备供电输出接口以及网络、串口、视频多种标准通信接口。
1.1.1.1.2 性能指标
a)机型:四旋翼;
b)最大载荷能力:≥5kg;
c)系留飞行高度:≥100m;
d)系留飞行留空时间:≥12h;
e)抗风能力:≥5级风;
f)最大自动跟船速度:≥35km/h(静风状态);
g)升空速度:≥1m/s;
h)下降速度:10米以上1m/s,10米高度以下≤0.5m/s;
i)水平悬停精度:<±1.0m;
j)垂直悬停精度:<±0.5m;
k)系统供电:DC50V;
l)防雨性能:中雨(1小时2.68mm降水量);
m)定位系统:采RTK差分定位+GPS和北斗导航功能;
n)通信方式:支持光纤有线和数传无线;
o)载荷供电输出电压:支持DC48V/28V/24V/12V/5V;
p)载荷供电输出功率:≥500W;
q)展开/撤收时间:≤15分钟(2人作业)。
1.1.1.2 结构设计 1.1.1.2.1 总体结构设计
无人机机体采用常规四轴单螺旋桨飞行器布局,该平台机臂与螺旋桨采用一体设计,载荷挂点采用快速换装设计,可实现飞行器平台的快速展开与撤收。无人飞行器机身骨架采用碳纤维复合材料和航空铝材组成,具有强度高,重量轻,机身壳盖采用复合材料制成,整机具有较好的防雨防尘能力,结构强度高且满足各种载荷需要。
无人飞行器展开后的尺寸外形尺寸(机臂展开,桨叶折叠)约为1150×1150×750mm,高度可根据载荷进行调整,轴距为1400±5mm。无人机飞行器可根据需求设计折叠机臂机构减小整机运输尺寸。尺寸其布局示意图如图 11所示:
2.系留收放供电系统方案介绍
2.1.功能概述
2.1.1无人机系留收放供电系统主要由发电机(市电)、系留箱、机载电源组成。
2.1.2系留箱内包含自动收放绞车、地面电源、系留线缆、交流输入接口、空气开关、工作状态指示灯、液晶显示屏等。
2.1.3系留箱将发电机(市电)提供的单相220V(或三相380V)交流电转换为高压直流电DC400-1500V输出到系留电缆,经机载电源降压为适合无人机动力供电的直流稳压输出(例如12S为50V),为无人机提供长续航供电模式,能自适应跟随无人机在中高空、大风速环境下升降,自动同步收放电缆。
2.2.系留箱介绍
性能指标
性能参数
系留箱输入电压
176~300vac(额定输入220V)
系留箱输出功率
7KW
系留箱输出电压
400~810vdc
绞车特性
1. 功能:
1.1被动放缆功能,且放缆过程中能使电缆保持一定张力,防止电缆过度堆积;
1.2自动收缆功能,且收缆过程中能使电缆保持一定张力,防止电缆过度堆积,并帮助无人机安全降落。
1.3排缆功能,电缆收放过程中能自动把电缆排得均匀整齐,并能根据电缆外径进行调节;
1.4电缆保护功能,能应对风速突变、绞盘卷筒的惯性对电缆造成的冲击,防止电缆被拉断;
1.5手自动切换功能,能在自动模式切换到手动模式时,通过转动卷筒可以实现人工手动收放电缆;
1.6传送信号功能,可配置光电滑环,能在电缆收放状态下持续供电并提供光纤通信功能;
1.7检测功能,能够检测电缆的收放长度。
2. 性能:
2.1绞车最大收放速度:2.2m/s;
2.2绞车工作张力(收放):5-10N可调;
2.3供电电源:AC220V(交流伺服电机)。
系留电缆特性
1.电性能
1.1载流量:7A@25℃,线缆散开状态;
1.2工作电压:DC400-1600V;
1.3长度:110m±1m;
1.4重量:小于19g/m;
1.5外径:≤4.1mm;
1.6环路电阻:≤32Ω/km;
1.7耐压:3000V(DC)60S不击穿;
1.8工作温度: -45℃~80℃;
1.9材料方式:凯夫拉编织;
1.10弯曲半径:50mm;
1.11抗拉力:≥1000N;
1.12绝缘电阻(MΩ·km):≥ 500MΩ·km。
2.光性能(选配)
2.1单模1芯光纤;
2.2材料朔管;
2.3外径Φ1.45±0.1;
2.4衰减≤0.45dB/km(1310nm);≤0.35dB/km(1550nm);
2.5可适配光纤连接器LC、FC、ST。
系留箱特性
1.控制面板
1.1配备4.5寸触摸显示屏:显示箱体温度,放线长度,地面电源电流电压,中英文切换,强收按钮等;
1.2观察窗:观察箱内绞车工作状况;
1.3地面电源指示灯:指示灯亮表示飞机可以起飞;
1.4手动强收按钮:收回未计米的多余线缆;
1.5扭力调节按钮:手动调节实时扭力(0-10N);
1.6可选配FC连接器:用于光信号传输。
2.侧出线口
2.1腰型出线口:减小出线扭力,更大角度飞行空间;
2.2井子滚轮:线缆出线灵滑不卡缆,并有更大箱体散热效果。
3.散热与输入
3.1四只散热风机:向箱体吹风,降低箱体温度。正对面有箱体排风网状窗口,形成通风通道;
3.2防呆快插航空连接器:外部电源输入(AC220V);
3.3空开1:控制箱体内收放绞车供电;
3.4空开2:控制地面电源与飞机供电。
系留箱箱尺寸
540mm450mmx320mm(L*W*H)(不含脚轮)
系留箱工作温度
-20~55°
系留箱箱重量
约22kg
3.机载电源介绍
机载电源技术参数
性能指标
性能参数
机载电源电气参数
输入380~850vdc,输出50vdc±5%,额定功率4kw,峰值功率4.4kw。
机载电源效率
典型效率高达94.5%
机载电源保护特性
具有输入过欠压,输出过压、过流、短路、过温保护功能。
机载电源外壳材质
6061或6063铝
机载电源散热方式
强制风冷
海拔高度
3000-5000米不降额
机载电源尺寸
160×135×65(L*W*H误差±2mm)
机载电源工作温度
-20~55°
机载电源重量
约1400g(不含线缆)
4.无人机机载照明灯参数
品 名
350W 无人机照明灯组件
输入电压
6S - 12S (20V~60V)
发光材料
LED光源
亮度
50000 Lm
工作电流
1A~6A
软启动
软起动时间3S(无控制信号直接输出最大功率)
热保护
高于80度进入热保护,亮度逐渐降低直至散热恢复
过流保护
内置反接保护/过流保险丝
调光功能
亮度调节范围 0~100%
调光形式
PWM
防 水 性
IP65
尺 寸
185mm*60mm*20mm(可定制)
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