系留無人機(jī)是將無人機(jī)和系留綜合纜繩結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)的無人機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用場景的不同，系留無人機(jī)系統(tǒng)分為地面固定式、車載移動(dòng)式和艦載移動(dòng)式，三種工作方式很好的滿足了各種工作環(huán)境的需求。然而，在其中還是存在著幾個(gè)核心的技術(shù)問題還沒解決。

　　系留旋翼無人機(jī)的市場需求來源于系留氣球升空平臺系統(tǒng)。

　　系留氣球升空平臺系統(tǒng)是為定點(diǎn)監(jiān)測電子裝備提供的空基平臺。美國的TCOM公司是著名的系留氣球系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商，美國西海岸的對海警戒雷達(dá)網(wǎng)都是由TCOM系留氣球作為空基平臺部署的。

　　然而，系留氣球體積龐大升降困難，機(jī)動(dòng)性適應(yīng)性都很差。業(yè)內(nèi)一直在進(jìn)行著，通過系纜從地面供電，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳替代氣球作為升空動(dòng)力，創(chuàng)新出系留旋翼升空平臺系統(tǒng)的研究。但上個(gè)世紀(jì)稀土電機(jī)尚待開發(fā)，電機(jī)自身重量過重，功重比不足以支持系留旋翼系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用。

　　近年來，多旋翼無人機(jī)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)系留旋翼升空平臺系統(tǒng)提供了技術(shù)上的支持，許多無人機(jī)廠家也開展了系留旋翼系統(tǒng)的研發(fā)，稱為系留旋翼無人機(jī)。

　　說說系留旋翼無人機(jī)幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：

　　1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功重比。

　　功重比是指電機(jī)輸出功率與電機(jī)自身重量之比，單位是千瓦/千克。根據(jù)旋翼類航空器升力/功率比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，每千瓦功率大約產(chǎn)生5～10千克的升力，電機(jī)的功重比低于1千瓦/千克將比較難設(shè)計(jì)系統(tǒng)了。

　　在此強(qiáng)調(diào)的是，電機(jī)功率指的是額定功率，而不是最大功率；電機(jī)重量包括電機(jī)和電調(diào)以及為其正常工作的冷卻設(shè)備。系留旋翼必須是長期持續(xù)工作的，不象多旋翼無人機(jī)可短期間歇工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是動(dòng)力的核心部件，一定要工作在額定的功率范圍內(nèi)。

　　2、高壓供電系統(tǒng)。

　　系留旋翼和多旋翼無人機(jī)最大的區(qū)別在于供電方式不同。從地面向空中的系留旋翼平臺供電必須經(jīng)過一定的輸電距離，采用高壓供電方式可減小輸送電流，從而減少電源損耗，同時(shí)可減小傳輸導(dǎo)線的截面積，減輕電源電纜的重量。

　　高壓供電并不是電壓越高越好，而要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)要求綜合考慮。一種方式是，輸電電壓可直接匹配高壓電機(jī)，電壓不需轉(zhuǎn)換直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，結(jié)構(gòu)較為簡單。但這種方式要進(jìn)行高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)，受到電機(jī)電調(diào)大功率高壓控制器件的限制，尤其在成本上難以接受。另一種方式，要在平臺上設(shè)計(jì)降壓用的開關(guān)電源，用多旋翼現(xiàn)有低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)；但開關(guān)電源同樣存在功重比的要求和大功率高壓控制器件的制約，也是要付出一定代價(jià)的。

　　3、系留系纜。

　　系纜除了傳輸動(dòng)力電源之外，還設(shè)計(jì)有光纖以傳輸平臺載電子設(shè)備的光電信號，因此系纜是一種動(dòng)力/信號復(fù)合纜線。

　　平臺載電子設(shè)備為減少升空設(shè)備的重量，普遍將天線、發(fā)射機(jī)之外的設(shè)備放在地面，而通過系纜光纖保障平臺與地面設(shè)備之間電子信號的連接。這樣可節(jié)省出平臺升力，增加升空高度，提高升空增益。

　　系纜自身也需要減少重量，目前可采用合金鋁材料作為動(dòng)力導(dǎo)線，比銅線要輕不少重量。

　　4、飛行控制功能。

　　系留旋翼平臺主要是在定點(diǎn)周圍懸停，不會(huì)有過多復(fù)雜的飛行動(dòng)作。這看上去比多旋翼的飛控簡單，其實(shí)并非如此。系留旋翼的飛控需要充分考慮系纜對其飛行的影響，尤其是在各種風(fēng)場條件下，系纜隨風(fēng)產(chǎn)生的擺動(dòng)會(huì)使平臺失去控制。

　　民用系留旋翼無人機(jī)至少要達(dá)到恒風(fēng)6級陣風(fēng)8級的要求，才能有實(shí)際使用意義。在6～8級的風(fēng)場中，系纜并沒有固定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可言，要靠飛控對旋翼平臺控制的魯棒性來調(diào)整，難度是很大的。

　　5、旋翼平臺氣動(dòng)力設(shè)計(jì)。

　　考慮到系統(tǒng)旋翼平臺要在強(qiáng)風(fēng)場中運(yùn)行，平臺的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)就尤其顯得重要。系統(tǒng)旋翼平臺在風(fēng)場中懸停，實(shí)際上相當(dāng)于平臺在沿來風(fēng)方向做平面飛行。6～8級風(fēng)速為10.8～20.7米/秒，相當(dāng)于旋翼平臺要有最高時(shí)速不小于75千米的能力。

　　要達(dá)到這樣的時(shí)速，固定翼的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)較為合理。近期演化出一種垂直起降固定翼無人機(jī)，實(shí)際上是多旋翼+固定翼兩套動(dòng)力系統(tǒng)簡單組合，從無人機(jī)本身效益講并不經(jīng)濟(jì)，但能解決特定場合固定翼起降的問題。

　　垂直起降固定翼的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)應(yīng)用于系統(tǒng)旋翼具有較大的優(yōu)勢，系留旋翼由地面供電，能源比較充足；兩套動(dòng)力系統(tǒng)在強(qiáng)風(fēng)場中各有用途，垂直動(dòng)力系統(tǒng)保持平臺懸停姿態(tài)；水平動(dòng)力系統(tǒng)使平臺逆風(fēng)飛行；固定翼外形可為平臺產(chǎn)生升力，減輕垂直動(dòng)力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

　　系留旋翼無人機(jī)已經(jīng)面臨著廣泛應(yīng)用的階段，但從能夠使用到實(shí)際使用得好還有一些距離，有望業(yè)內(nèi)同行共同努力創(chuàng)新。