单兵及舰载无人机恒拉力系留系统
课题来源：中国船舶工业系统工程研究院横向合作课题
以多旋翼飞行器为典型代表的小型和中型无人机因其体积小、重量轻，携带方便，起降受场地限制少、操作灵活、可悬停、价格低廉，能轻易进入人不易进入的各种恶劣环境等优点，在航拍、影视拍摄、区域监控、电力巡检、环保监测、农林植保、空中基站、灾害救援、测绘勘探等诸多领域得到了广泛应用。在诸多应用场景中，常常要求无人机能长时间飞行或者悬停。如在火灾或地震等灾难救援现场，需要无人机长时间飞行或滞空进行现场监控或搜索；当无人机用来当作空中基站或者通信中继时，需要无人机长时间悬停。然而，小型无人机负载能力有限，无法携带大重量和大容量的电池飞行，因此小型无人机普遍存在续航能力不足的缺点。为了克服小型无人机续航能力不足，无法长时间飞行或悬停的缺陷，课题组设计研制出两种无人机缓冲系留供电系统，分别用于小型和中大型无人机。
小型无人机系留系统
小型无人机系留供电装置如图1所示。小型无人机系留供电装置包括供电子系统、卷放线子系统、检测子系统和驱动子系统，其中供电子系统包括滑环和供电线缆，供电线缆一端通过滑环连接电源，另一端在外滚筒上卷绕后引出连接无人机为其供电；卷放线子系统包括内滚筒、外滚筒和安装于二者之间的扭簧，通过外滚筒的转动可实现收放线，扭簧产出扭矩作用于外滚筒，保证供电线缆上始终保持张力；检测子系统检测内滚筒和外滚筒之间的角度差，并产生控制信号驱动步进电机运动。该系统使用超轻电缆连接无人机，自动根据线缆拉力或者无人机飞行高度和距离收放供电线缆，在其工作过程中为其供电或充电，提高无人机滞空时间。
大型无人机缓冲系留装置如图2所示，主要包括滚筒模块和滑轨缓冲模块，滚筒模块主要用于卷绕线缆，并通过滑环装置连接地面电源。滑轨缓冲模块由张力传感器、滑轨、驱动装置和若干滑轮组成。线缆从滚筒模块引出后，通过滑轮引入，绕过动滑轮装置并穿过张力传感器，最终由出索滑轮引出连接至无人机。当张力传感器检测到线缆上张力过大时，驱动装置运动释放动滑轮左端的拉紧绳，使线缆可以带动动滑轮向右侧运动，释放部分电缆。当张力传感器检测到线缆上张力小于某阈值时，驱动装置通过拉绳驱动动滑轮向左端运动，从而拉紧线缆。滑轨缓冲模块通过滑轨上的缓冲区为线缆收放提供缓冲区间，从而保证线缆始终保持一定程度的张紧。
