Dragonfly Pictures (DPI) 開發(fā)了一種新型無人機(jī)，即系留懸停無人機(jī)。這種新型垂直起飛無人機(jī)是防風(fēng)雨的，可以長時(shí)間停留在空中。無人機(jī)使用柔性電纜作為永久物理鏈接，以提供電力和通信以及機(jī)械支持。

與需要每 20 分鐘更換一次電池或快速充電的電池供電的多旋翼無人機(jī)不同，系留無人機(jī)通過連接到基站的電纜接收電力。這使得它們能夠在海拔高達(dá) 500 英尺的地方保持運(yùn)行 400 多個(gè)小時(shí)——這要?dú)w功于能量通過系繩的持續(xù)流動(dòng)。

系留軍用/工業(yè)級(jí)無人駕駛多旋翼空中中繼 (UMAR) 無人機(jī)旨在跟蹤海上和陸基平臺(tái)，例如船舶、船只、卡車和其他車輛，此外還可以作為海軍基地的經(jīng)典用途通訊。

系留無人機(jī)

對(duì)遠(yuǎn)程通信和情報(bào)、監(jiān)視和偵察 (ISR) 的需求增加，推動(dòng)了人們對(duì)無人機(jī)的興趣；然而，前幾代無人機(jī)遇到了技術(shù)難題和限制，尤其是在飛行控制方面。用于物流應(yīng)用的高速飛行固定翼無人機(jī)不具備機(jī)載監(jiān)視和通信功能。不受束縛的無人機(jī)在強(qiáng)風(fēng)和大雨等不利條件下會(huì)遇到穩(wěn)定性問題。為了克服這些困難，蜻蜓開發(fā)了一種新型無人機(jī)，即系留懸停無人機(jī)。

與經(jīng)典無人機(jī)相比，這些無人機(jī)提供垂直起降能力。不需要跑道、發(fā)射或回收設(shè)備。它們還在動(dòng)蕩的天氣、雨、雪、灰塵和高溫中提供良好的性能，并針對(duì)咸水海洋環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化。系繩消除了電子干擾的危險(xiǎn)，因此使系統(tǒng)不受 GPS 和無線電頻率的影響。

DPI 的系留無人機(jī)目前符合美國海軍在海上/海上環(huán)境中用于 ISR、通信和視頻應(yīng)用的資格。

無人機(jī)通常提供高達(dá)幾百米的操作高度，限制因素是無人機(jī)支撐系繩重量的能力。系繩可以由芳綸或其他輕質(zhì)合成材料制成以提供強(qiáng)度，銅或鍍銅用于能量傳導(dǎo)，光纖用于數(shù)據(jù)和通信。該系統(tǒng)可以是基于地面的或基于車輛的。

懸停在船上方數(shù)百英尺的系留無人機(jī)克服了船舶通信系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，這些系統(tǒng)受到地球曲率的限制，只能在視線范圍內(nèi)與地平線進(jìn)行通信。系留無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）可以提供超出視線的連續(xù)通信。系繩為無人機(jī)系統(tǒng)提供持續(xù)的動(dòng)力和指揮/控制，從而大大增加了任務(wù)的持續(xù)時(shí)間。連接的 UAS 系統(tǒng)減少了操作員的工作量和任務(wù)規(guī)劃，允許主艦和船外資源進(jìn)行更長時(shí)間的通信。

DPI 運(yùn)營副總裁 Joe Pawelczyk 說：“UMAR 可以托管各種傳感器，包括攝像頭、雷達(dá)和天氣數(shù)據(jù)，這些傳感器可以在高海拔地區(qū)長時(shí)間收集?！?“DPI 已經(jīng)在 45 英尺長的美國海岸警衛(wèi)隊(duì)船只、美國海軍艦艇和美國陸軍地面平臺(tái)上測試了其系留無人機(jī)系統(tǒng)?！?/p>

圖1：無人多旋翼空中中繼（UMAR）（來源：蜻蜓）

電源挑戰(zhàn)

系留架構(gòu)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)主要針對(duì)電源系統(tǒng)。電力必須以非常高的電壓和低電流從主船傳送到多旋翼無人機(jī)，以允許使用更薄、更輕的硬件資源，從而使無人機(jī)具有更大的機(jī)動(dòng)性和更高的空中有效載荷。

系繩的重量、尺寸和電氣特性直接影響系留無人機(jī)的性能。反過來，電力輸送網(wǎng)絡(luò)對(duì)系繩設(shè)計(jì)有直接影響。為了實(shí)現(xiàn)更薄更輕的系繩，必須以非常高的電壓和低電流從主機(jī)向無人機(jī)輸送電力。這允許更大的機(jī)動(dòng)性和更重的飛機(jī)有效載荷，從而改善通信和監(jiān)視

功率級(jí)別為 8 到 10 kW；在這些條件下，UMAR 無人機(jī)非常強(qiáng)大和堅(jiān)固，可以在影響主船定位的湍流條件下保持持久的靜止定位。

在多旋翼無人機(jī)內(nèi)部，高壓轉(zhuǎn)換必須以盡可能小的占地面積和可減少空間和熱效應(yīng)的外形尺寸進(jìn)行。

為了應(yīng)對(duì)這些嚴(yán)峻的電源挑戰(zhàn)，DPI 在其 UMAR 中采用了薄型 Vicor 高壓 BCM VIA 模塊，以實(shí)現(xiàn)高效率 (98%) 轉(zhuǎn)換，在 800 V 至 50 V 范圍內(nèi)只有 2% 的損耗和熱量。

為了給八個(gè)獨(dú)立的無人機(jī)轉(zhuǎn)子供電，DPI 使用了八個(gè) Vicor 高壓 BCM4414 固定比率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。這些模塊具有固有的低 EMI 和很少的高頻諧波。Vicor BCM 中的集成 EMI 過濾器通過增加比傳統(tǒng) DC/DC 轉(zhuǎn)換器更小的尺寸和重量，有助于最大限度地降低 EMI 噪聲。

“使用 Vicor 電源模塊，我們能夠減輕無人機(jī)上所有組件的重量，從而在攜帶所需任務(wù)有效載荷的同時(shí)提高高度和空速，”Pawelczyk 說。

圖 2：八個(gè) Vicor HV BCM 為八個(gè)獨(dú)立的 UMAR DPI 轉(zhuǎn)子供電。（來源：維克）

UMAR 可能是在國防和商業(yè)運(yùn)營期間與無人水面艦艇通信的有用工具。UMAR 還可以作為電信的備份，作為海上移動(dòng)通信的回程方法。它的潛在應(yīng)用包括海上石油和天然氣以及可再生能源運(yùn)營中的通信基站。對(duì)于更長的距離，可以使用多個(gè)菊花鏈無人機(jī)。

審核編輯 黃昊宇