浅谈系留无人机的发展与应用
2022-04-06 14:20:53
dgadmin
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东航MU5735坠机事件发生已两周有余。据报道，截止至3月30日下午4时，主要搜救任务已基本完成。核心区搜救面积超过40万平方米，累计组织出动搜救人员3.4万人次，开挖土方2.27万立方米。搜寻到飞机残骸碎片49117件。目前，机上的两部黑匣子相关译码工作也在同步进行，预计将在事故发生30天内完成。
在本次救援行动中，我们看到除航拍、测绘和热成像无人机在救援中应用之外，还有系留无人机在任务中担任通信基站、夜晚照明等重要角色。顾名思义，系留+无人机，拥有无人机的飞行特点及系统结构，加上系留装置从地面给予无人机飞行所需的动力来源，从而使无人机可长时间留空，解决了微小型无人机航时短的不足，完成特定环境作业任务。系留无人机飞行平台大多以电动多旋翼无人机构型为主。其相对于无人直升机具有结构简单、可靠性高、体积小、重量轻、噪音低等特点；相对于固定翼无人机，系留多旋翼无人机起降不受场地限制，又可利用导航定位系统、机载陀螺仪及加速度计实时测出无人机的位置、加速度和角速度等信息，再通过飞行控制系统进行收集信息计算与发出操控指令，使无人机达到精准悬停状态。地面供电系统利用系留线缆将地面电能源源不断的输出给飞行平台，减轻了无人机机载电池的质量，实现24小时昼夜不间断的飞行能力。但是，系留无人机飞行平台上必须装有备用电池，防止地面供电系统突然的故障、断连等导致的损失，备用电池续航时间应有足够的余量并能满足无人机从地面供电系统断开到无人机迫降至地面的有效时间。系留无人机系统除常规无人机飞行平台、任务载荷系统、通信系统、地面控制系统以及其他地面辅助系统以外，还有地面供电设备及系留装置（统称地面供电系统）。系留无人机由于系留线缆也属于飞行平台负载的一部分，在飞行时，需要考虑到恒风与突风对无人机飞行状态的影响。在恒风中飞行，飞控系统应能精准控制无人机飞行姿态，相对于来流空气作水平运动；在突风变化时，系留无人机应能及时感知飞行姿态的变化并迅速做出飞行姿态的调整。系留多旋翼无人机飞行高度一般都在0-200m高度范围之内，又可以依靠自身飞控系统实现自动悬停状态，一般不需要飞手长时间进行操控无人机，节省了人力的需求。系留线缆选材应具有较轻的结构质量来减轻无人机的自身重力，增加无人机的升空高度。系留线缆为复合光纤电缆，不仅用于传输动力电源还用于传输平台电子设备的光电信号。系留线缆一般由一根动力线、两根光纤、及增强单元组成，增强单元为系留线缆的承力元件，一般由软质纤维绞制而成，可用于减缓外力冲击对内部线缆的影响。与系留气球不同，更加稳定的性能、更小的体积以及更快速的升空使系留无人机得到很好的应用。根据系留无人机系统的特点有以下应用场景系留无人机在应急通讯中具有很大的价值。多篇文献中介绍：由于自然灾害发生时严重的破坏性及时间的不确定性，地面通信设备易受到破坏并且不易短时修复。此时，单一的通讯设备不能满足救援时的需求，并且存在受灾群众无法利用个人通讯设备向外界发出联络、求助等信息。此时利用系留无人机体积小、易运输、架设快和航时长的特点，迅速赶往灾区现场进行通信中继任务，实现救援人员、受灾群众的通信畅通，以及媒体传播的实时性和有效性。系留无人机也可直接搭配车载通信基站交互使用，解决了车载基站因地势、气候或道路受损等影响造成的传输距离短的情况。使车载通信基站使用更加灵活，覆盖范围更广。也可集群化使用，扩大通信范围。系留无人机具有长时间留空的特点，可应用在边远山区、边防哨所等场景，实现天眼观察，对犯罪分子的定位追踪、打击非法组织等活动。对山体滑坡等自然灾害实现短时高精度建模比对，提前防止自然灾害所造成的人员伤亡、财产损失。系留无人机也可在航拍摄影中应用，可作为电视直播中固定机位，对现场画面实时直播。系留无人机挂载气体检测模块后可在完成对固定地点实施在烟雾中完成空气质量检测，用于工业排放、科学研究和环境监测等一系列研究。系留无人机也可用于无线电监测当中，加强政府职能部门对无线电监管。系留无人机系统可以为夜间搜救、排查等提供照明。福建省泉州市欣佳酒店“3.7”坍塌事故、“6.13”浙江温岭槽罐车爆炸、抗疫检测以及河南水灾、东航坠机等事故中都可以见到系留无人机为现场提供照明。在城市高层建筑消防过程中，消防人员使用的地面水枪存在压力不够、供水不足等情况。系留无人机牵引的系留线缆可同时为飞行平台和载荷系统提供电力及灭火剂，实现对城市高层建筑的消防灭火。系留无人机是一种根据其应用场景而产生的具有特种功能的新型无人机系统。随着无人机的发展，其应用场景也会随之增加。系留无人机可以部署在自然灾害频发地点附近以达到迅速参与救援的目的。系留无人机的可靠性、飞行性能以及承载能力在未来还有待提高，在得到更多的认知与认可的同时也能更加的广泛的应用。[1]龙文彪.系留多旋翼无人机及其应用[J].科技创新导报,2020,17(02):57+59.
浅谈系留无人机的发展与应用