一种系留无人机动力系统及设计方法

本发明涉及系留无人机动力系统，具体涉及一种系留无人机动力系统及设计方法。

背景技术：

1、目前无人机大多是电池供电，虽然操作灵活方便，但其巡航时间较短，一般机载供电电池的总飞行时间不足1小时，导致这类无人机应用范围受限，因此就需要具有更高容量的电池。但这会导致更重的动力系统和更小的无人机有效载荷能力，在这种电池增加的极限下，必须实施更大的推行系统，导致能耗很高，从而降低无人机的使用寿命。基于此，现有技术中设计出一种系留无人机，其是多旋翼无人机的一种特殊形式，主要特点在于使用通过系留线缆传输的地面电源作为动力来源，从而替代传统的锂电池，使系留无人机具有长时间的滞空悬停能力。被广泛应用于通信、应急救援、拍摄照明、气象观测等多个领域。

2、现有的系留无人机都是通过一条电线给无人机供电，为了保证无人机供电过程中的安全性和稳定性，同时确保供电系统能够兼容多种不同的供电网络，目前无人机的动力系统大多采用低压大电流，但由于也需要使电力满足无人机的长时间供电需求，导致供电的电线非常粗，影响无人机的载重，导致系留无人机飞行状态受限，特别在高空和复杂环境中，难以发挥系留无人机的应用优势。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种系留无人机动力系统及设计方法，以解决现有的系留无人机供电电线过粗，影响无人机载重，导致无人机应用受限的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案，一种系留无人机动力系统，包括无人机本体，无人机本体包括四个机轴，在每个机轴内分别设有电机和电调结构，无人机每个机轴的输入电流不超过5a；所述电调结构输出端通过三根电线与所述电机的输入端连接；所述电调结构的输入端通过两根动力线与转接板连接；所述转接板通过设定的电缆与地面动力端连接；地面动力端输入电压为200v。

3、同时，本发明还提供一种系留无人机动力系统设计方法，应用于上述一种系留无人机动力系统中，包括以下步骤：

4、步骤一，根据地面动力源大小，将无人机设置为多根机轴，使每根机轴电流不超过5a，使无人机整体最大电流不超过20a；

5、步骤二，在每根机轴中分别设置电机和电调结构，根据每根机轴的电流大小，选择对应的电线，将电调结构的输出端通过电线与电机输入端连接；选择对应的动力线，将电调结构的输入端通过动力线与转接板连接；并对应设置电机和电调结构的位置；

6、步骤三，选择对应的电缆，将转接板与地面动力端通过电缆连接。

7、本方案的原理及优点是：

8、由于系留无人机的动力源一般设置于地面或可移动载具内，飞行操作时需要操作人员控制作业，为保证动力源和电缆的使用安全，一般动力源采用低压大电流(电压20v以内，电流100a以上)，避免触电或泄露等安全事故，同时确保无人机的供电能力。因此不会考虑在低空环境内使用高压动力源，导致现有的系留无人机电缆非常粗，其自身重量过大50米线长达到7kg以上，一般无人机的整机载荷8kg，严重影响无人机的承载能力，使系留无人机难以达到更好的飞行要求。

9、而本方案克服了低空环境难以使用高压动力源的技术偏见，通过设计系留无人机的机身结构，采用输入高电压把输入电流减少，并选用安全性较高的电缆，进而保证系留无人机的安全性。本方案中将高压动力源分别转化在四个机轴上，通过设置的电调结构和电线将每个机轴上的电流调节为低电流，使其降低至5a/轴，使无人机的最大电流降低至20a。通过对无人机最大电流的限制从而可选择能够承载的电缆，使提供电力的电缆线径可减少，进而减轻电缆重量，同时保证无人机的安全性和稳定性。

10、应用本方案具有以下优点：

11、1、有效减少无人机的载重，降低无人机飞行能耗，提升系留无人机的续航能力，增加无人机的滞空悬停时长。

12、2、使系留无人机有更多载重余量，可用于承载更多检测设备，扩大使用范围，提高使用性能。

13、3、能够根据当前飞行环境选择最优巡检路径和时间，保证系留无人机的安全性和稳定性。

技术特征：

1.一种系留无人机动力系统，其特征在于：包括无人机本体，无人机本体包括四个机轴，在每个机轴内分别设有电机和电调结构，无人机每个机轴的输入电流不超过5a；所述电调结构输出端通过三根电线与所述电机的输入端连接；所述电调结构的输入端通过两根动力线与转接板连接；所述转接板通过设定的电缆与地面动力端连接；地面动力端输入电压为200v。

2.根据权利要求1所述的一种系留无人机动力系统，其特征在于：所述电缆过电流能力为25a；电缆线径为1.5-1.7mm，截面积为2.0-2.2mm2，长度为50米，重量为60g/米；所述电缆外表面设有一层绝缘层。

3.根据权利要求1所述的一种系留无人机动力系统，其特征在于：所述电线每根过电流为5-10a，每根电线长度为100-400mm。

4.根据权利要求1所述的一种系留无人机动力系统，其特征在于：所述动力线每根过电流为4-6a，每根动力线长度为100-400mm。

5.根据权利要求1所述的一种系留无人机动力系统，其特征在于：所述电调结构设于机轴的中部，所述电机设于每个机轴的外端；所述转接板设于无人机中心位置。

6.根据权利要求1所述的一种系留无人机动力系统，其特征在于：所述电调结构为70*34mm的方形结构；所述电调结构包括外壳，以及设于外壳内的电路板。

7.根据权利要求1所述的一种系留无人机动力系统，其特征在于：所述电机为直径28mm，高度为14mm的圆柱形结构永磁同步电机。

8.一种系留无人机动力系统设计方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-7任一所述的一种系留无人机动力系统，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种系留无人机动力系统设计方法，其特征在于：在步骤二中，还包括根据输出功率和输出电压计算选择电线的过电流大小，并选择电线的长度和数量；根据输入功率和输入电压计算选择动力线的过电流大小，并选择动力线的长度和数量。

10.根据权利要求8所述的一种系留无人机动力系统设计方法，其特征在于：还包括步骤四，根据监测对象以及设置的电缆长度和对应地面动力源位置，设置对应的监测路径。

技术总结本发明涉及无人机动力系统技术领域，公开了一种系留无人机动力系统及设计方法，包括无人机本体，无人机本体包括四个机轴，在每个机轴内分别设有电机和电调结构，无人机每机轴的输入电流不超过5A；所述电调结构输出端通过三根电线与所述电机的输入端连接；所述电调结构的输入端通过两根动力线与转接板连接；所述转接板通过设定的电缆与地面动力端连接；地面动力端输入电压为200V。本发明通过对无人机最大电流的限制从而可选择能够承载的电缆，使提供电力的电缆线径可减少，进而减轻电缆重量，同时保证无人机的安全性和稳定性。技术研发人员：程远,王小洪,张希,陈洲,韩吉鹏受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15