未來(lái)系留無(wú)人機(jī)及無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)將出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)

正如市場(chǎng)分析公司 Technavio 所說(shuō)，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，系留無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)市場(chǎng)將增長(zhǎng) 70%。

Flyfocus 是一家地面連接無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)和制造公司，已成功在有效載荷、飛行時(shí)間和安全基礎(chǔ)上優(yōu)化了他們最新的系留無(wú)人機(jī)。

系留無(wú)人機(jī)具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、電池連續(xù)充電、更好的控制和最大的安全性等特殊特性。FlyFocus 的新型 CableGuard 在系留模式下可以翱翔到高達(dá) 70 米的高度。

在 EE Times 采訪中，F(xiàn)lyfocus 的發(fā)言人指出，應(yīng)用還包括安全和監(jiān)控。他們?cè)谘娱L(zhǎng)飛行中“連接”的能力在特殊需要的情況下提供了一個(gè)應(yīng)急電信網(wǎng)絡(luò)。隨著應(yīng)用需求開(kāi)始引起更大的興趣，設(shè)計(jì)要求必須滿足高度要求的附加功能，例如操作擴(kuò)展，因此更出色的耐候性，但最重要的是，要有足夠的電源和安全系統(tǒng)來(lái)保護(hù)無(wú)人機(jī)免受黑客攻擊。

為什么是系留無(wú)人機(jī)？

系留無(wú)人機(jī)的技術(shù)發(fā)展為邊境巡邏、直播活動(dòng)、臨時(shí)通信塔、低空衛(wèi)星監(jiān)視等開(kāi)辟了新的可能性。但許多應(yīng)用程序肯定正在開(kāi)發(fā)中。

系留無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)始于 2016 年，因?yàn)樗鼈儏⑴c了軍事系統(tǒng)。系留無(wú)人機(jī)是一種系在地面上的無(wú)人駕駛飛行器。它由地面上的基站和無(wú)人機(jī)組成，無(wú)人機(jī)通過(guò)系繩（電纜）連接到基站。無(wú)人機(jī)可以遠(yuǎn)程操作以執(zhí)行特定任務(wù)。系留無(wú)人機(jī)可用于各種應(yīng)用，盡管它們中的大多數(shù)都專注于空中觀察和電信。特別是，由于系留連接的可靠性，系留無(wú)人機(jī)非常適合數(shù)據(jù)捕獲和遙測(cè)。

通過(guò)從系留無(wú)人機(jī)開(kāi)始并向后跟蹤電纜連接，任何人都可以隨時(shí)了解所有者是誰(shuí)。從表面上看，這似乎是次要的安全，但皮帶本身的形象，加上主人的確定性，可以讓附近的人放心。但是，連接線對(duì)機(jī)主來(lái)說(shuō)也有好處：如果飛行系統(tǒng)突然失控，系留的無(wú)人機(jī)將永遠(yuǎn)無(wú)法迷路和迷路。

能源管理

系留無(wú)人機(jī)的主要挑戰(zhàn)之一是涉及轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制電子設(shè)備的電源管理。電力流經(jīng)長(zhǎng)電纜會(huì)引入必須補(bǔ)償?shù)膫鬏敁p耗。電纜（傳輸線）的目的是將無(wú)人機(jī)保持在預(yù)定高度并保證電力和數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)厚度和長(zhǎng)度的限制也與應(yīng)用有關(guān)。每條傳輸線可以被認(rèn)為是由無(wú)限長(zhǎng) Δx 的無(wú)限元素組成，每個(gè)元素都相當(dāng)于一個(gè)包含無(wú)限電感、電容、電阻和電導(dǎo)的電路。傳輸線的正確模擬允許定義參數(shù)。在波長(zhǎng)與導(dǎo)體尺寸相當(dāng)?shù)念l率下，導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)傳播現(xiàn)象變得顯著。在這些頻率下，兩點(diǎn)之間的電氣連接不能再用集中參數(shù)系統(tǒng)來(lái)描述，而必須使用分布參數(shù)方法來(lái)描述。我們可以看到沿傳輸線的電壓和電流由一對(duì)沿相反方向傳播的波組成。

以特斯拉的方式思考，提供低損耗的可能性是采用可以通過(guò)電纜傳輸?shù)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/873/" target="_blank">高壓，然后在無(wú)人機(jī)內(nèi)部以所需的電平執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換。高直流電壓會(huì)降低在系繩中流動(dòng)的電流。顯然，重量是選擇 DC/DC 組件的關(guān)鍵因素。

固定比率總線轉(zhuǎn)換器模塊

Flyfocus 使用 Vicor 的轉(zhuǎn)換器技術(shù)，特別是通常提供 98% 效率的 BCMx 模塊，能夠在 48V 和 400 VDC 的輸入電壓下提供 1,750 W 的功率。BCM 采用 ChiP 或 Vicor 集成適配器 (VIA) 封裝，可簡(jiǎn)化冷卻并提供集成 PMBus 控制、EMI 濾波和瞬態(tài)保護(hù)。這些轉(zhuǎn)換器是固定比率器件或稱為總線轉(zhuǎn)換器并且不包含輸出電壓調(diào)節(jié)，這一事實(shí)確保了高效率。這些類型的轉(zhuǎn)換器適用于雙向功率轉(zhuǎn)換。

Vicor 的 BMC 系列采用正弦振幅轉(zhuǎn)換器 (SAC) 拓?fù)鋪?lái)提供高水平的轉(zhuǎn)換效率。雖然大多數(shù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)洳捎?PWM 技術(shù)來(lái)控制次級(jí)功率輸出，但 SAC 提供了一種優(yōu)雅的方法來(lái)解決限制 PWM 頻率的開(kāi)關(guān)損耗挑戰(zhàn)。SAC 的目標(biāo)是減少噪聲諧波的產(chǎn)生，從而通過(guò)更輕更小的組件來(lái)提高效率。低 EMI 減少了濾波組件的使用。這種類型的轉(zhuǎn)換器使用 MHz 量級(jí)的方波信號(hào)，遠(yuǎn)高于經(jīng)典 PWM，并且幅度與輸出負(fù)載相匹配。

圖 1：SAC 轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化布局（來(lái)源：Vicor）

圖2：系留無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)框圖（來(lái)源：Vicor）

Flyfocus 發(fā)言人強(qiáng)調(diào)了電源管理配置對(duì)項(xiàng)目成功的重要性?！皥D 2 顯示了我們使用 Vicor 模塊的配置：BCM6123 為無(wú)人機(jī)的內(nèi)部電子設(shè)備提供隔離和 400 VDC 的 48 VDC 總線電源。通過(guò)使用這項(xiàng)技術(shù)，我們能夠使功率轉(zhuǎn)換器部件的總重量達(dá)到 200 克左右?！?/p>

圖 3：堅(jiān)固的塑料外殼中的地面控制系統(tǒng)，內(nèi)置電池可工作長(zhǎng)達(dá) 6 小時(shí)（來(lái)源：Flyfocus）

系留無(wú)人機(jī)技術(shù)作為一種動(dòng)力配置獲得了發(fā)展勢(shì)頭，它提供了高效率和低重量，使無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)人員能夠最大限度地提高有效載荷能力并減少系繩阻力。系留無(wú)人機(jī)正在市場(chǎng)上尋找公共服務(wù)任務(wù)的應(yīng)用，并在不同區(qū)域進(jìn)行 24/7 監(jiān)視和監(jiān)控。

審核編輯 黃昊宇